identifier: Marques, R. (2018). Système de produits et services basés sur l'internet des objets : conception et implantation pilote dans une station-service  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La détection omniprésente activée par les technologies du réseau sans fil traverse de nombreux domaines de la vie moderne. Cela offre la possibilité de mesurer, déduire et comprendre les indicateurs environnementaux et des ressources naturelles aux environnements urbains. Dans le moment émergent de l'Internet des objets (IoT), les différents dispositifs intelligents distribués sur la planète nous donnent la possibilité d'assembler, analyser et communiquer les informations du marché en temps réel et prendre les décisions en conséquence. Les entreprises tentent de se différencier des concurrents par une offre combinée de produits et de services. Dans de nombreux cas, l'offre de service peut être étendue si l'entreprise est en mesure de surveiller et de collecter des données à partir de son comportement. Dans un contexte de convergence entre internet des objets et les systèmes de produits et Services (PSS), le but de ce travail est de présenter un moyen d'intégrer les deux concepts, implémenter et analyser les résultats d'un modèle expérimental de l'internet des objets dans une station de service en considérant le modèle d'affaires et les améliorations du service offert. La méthode proposée se concentre sur le processus de sélection, implémentation et analyse d'un système IoT. On a d'abord sélectionné la technologie Bluetooth pour capter les données émises par les dispositifs portés par les utilisateurs. Les capteurs ont été distribués en quatre sections dans le magasin de la station-service afin de maximiser la captation des données. Ces données ont été comparées aux données du système de gestion de l'entreprise afin de vérifier l'efficacité du système. Les résultats des simulations montrent la bonne performance du système proposé pour la mesure de l'audience et mettent particulièrement en évidence l'importance du design des systèmes dans l'adoption des nouvelles technologies. L'avancement de la technologie et l'agrégation des nouvelles connaissances pourra conséquemment générer des systèmes de gestion IoT de confiance qui permettront aux applications de l'IoT de fonctionner sur tous les types de périphériques, et de gérer de grands volumes, topologies complexes et installations hétérogènes de tels dispositifs mobiles. L'absence de tels outils à l'heure actuelle reflète la fragmentation du marché de l'IoT, ainsi que les limites techniques des appareils.  ABSTRACT: The ubiquitous detection activated by wireless network technologies crosses many areas of modern life. This provides the opportunity to measure, derive and understand environmental and natural resource indicators from urban environments. In the emerging moment of the Internet of Things (IoT), the various smart devices distributed on the planet, give us the ability to assemble, analyze and communicate market information in real time and make decisions accordingly. Companies try to differentiate themselves from competitors through a combined offer of products and services. In many cases, the service offer can be extended if the company is able to monitor and collect data based on its behaviour. In a context of convergence between the Internet of Things (IoT) and the Product-Service Systems (PSS), the goal of this work is to present a way to integrate the two concepts, implement and analyze the results of an experimental model of the internet of things in a gas station by considering the business model and the improvements of the service offered. The proposed method focuses on the process of selecting, implementing and analyzing an IoT system. We first selected Bluetooth technology to capture data from user's devices. The sensors were distributed in four sections in the gas station convenience store to maximize data capture. This data was compared with the data from the enterprise management system to verify the effectiveness of the system. The results from the simulations show a good performance of the proposed system for audience measurement and highlight the importance of system design for the adoption of new technologies. The advancement of technology and the aggregation of new knowledge can consequently generate trusted IoT management systems that will allow an IoT application to work on all types of peripherals, and to manage large volumes, complex topologies and heterogeneous installations of such mobile devices. The current lack of such tools reflects the immaturity and fragmentation of the IoT market, as well as the technical limitations of the devices.


identifier: Rodriguez Sarasty, J. A. (2018). Mixed-Integer Programming Approaches for Hydropower Generator Maintenance Scheduling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans les systèmes de production d'électricité, la maintenance régulière des unités de production est essentielle pour éviter des pannes imprévues et coûteuses, pour maintenir l'efficacité du système et pour prolonger la durée de vie de l'équipement. Cependant, l'arrêt des générateurs pour maintenance préventive réduit temporairement la capacité, l'efficacité et la fiabilité du système. Etant donnée une liste des activités de maintenance à réaliser dans un horizon de planification, le problème de planification de maintenance des générateurs (GMSP, pour Generator Maintenance Scheduling Problem) consiste à déterminer un calendrier d'arrêts pour maintenance qui maximise une métrique de performance du système. Le calendrier optimal qui en résulte doit répondre aux exigences opérationnelles de la production d'électricité ainsi qu'aux contraintes de maintenance, telles que les fenêtres de temps des activités de maintenance. Dans les systèmes hydroélectriques, l'ordonnancement de la maintenance des unités de production comporte des défis uniques en raison de la non-linéarité de la production d'hydroélectricité, de l'incertitude des débits d'eau et de l'interdépendance des décisions opérationnelles dans l'espace et le temps. Le GMSP est particulièrement pertinent pour les producteurs d'hydroélectricité parce que l'avancement ou le report des activités de maintenance peut générer des économies significatives en réduisant les déversements d'eau et en améliorant l'efficacité de la production d'hydroélectricité. Nous développons un programme linéaire mixte en nombres entiers (MILP, pour Mixed- Integer Linear Program) pour le GSMP dans les systèmes hydroélectriques, avec hyperplans pour approximer l'effet non-linéaire des rejets d'eau, les niveaux d'eau stockés et le nombre de générateurs actifs sur la production d'hydroélectricité. Nous affinons notre formulation en utilisant des inégalités valides, la désagrégation de variables et de contraintes, et une technique de réduction de modèle basée sur des informations de fenêtres temporelles. Nos tests numériques montrent que la meilleure combinaison de ces techniques peut réduire jusqu'à dix fois le temps de calcul pour obtenir une solution. Pour incorporer l'effet des afflux d'eau incertains, nous étendons notre modèle en un programme linéaire stochastique en deux étapes, et nous implémentons une méthode de décomposition de Benders parallélisée pour sa solution. Nous proposons sept techniques d'accélération, et lors de nos expériences numériques, nous observons qu'une combinaison de cinq de ces techniques permet d'obtenir les meilleures performances, avec une accélération de l'algorithme de Benders quadruplée par rapport à la méthode Benders de base. Nos tests sur une vi grille de calcul avec 200 coeurs pour résoudre le problème avec un grand nombre de scénarios, confirment la supériorité de la méthode Benders parallélisée par rapport à la solution directe avec un solveur général pour MILP. Enfin, nous proposons des extensions de notre formulation, en incluant d'autres contraintes de maintenance pertinentes, des décisions sur la durée des activités et des réserves de production pour anticiper l'incertitude de la charge d'électricité. En outre, nous présentons d'autres stratégies de décomposition pour les GMSP dans les systèmes hydroélectriques et nous discutons des perspectives de recherche, telles que des améliorations à la méthode de décomposition et les applications de notre formulation MILP à des problèmes d'ordonnancement similaires.  ABSTRACT: In power generation systems, regular maintenance of generating units is essential to prevent costly unplanned outages, to sustain the efficiency of the system, and to extend the lifespan of the equipment. However, shutting down generators for preventive maintenance temporarily reduces the capacity, efficiency, and reliability of the system. Given a list of maintenance activities to be completed within a planning horizon, the Generator Maintenance Scheduling Problem (GMSP) is to determine a calendar of maintenance outages that maximizes a system performance metric. The resulting optimal schedule must meet operational requirements of the electricity production, as well as maintenance constraints, such as time windows of maintenance activities. In hydropower systems, maintenance scheduling of generating units entails unique challenges due to the nonlinearity of the hydroelectricity production, the uncertainty of the water inflows and the interdependence of operational decisions in space and time. The GSMP is particularly relevant for hydropower producers because advancing or postponing maintenance activities can yield significant savings by reducing water spills and improving the efficiency of the hydroelectricity production. We develop a compact Mixed-Integer Linear Program (MILP) for the GSMP in hydropower systems, with hyperplanes for approximating the nonlinear effect of the water discharges, the stored water levels and the number of active generators on the hydroelectricity production. We refine our formulation using valid inequalities, disaggregation of variables and constraints, and a model reduction technique based on time windows information. In computational experiments, we find that the best combination of such tightening techniques can reduce the computational time of the solution by up to one order of magnitude. To incorporate the effect of uncertain water inflows, we extend our model as a two-stage stochastic linear program, and we implement a parallelized Benders decomposition method for its solution. We implement seven acceleration techniques, and through computational experiments, we find that a combination of five of such techniques achieves the best performance with a fourfold speedup of the Benders algorithm. Our tests on a 200-core computer cluster for solving the problem with a large number of inflow scenarios, confirm the superiority of the parallelized Benders method over the direct solution with a general MILP solver. Finally, we outline extensions to our formulation, by including other relevant maintenance constraints, decisions on the duration of activities, and generation reserves to buffer the unviii certainty of the electricity load. Furthermore, we outline alternative decomposition strategies for the GSMP in hydropower systems and we discuss directions of future research, such as enhancements to the decomposition method and applications of our compact MILP formulation to similar scheduling problems.


identifier: Boisvert, D. (2018). Self Assembly and Polymerization of Melanin Building Blocks for Sustainable Electronics  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'électronique organique est un domaine émergent apportant petit à petit de nouvelles possibilités dans le monde de l'électronique : les matériaux organiques sont récemment très prisés en recherche en raison de leur abondance, potentielle compostabilité et biocompatibilité et de leur conductivité (qui peut présenter des comportements hybrides de conduction électronique et ionique), ouvrant la porte à un nouveau domaine appelé l'électronique verte. Parmi ces matériaux, l'eumélanine est un candidat intéressant puisque ce biopigment se retrouve largement chez l'humain et chez plusieurs autres organismes vivants. Celui-ci présente plusieurs propriétés comme la chélation métallique, une conduction mixte électronique/ionique dépendante de l'humidité de l'atmosphère et une forte absorption UV-visible. De plus, ce biopigment est potentiellement biodégradable. Le principal problème ressortant de l'utilisation de l'eumélanine en tant que matériel dans des dispositifs organiques provient de son fort désordre chimique et physique qui limite la fabrication contrôlée de dispositifs. L'eumélanine émerge effectivement de deux molécules précurseurs (monomères), le dihydroxyindole (DHI) et le dihydroxyindole-2-acide carboxylique (DHICA), qui se combinent suite à une série d'interactions comme de l'empilement π-π, l'auto-assemblage (autres que l'empilement π-π), la liaison hydrogène, la polymérisation (formation de liaisons covalentes entre les monomères), et, la plupart du temps, un mélange des trois interactions, créant ainsi une macromolécule désordonnée et difficile à contrôler pour la création de dispositifs. Le sujet de ce mémoire concerne l'étude des interactions entre ces précurseurs et leur menant à la formation de l'eumélanine. L'attention a été focalisée sur le monomère DHI, ayant une structure moléculaire plus simple que celle du DHICA. Il en ressort que le dépôt de monomères de DHI sur divers substrats mène à la formation de structures auto-assemblées qui proviennent probablement d'un processus d'agrégation limité par la diffusion qui stabilise l'échantillon en une forme cristallisée dans laquelle les monomères de DHI peuvent ensuite polymériser en gardant la même structure. Le processus d'agrégation menant à la formation de ces domaines cristallins est fortement influencé par l'humidité, les interactions avec le substrat et les différences entre différentes synthèses de monomères. Des études plus approfondies sur la formation de ces structures, au-delà de ce travail de maîtrise, doivent encore être faites afin d'étudier plus attentivement les propriétés de ces structures.  ABSTRACT: Organic electronic materials, featuring biocompatibility and mixed electronic/ionic conduction, have been recently explored to demonstrate the use of electronic devices for the biomedical and sustainable (green) electronics sectors. Amongst these materials, eumelanin is a great candidate since it is a biopigment found in the human body as well as in many other living organisms that features interesting properties such as metal chelation, hydration-dependent mixed electronic/ionic conductivity, strong UV-visible absorption and, potentially, biodegradability. The main challenge with this biopigment, emerging from the combination of two precursors (building blocks) dihydroxyindole (DHI) and dihydroxyindole-2-carboxylic acid (DHICA), lies in its strong chemical and physical disorder which limits the controlled fabrication of devies. The two building blocks interact through − stacking, self-assembly (other than − stacking), H-bonding, polymerization, and, most of the time, a combination of the three interactions. The disorder makes a challenging subject to control the structure and the functional properties of eumelanin samples for device production. The object of this MSc research project is to study the interactions between the building blocks of eumelanin leading to the formation of eumelanin, at the surface of substrates of technological interest. The attention is primarily focused on the DHI monomer (not the DHICA), due to the complexity of the study and the time frame of the MSc project. DHI monomers on various substrates interact through noncovalent bonding generating diffusion-limited aggregates, featuring a quasi-crystalline arrangement; from this arrangement, the DHI molecules can polymerize while keeping their quasi-crystalline structure. The aggregation process leading to the formation of these structures is notably influenced by relative humidity of the atmosphere, interactions with the surface of the substrate and batch-to-batch differences. Further studies, beyond this MSc work, will be needed to shed light onto the underlying properties of these quasi-crystalline structures. Although there are still many undiscovered issues about the formation process of eumelanin, the observation of these well-ordered structures is the first step into possibly controlling the (supra)molecular structure of DHI-melanin (poly-DHI), which could lead to the use of eumelanin films in future sustainable electronic devices.


identifier: Halabi, T. (2018). Security in Cloud Computing: Evaluation and Integration  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours de la dernière décennie, le paradigme du Cloud Computing a révolutionné la manière dont nous percevons les services de la Technologie de l'Information (TI). Celui-ci nous a donné l'opportunité de répondre à la demande constamment croissante liée aux besoins informatiques des usagers en introduisant la notion d'externalisation des services et des données. Les consommateurs du Cloud ont généralement accès, sur demande, à un large éventail bien réparti d'infrastructures de TI offrant une pléthore de services. Ils sont à même de configurer dynamiquement les ressources du Cloud en fonction des exigences de leurs applications, sans toutefois devenir partie intégrante de l'infrastructure du Cloud. Cela leur permet d'atteindre un degré optimal d'utilisation des ressources tout en réduisant leurs coûts d'investissement en TI. Toutefois, la migration des services au Cloud intensifie malgré elle les menaces existantes à la sécurité des TI et en crée de nouvelles qui sont intrinsèques à l'architecture du Cloud Computing. C'est pourquoi il existe un réel besoin d'évaluation des risques liés à la sécurité du Cloud durant le procédé de la sélection et du déploiement des services. Au cours des dernières années, l'impact d'une efficace gestion de la satisfaction des besoins en sécurité des services a été pris avec un sérieux croissant de la part des fournisseurs et des consommateurs. Toutefois, l'intégration réussie de l'élément de sécurité dans les opérations de la gestion des ressources du Cloud ne requiert pas seulement une recherche méthodique, mais aussi une modélisation méticuleuse des exigences du Cloud en termes de sécurité. C'est en considérant ces facteurs que nous adressons dans cette thèse les défis liés à l'évaluation de la sécurité et à son intégration dans les environnements indépendants et interconnectés du Cloud Computing. D'une part, nous sommes motivés à offrir aux consommateurs du Cloud un ensemble de méthodes qui leur permettront d'optimiser la sécurité de leurs services et, d'autre part, nous offrons aux fournisseurs un éventail de stratégies qui leur permettront de mieux sécuriser leurs services d'hébergements du Cloud. L'originalité de cette thèse porte sur deux aspects : 1) la description innovatrice des exigences des applications du Cloud relativement à la sécurité ; et 2) la conception de modèles mathématiques rigoureux qui intègrent le facteur de sécurité dans les problèmes traditionnels du déploiement des applications, d'approvisionnement des ressources et de la gestion de la charge de travail au coeur des infrastructures actuelles du Cloud Computing. Le travail au sein de cette thèse est réalisé en trois phases.  ABSTRACT: Over the past decade, the Cloud Computing paradigm has revolutionized the way we envision IT services. It has provided an opportunity to respond to the ever increasing computing needs of the users by introducing the notion of service and data outsourcing. Cloud consumers usually have online and on-demand access to a large and distributed IT infrastructure providing a plethora of services. They can dynamically configure and scale the Cloud resources according to the requirements of their applications without becoming part of the Cloud infrastructure, which allows them to reduce their IT investment cost and achieve optimal resource utilization. However, the migration of services to the Cloud increases the vulnerability to existing IT security threats and creates new ones that are intrinsic to the Cloud Computing architecture, thus the need for a thorough assessment of Cloud security risks during the process of service selection and deployment. Recently, the impact of effective management of service security satisfaction has been taken with greater seriousness by the Cloud Service Providers (CSP) and stakeholders. Nevertheless, the successful integration of the security element into the Cloud resource management operations does not only require methodical research, but also necessitates the meticulous modeling of the Cloud security requirements. To this end, we address throughout this thesis the challenges to security evaluation and integration in independent and interconnected Cloud Computing environments. We are interested in providing the Cloud consumers with a set of methods that allow them to optimize the security of their services and the CSPs with a set of strategies that enable them to provide security-aware Cloud-based service hosting. The originality of this thesis lies within two aspects: 1) the innovative description of the Cloud applications' security requirements, which paved the way for an effective quantification and evaluation of the security of Cloud infrastructures; and 2) the design of rigorous mathematical models that integrate the security factor into the traditional problems of application deployment, resource provisioning, and workload management within current Cloud Computing infrastructures. The work in this thesis is carried out in three phases.


identifier: Gros, C. (2018). Automatic Segmentation of Intramedullary Multiple Sclerosis Lesions  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Contexte: La moelle épinière est un composant essentiel du système nerveux central. Elle contient des neurones responsables d'importantes fonctionnalités et assure la transmission d'informations motrices et sensorielles entre le cerveau et le système nerveux périphérique. Un endommagement de la moelle épinière, causé par un choc ou une maladie neurodégénérative, peut mener à un sérieux handicap, pouvant entraîner des incapacités fonctionnelles, de la paralysie et/ou de la douleur. Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), la moelle épinière est fréquemment affectée par de l'atrophie et/ou des lésions. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) conventionnelle est largement utilisée par des chercheurs et des cliniciens pour évaluer et caractériser, de façon non-invasive, des altérations micro-structurelles. Une évaluation quantitative des atteintes structurelles portées à la moelle épinière (e.g. sévérité de l'atrophie, extension des lésions) est essentielle pour le diagnostic, le pronostic et la supervision sur le long terme de maladies, telles que la SEP. De plus, le développement de biomarqueurs impartiaux est indispensable pour évaluer l'effet de nouveaux traitements thérapeutiques. La segmentation de la moelle épinière et des lésions intramédullaires de SEP sont, par conséquent, pertinentes d'un point de vue clinique, aussi bien qu'une étape nécessaire vers l'interprétation d'images RM multiparamétriques. Cependant, la segmentation manuelle est une tâche extrêmement chronophage, fastidieuse et sujette à des variations inter- et intra-expert. Il y a par conséquent un besoin d'automatiser les méthodes de segmentations, ce qui pourrait faciliter l'efficacité procédures d'analyses. La segmentation automatique de lésions est compliqué pour plusieurs raisons: (i) la variabilité des lésions en termes de forme, taille et position, (ii) les contours des lésions sont la plupart du temps difficilement discernables, (iii) l'intensité des lésions sur des images MR sont similaires à celles de structures visiblement saines. En plus de cela, réaliser une segmentation rigoureuse sur l'ensemble d'une base de données multi-centrique d'IRM est rendue difficile par l'importante variabilité des protocoles d'acquisition (e.g. résolution, orientation, champ de vue de l'image). Malgré de considérables récents développements dans le traitement d'images MR de moelle épinière, il n'y a toujours pas de méthode disponible pouvant fournir une segmentation rigoureuse et fiable de la moelle épinière pour un large spectre de pathologies et de protocoles d'acquisition. Concernant les lésions intramédullaires, une recherche approfondie dans la littérature n'a pas pu fournir une méthode disponible de segmentation automatique.  Objectif: Développer un système complètement automatique pour segmenter la moelle épinière et les lésions intramédullaires sur des IRM conventionnelles humaines.  Méthode: L'approche présentée est basée de deux réseaux de neurones à convolution mis en cascade. La méthode a été pensée pour faire face aux principaux obstacles que présentent les données IRM de moelle épinière. Le procédé de segmentation a été entrainé et validé sur une base de données privée composée de 1943 images, acquises dans 30 différents centres avec des protocoles hétérogènes. Les sujets scannés comportent 459 sujets sains, 471 patients SEP et 112 avec d'autres pathologies affectant la moelle épinière. Le module de segmentation de la moelle épinière a été comparé à une méthode existante reconnue par la communauté, PropSeg.  Résultats: L'approche basée sur les réseaux de neurones à convolution a fourni de meilleurs résultats que PropSeg, atteignant un Dice médian (intervalle inter-quartiles) de 94.6 (4.6) vs. 87.9 (18.3) %. Pour les lésions, notre segmentation automatique a permis d'obtenir un Dice de 60.0 (21.4) % en le comparant à la segmentation manuelle, un ratio de vrai positifs de 83 (34) %, et une précision de 77 (44) %.  Conclusion: Une méthode complètement automatique et innovante pour segmenter la moelle épinière et les lésions SEP intramédullaires sur des données IRM a été conçue durant ce projet de maîtrise. La méthode a été abondamment validée sur une base de données clinique. La robustesse de la méthode de segmentation de moelle épinière a été démontrée, même sur des cas pathologiques. Concernant la segmentation des lésions, les résultats sont encourageants, malgré un taux de faux positifs relativement élevé. Je crois en l'impact que peut potentiellement avoir ces outils pour la communauté de chercheurs. Dans cette optique, les méthodes ont été intégrées et documentées dans un logiciel en accès-ouvert, la “Spinal Cord Toolbox”. Certains des outils développés pendant ce projet de Maîtrise sont déjà utilisés par des analyses d'études cliniques, portant sur des patients SEP et sclérose latérale amyotrophique.  ABSTRACT: Context: The spinal cord is a key component of the central nervous system, which contains neurons responsible for complex functions, and ensures the conduction of motor and sensory information between the brain and the peripheral nervous system. Damage to the spinal cord, through trauma or neurodegenerative diseases, can lead to severe impairment, including functional disabilities, paralysis and/or pain. In multiple sclerosis (MS) patients, the spinal cord is frequently affected by atrophy and/or lesions. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) is widely used by researchers and clinicians to non-invasively assess and characterize spinal cord microstructural changes. Quantitative assessment of the structural damage to the spinal cord (e.g. atrophy severity, lesion extent) is essential for the diagnosis, prognosis and longitudinal monitoring of diseases, such as MS. Furthermore, the development of objective biomarkers is essential to evaluate the effect of new therapeutic treatments. Spinal cord and intramedullary MS lesions segmentation is consequently clinically relevant, as well as a necessary step towards the interpretation of multi-parametric MR images. However, manual segmentation is highly time-consuming, tedious and prone to intra- and inter-rater variability. There is therefore a need for automated segmentation methods to facilitate the efficiency of analysis pipelines. Automatic lesion segmentation is challenging for various reasons: (i) lesion variability in terms of shape, size and location, (ii) lesion boundaries are most of the time not well defined, (iii) lesion intensities on MR data are confounding with those of normal-appearing structures. Moreover, achieving robust segmentation across multi-center MRI data is challenging because of the broad variability of data features (e.g. resolution, orientation, field of view). Despite recent substantial developments in spinal cord MRI processing, there is still no method available that can yield robust and reliable spinal cord segmentation across the very diverse spinal pathologies and data features. Regarding the intramedullary lesions, a thorough search of the relevant literature did not yield available method of automatic segmentation.  Goal: To develop a fully-automatic framework for segmenting the spinal cord and intramedullary MS lesions from conventional human MRI data.  Method: The presented approach is based on a cascade of two Convolutional Neural Networks (CNN). The method has been designed to face the main challenges of ‘real world' spinal cord MRI data. It was trained and validated on a private dataset made up of 1943 MR volumes, acquired in different 30 sites with heterogeneous acquisition protocols. Scanned subjects involve 459 healthy controls, 471 MS patients and 112 with other spinal pathologies. The proposed spinal cord segmentation method was compared to a state-of-the-art spinal cord segmentation method, PropSeg.  Results: The CNN-based approach achieved better results than PropSeg, yielding a median (interquartile range) Dice of 94.6 (4.6) vs. 87.9 (18.3) % when compared to the manual segmentation. For the lesion segmentation task, our method provided a median Dice-overlap with the manual segmentation of 60.0 (21.4) %, a lesion-based true positive rate of 83 (34) % and a lesion-based precision de 77 (44) %.  Conclusion: An original fully-automatic method to segment the spinal cord and intramedullary MS lesions on MRI data has been devised during this Master's project. The method was validated extensively against a clinical dataset. The robustness of the spinal cord segmentation has been demonstrated, even on challenging pathological cases. Regarding the lesion segmentation, the results are encouraging despite the fairly high false positive rate. I believe in the potential value of these developed tools for the research community. In this vein, the methods are integrated and documented into an open-source software, the Spinal Cord Toolbox. Some of the tools developed during this Master's project are already integrated into automated analysis pipelines of clinical studies, including MS and Amyotrophic Lateral Sclerosis patients.


identifier: Tantin, A. (2018). Système implantable pour la mesure de la pression vésicale et analyse prédictive de la miction  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'incontinence et les autres pathologies liées aux troubles du système urinaire inférieur peuvent causer de très profonds traumas psychologiques, en plus de limiter l'autonomie des patients. En effet, ce sujet, toujours tabou, est très difficile à évoquer. Ainsi, de nombreuses personnes en souffrent d'autant plus qu'elles n'osent pas en parler à leurs proches ou leurs médecins. Pourtant, des solutions existent, notamment des sphincters artificiels qui permettent d'éviter les fuites involontaires d'urine, en particulier chez les paraplégiques et les tétraplégiques. Cependant, ces solutions, bien qu'efficaces, ne sont pas optimales. N'ayant pas la sensation d'envie, les patients ne peuvent savoir lorsque leur vessie est pleine. Ceci limite donc grandement leur autonomie. En effet, une vessie trop pleine (volume supérieur à 600 mL) peut mener à de graves infections et même menacer la vie du patient. La mesure du volume de la vessie est possible par échographie et peut se substituer au sondage pour évaluer la rétention urinaire et rechercher des résidus post-mictionnels par exemple avec le Bladder-scan BVI-3000®. Cette méthode, non-invasive, ne permet cependant pas de prédire la miction. Elle n'est, de plus, pas vraiment portable. Ainsi, plutôt que de mesurer le volume de la vessie, la mesure de la pression du détrusor – muscle recouvrant les parois de la vessie – est beaucoup plus intéressante et utile. Cette dernière se calcule par la soustraction de la pression abdominale à la pression vésicale. La mesure de cette pression peut être faite par un implant, ce qui est invasif, mais limite les risques d'infection tout en maximisant le confort du patient. Pour cette maîtrise, le travail effectué s'appuie sur la réalisation, le développement et le prototypage d'un tel implant dans un souci de biocompatibilité et d'acceptation chez l'être humain. Par ailleurs, et faisant suite au développement de cet implant, un travail sur la prédiction de la miction chez le rat a été réalisé. Dans cette étude, l'utilisation d'algorithmes d'apprentissages solides nécessitant une faible puissance de calcul a été favorisée. À terme, cela permettra une intégration facile dans des implants vésicaux. La pertinence des résultats permet d'envisager des études plus poussées et complètes, notamment en augmentant la taille des bases de données utilisées. Pour cela, une génération de courbes temporelles de pression de la vessie par modélisation informatique a été tentée, qui n'est malheureusement pas encore concluante.  ABSTRACT: Urinary incontinence (UI) and the other lower urinary tracts symptoms are both limiting convalescents' autonomy and psychologic well-being. Indeed, this subject is still taboo in most part of the world. For people suffering from UI, it is very difficult to bring the subject with their relatives or their doctors. However, solutions exist, for instance, artificial sphincters allow to avoid involuntary leakage of urine in particularly for tetraplegic or paraplegic. Nevertheless, these solutions are efficient, but the patients cannot know whether their bladder is full or empty. Patients' autonomy is then still low – they cannot be far from a bathroom for more than two hours. Though, having a more than 600 mL bladder volume can lead to serious infections and even threaten the patient's life. Ultrasounds, for instance the Bladder-scan BVI-3000® device, allow the measurement of the bladder volume. It can be used instead of catheter to measure the volume of retained urine or post-urination residue. However, this non-invasive method cannot help to predict micturition. Moreover, this device cannot be easily carried out. Therefore, the measurement of the detrusor pressure – the muscle of the bladder wall – is far more useful. This pressure is computed by subtracting the abdominal pressure to the vesical pressure. The measurement of the pressure is done by invasive implants, which has some obvious drawbacks, but avoid infection risks and maximize the patient comfort. The presented master work relies on the realisation, the development and the prototyping of such an implant in a care of human biocompatibility. Besides, following the implant development, the main work consists of finding a way to predict voiding. It was executed with data on rats having normal and overactive bladder conditions. The prediction was done thanks to machine learning algorithm, which minimize power consumption in order to allow an integration of this algorithm in an embedded device. Our positive results confirm the possibility of predicting voiding and allow to consider new studies with larger set of data. Generating data with the help of an informatic modeling was tried. Unfortunately, our results still present some flaws in terms of similarity with a typical bladder pressure curve in rats.


identifier: Gagnon, J. (2018). Dépôt de couches minces de WO3 à incidence rasante pour un électrochromisme stable et la sélectivité angulaire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux électrochromiques peuvent changer leurs propriétés optiques lors de l'intercalation d'ion et d'électrons dans leurs mailles. Cet effet a été utilisé pour la création de verre intelligent, avec des applications comme les fenêtres intelligentes pour l'efficacité énergétique des bâtiments ou des filtres optiques interférentiels actifs, principalement à base d'oxyde de tungstène (WO3). Afin d'assurer un transport efficace des ions dans les matériaux électrochromiques à l'état solide, il est généralement requis que ces derniers soient poreux. À cette fin, nous avons étudié des couches minces de WO3 réalisées par la méthode de dépôt à incidence rasante (GLancing Angle Deposition, ou GLAD), une technique qui exploite l'effet d'ombrage atomique afin de créer des matériaux très poreux comportant une grande surface efficace et un indice de réfraction faible. Les couches ainsi obtenues sont étudiées par imagerie MEB, voltammétrie cyclique en solution acide (ions H+), ellipsométrie spectroscopique à angle variable (VASE) et par spectrophotométrie à angle variable. L'assistance par bombardement d'ions d'oxygène est aussi étudiée comme étant un moyen de contrôler la porosité du matériau tout en améliorant la stabilité électrochimique des couches et en conservant la structure colonnaire typique des couches GLAD. Enfin, la sélectivité angulaire du matériau est étudiée par une approche de modélisation informatique de la réponse optique du WO3 GLAD coloré qui est comparée à des résultats empiriques. Nous trouvons donc que les couches minces de WO3 GLAD déposées avec une assistance ionique sont plus stables et possèdent des coefficients de diffusion ioniques plus élevées que les couches classiques déposées par pulvérisation, tout en offrant un autre mode de contrôle des constantes optiques. Nous montrons enfin que les couches GLAD permettent sélectivité angulaire de la lumière en transmission en raison de leur structure anisotrope. En effet, la lumière polarisée selon l'axe des colonnes (p). En utilisant la modélisation, des avenues d'optimisation sont présentées.  ABSTRACT: Electrochromic materials are able to change their optical properties upon the intercalation of electrons and ions into their lattice. This effect has been applied to create smart glass, with applications such as energy-efficient smart windows as well as tunable optical filters. In order to ensure high ionic diffusion coefficients, WO3 films are typically required to be porous. In this respect, we have studied such films made by GLancing Angle Deposition (GLAD), a technique which exploits atomic shadowing effects to generate highly porous thin films possessing a high specific area as well as low refractive indices. The resulting films are studied by cyclic voltammetry under hydrogen insertion, SEM imaging as well as angular-resolved spectrophotometry and ellipsommetry. Ion assisted deposition by oxygen ions is also studied as a means of densifying the porous coatings to improve their long term electrochromic stability while still preserving their characteristic columnar microstructure. Finally, we study the angular selectivity of the coatings via a modelling approach which is compared to empiric measurements. We find that the GLAD technique offers a wide range of refractive indices, which are correlated with column tilt. Ionassisted (IA) WO3 GLAD coatings are shown to be more stable and to possess higher ionic diffusion coefficients when compared to regular dense sputtered films. Thus, IA is a suitable technique for more stable porous EC films, in addition of offering a second way to fine-tune optical constants. Finally, we show that the anisotropic structure of the films interacts asymmetrically with p-polarized light when it is incident in-plane with the nanocolumns. This angular selectivity is described and computer modeling is used to propose optimization avenues.


identifier: Gassais, R. (2018). Détection d'intrusion sur les objets connectés par analyse comportementale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Alors que la course à l'innovation des fabricants d'objets connectés s'accélère, de plus en plus d'attaques informatiques impliquant de tels objets, ou même les ciblant, sévissent. Ainsi, des campagnes de déni de service distribué comme celle de Mirai ont mis à mal des infrastructures informatiques gigantesques. En outre, le nombre de vulnérabilités découvertes dans l'écosystème des objets connectés ne cesse de grandir. La sécurité physique des utilisateurs d'objet connectés peut également être menacée par l'insécurité de ces plateformes. Dans le même temps, les solutions de sécurité proposées sont souvent spécifiques à un des nombreux protocoles de communication utilisés par les objets intelligents, ou s'appuient sur les caractéristiques matérielles et logicielles d'un type d'objet. De plus, peu de constructeurs permettent des mises à jour des micrologiciels de ces objets, augmentant ainsi les menaces contre les usagers de tels objets. Dans ce contexte, il devient nécessaire de fournir des solutions de sécurité applicables à l'ensemble des objets proposés sur le marché. Cela nécessite de parvenir à collecter de l'information de manière efficace sur l'ensemble de ces systèmes et de réaliser une analyse automatique qui ne dépend pas de l'objet surveillé. Ainsi, différentes solutions ont été proposées, se basant essentiellement sur les informations réseau provenant des objets à surveiller, mais peu d'approches se basent sur le comportement même de l'objet. En conséquence, nous proposons dans ce mémoire une solution de détection d'intrusion se basant sur les anomalies des objets surveillés. Les différents outils que nous avons développés permettent de collecter des informations relatives au comportement des objets surveillés de manière efficace et à différents niveaux, comme le mode usager ou directement dans le noyau du système d'exploitation. Pour ce faire, nous nous appuyons sur des techniques performantes de traçage. L'envoi des traces générées ainsi que leur traitement produira un jeu de données qui sera labellisé automatiquement. Ensuite, différents algorithmes d'apprentissage automatique permettront de détecter les anomalies sur le système de manière automatique et totalement indépendante du type d'objet surveillé. Notre solution introduit très peu de baisse de performance sur les objets connectés surveillés, et montre d'excellents résultats pour détecter divers types d'attaques qui ont été implémentées durant les travaux de recherche. Différents algorithmes ont été étudiés, et les techniques à base d'arbre ont montré des résultats bien plus élevés que des réseaux de neurones profonds. De plus, les outils développés pendant ce projet de recherche permettent d'utiliser les librairies les plus populaires d'apprentissage automatique sur des traces au format CTF, ouvrant ainsi la voie à la prédiction de performance d'un système ou à des analyses de traces plus automatiques et puissantes.  ABSTRACT: While vendors are creating more and more connected devices, the rate of cyberattacks involving or targeting such devices keeps increasing. For instance, some massive distributed denial of services campaigns such as Mirai used poorly secured devices to shut down popular services on the Internet for many hours or IoT malware like Brickerbot are regularly launched. The insecurity of smart devices create many threats for the users, and vulnerabilities on devices are disclosed every day, while only little vendors let their devices being updated. Meanwhile, proposed security solutions often failed at being compatible with all the devices, because of the numerous protocols used in the Internet of Things or the heterogeneity of firmware used in such devices. This explains why it has become essential to creating a security solution for smart devices that are not specific to the kind of device. The first step to being able to protect a device is being able to detect an intrusion on it. This requires to collect data effectively from the monitored system to launch automated analysis that is not specific to the device. While several solutions matching those criteria have been proposed, most of them studied the network activity of the device, and only little focus on the device behavior. As a consequence, we developed a solution using a device behavior to detect intrusion on it. We obtained very high detection performances with several attacks that have been implemented. Furthermore, we studied various classification algorithm to highlight that tree-based algorithm performed more than the other techniques, including recurrent deep neural network, with the data we collected effectively with tracing techniques. Moreover, we obtained very little overhead on the monitored device because of the architecture we developed. Finally, our tools also enable users to use traces in CTF binary format to feed the most popular Python machine learning libraries thanks to a whole toolchain of processing data.


identifier: Zins, P. (2018). Traçage et profilage d'applications d'apprentissage automatique de type flot de données utilisant un processeur graphique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Actuellement, les besoins en puissance de calcul sont de plus en plus importants, alors que les améliorations au niveau du matériel commencent à ralentir. La puissance des processeurs et notamment leur fréquence de fonctionnement stagnent pour des raisons physiques comme la finesse de gravure ou la dissipation de chaleur. Afin de surpasser ces limites, le calcul en parallèle semble être une solution prometteuse avec l'utilisation d'architectures hétérogènes. Ces dernières mettent en oeuvre une combinaison de plusieurs unités de calculs de types possiblement différents, ce qui leur permet d'offrir un fonctionnement hautement parallèle. Malgré tout, utiliser l'ensemble du matériel efficacement reste difficile, et la programmation au niveau logiciel de ces architectures pose problème. Par conséquent, différents modèles ont émergé avec notamment les approches flot de données. Ces dernières proposent des caractéristiques très adaptées pour ce genre de contexte parallèle. Elles permettent de programmer plus facilement les différentes unités de calcul afin de bénéficier au maximum du matériel disponible. Dans un contexte de recherche de performance optimale, il est essentiel d'avoir des outils permettant de diagnostiquer d'éventuels problèmes. Quelques solutions ont déjà pu démontrer leur efficacité dans le cas d'un modèle de programmation plus traditionnel et séquentiel, utilisant ou non un processeur graphique. On retrouve par exemple des outils comme LTTng ou Ftrace destinés à l'analyse du processeur central. Concernant les processeurs graphiques, les outils propriétaires et à sources fermées, proposés par les constructeurs sont en général les plus complets et privilégiés par les programmeurs. Cela présente toutefois une limite, puisque les solutions ne sont pas générales et restent dépendantes du matériel proposé par un constructeur. Par ailleurs, elles offrent une flexibilité limitée avec des visualisations et analyses définies et fixes qui ne peuvent ni être modifiées ni améliorées en fonction des besoins d'un utilisateur. Finalement, aucun outil existant ne s'intéresse spécifiquement aux modèles flot de données.  ABSTRACT: Recently, increasing computing capabilities have been required in various areas like scientific computing, video games and graphical rendering or artificial intelligence. These domains usually involve the processing of a large amount of data, intended to be performed as fast as possible. Unfortunately, hardware improvements have recently slowed down. The CPU clock speed, for example, is not increasing much any more, possibly nearing technological limits. Physical constraints like the heat dissipation or fine etching are the main reasons for that. Consequently, new opportunities like parallel processing using heterogeneous architectures became popular. In this context, the traditional processors get support from other computing units like graphical processors. In order to program these, the dataflow model offers several advantages. It is inherently parallel and thus well adapted. In this context, guaranteeing optimal performances is another main concern. For that, tracing and profiling central processing and graphical processing units are two useful techniques that can be considered. Several tools exist, like LTTng and FTrace that can trace the operating system and focus on the central processor. In addition, proprietary tools offered by hardware vendors can help to analyze and monitor the graphical processor. However, these tools are specific to one type of hardware and lack flexibility. Moreover, none of them target in particular dataflow applications executed on a heterogeneous platform.


identifier: Ammari, N. (2018). Defeating Code-Reuse Attacks with Binary Instrumentation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La programmation orientée retour (ROP) est une technique par laquelle un attaquant peut introduire un comportement arbitraire dans un programme vulnérable. ROP est actuellement l'un des moyens les plus efficaces pour contourner les dispositifs de protection modernes. Ce type d'attaque a connu un essor phénoménal au cours des cinq dernières années. Les techniques utilisées pour se protéger contre ce type d'exploit génèrent un taux de faux négatif élevé car elles sont facilement contournables. De plus, elles ont tendance à ajouter une surcharge importante sur le programme qu'elles protègent. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié ces solutions proposées ou utilisées pour détecter ou atténuer les attaques ROP. Dans la deuxième partie, nous présentons une nouvelle approche pour détecter les attaques ROP lors de l'exécution. Cette partie vise à présenter nos Indicateurs de Compromis (IOC) qui pourraient être utilisés pour améliorer le taux de détection des attaques RDP. Nous avons également proposé une technique de mesure permettant de mesurer ces indicateurs lors de l'exécution en utilisant des techniques d'instrumentation dynamique de binaires (Dynamic Binary Instrumentation). Nos indicateurs proposés essaient d'identifier une attaque au moment de l'exécution en vérifiant la présence de certaines caractéristiques. Cette approche permet de détecter les attaques ROP sans compter sur toute autre information complémentaire comme le code source ou le support du compilateur. La dernière partie de ce travail couvre le sujet de la phase expérimentale, plus précisément, le prototype réalisé dans le but de prouver l'efficacité de nos indicateurs proposés ainsi que la technique de mesure proposée. Les résultats de cette phase expérimentale montrent que seuls les deux premiers indicateurs sont capables de détecter les attaques ROP.  ABSTRACT: Return Oriented Programming (ROP) is a technique by which an attacker can induce arbitrary behavior inside a vulnerable program without injecting a malicious code. It is presently one of the most effective ways to bypass modern protection mechanisms such as Data Execution Prevention (DEP) which prevents attackers from executing the malicious code already injected into the memory. ROP is also considered as one of the most flexible attacks, its level of flexibility, unlike other attacks, reaches the Turing completeness. The tremendous success of ROP attacks made the headlines in the cybersecurity space, they became one of the top security concerns and one of the most powerful cross-platform weapons. Several efforts have been undertaken to study this threat and to propose better defence mechanisms (mitigation or prevention), yet the majority of them are not deeply reviewed nor officially implemented. Furthermore, similar studies show that the techniques proposed to prevent ROP-based exploits usually yield a high false-negative rate and a higher false-positive rate, not to mention the overhead that they introduce into the protected program. The first part of this research work aims at providing an in-depth analysis of the currently available anti-ROP solutions (deployed and proposed), focusing on inspecting their defense logic and summarizing their weaknesses and problems. The second part of this work aims at introducing our proposed Indicators Of Compromise (IOC) that could be used to improve the detection rate of ROP attacks. The three suggested indicators could detect these attacks at run-time by checking the presence of some futures during the execution of the targeted program. We also proposed a measurement technique that allows measuring these indicators at run-time. The last part of this work covers the subject of the experimental phase. More specifically, the Proof of Concept performed with the objective of proving the effectiveness of our proposed indicators, as well as the proposed measurement technique. The results of this experimental phase show that only the first two indicators are able to detect ROP attacks. Another important finding was about the non-expected ROP features discovered and visualized during the experiment. These features could be used to strengthen our indicators in future works.


identifier: Bawin, A. (2018). Adaptation anisotrope pour maillages d'éléments d'ordre élevé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cadre de la simulation par éléments finis, l'utilisation de maillages anisotropes permet d'atteindre des niveaux de précision souvent inégalés par ceux des maillages isotropes classiques, tout en diminuant considérablement le nombre de degrés de liberté du problème. Cette diminution de la taille du système linéaire entraîne des gains importants en termes de mémoire et de temps de calcul. En permettant l'étirement des éléments selon certaines directions privilégiées, les maillages adaptés s'ajustent aux caractéristiques du domaine de calcul et de la solution du problème différentiel. Si leur utilisation pour des éléments linéaires est maintenant répandue, l'adaptation anisotrope pour des maillages d'ordre élevé est encore rare, principalement à cause de la perte de lien entre l'erreur d'interpolation et l'écriture du tenseur métrique. Ce mémoire présente une méthodologie de calcul de champs de tenseurs métriques, utilisables pour la génération de maillages d'éléments anisotropes munis de fonctions d'interpolation d'ordre supérieur à un. Les maillages sont obtenus comme le minimisant de l'erreur d'interpolation sur le domaine de calcul. La littérature récente dans ce domaine traitant principalement d'adaptation sur des champs analytiques, on se propose d'appliquer cette méthodologie à des maillages d'éléments de Taylor-Hood pour la simulation d'écoulements simples en mécanique des fluides. En particulier, des maillages anisotropes sont présentés pour les problèmes de cavité entraînée et de marche descendante en deux dimensions. Le concept de maillage continu sert de passerelle entre le maillage discret, support du calcul par éléments finis, et les outils continus que sont l'optimisation et le calcul tensoriel. Cette représentation continue d'un maillage est étroitement liée au tenseur métrique, qui contient les informations d'anisotropie nécessaires pour mener l'adaptation. De ce tenseur, on peut extraire en chaque sommet les tailles, directions et étirement des éléments du maillages. Pour des éléments linéaires, la métrique était construite à partir de la matrice hessienne de la solution. L'analogie n'existe plus pour les éléments d'ordre supérieur, pour lesquels l'erreur d'interpolation inclut le tenseur des dérivées d'ordre plus élevé. La méthode explorée dans ce travail consiste à majorer localement cette expression tensorielle de l'erreur par une forme quadratique, puis d'en extraire la métrique associée. Ce faisant, on retrouve une correspondance entre le tenseur métrique et la mesure de l'erreur. On présente des maillages présentant un caractère anisotrope prononcé, pour des champs analytiques et des problèmes physiques. L'utilisation de fonctions présentant des gradients importants permet de tester les limites de la solution proposée. Finalement, on montre que les ordres de convergence en maillages obtenus concordent avec le taux fourni par la théorie sous-jacente à l'adaptation par métriques optimales.  ABSTRACT: Anisotropic meshes have proved to be an efficient alternative to the classical and widely used isotropic meshes, as a support for finite element and finite volume computations. Such meshes allow for a significant reduction of the number of degrees of freedom, saving computational ressources that are time and memory. By allowing the elements to stretch along privileged directions in space, the adapted mesh follows the characteristics of both the geometry and the solution of the boundary value problem. While anisotropic adaptation on linear element meshes has become more and more popular, the lack of equivalence between the higher order error models and the metric tensor still hinders anisotropic adaptation when it comes to higher order element meshes, as those two quantities are represented by tensors of different orders. The present thesis introduces a methodology based on recent work to compute a metric tensor field, defined over the computational domain, in order to generate anisotropic meshes for elements of arbitrary order. The resulting mesh is constructed as the triangulation minimizing the interpolation error, evaluated in Lp norm. As most recent work on higher order meshes are focused on analytical problems, we also present here meshes adapted with respect to velocity fields obtained from fluid dynamics computations. The methodology is thus applied to simple flows, such as the lid-driven cavity and the backward facing step. The notion of continuous mesh links the classical discrete mesh, support for the finite element computations, to powerful continuous tools such as optmization and calculus of variations. This representation goes hand in hand with the metric tensor, which contains the anisotropic informations needed to perform the adaptation : indeed, the diagonalized form of its matrix representation shows the orientation and the length in each direction of an associated unit element. The classical hessian-based metric tensor, used for linear elements, can no longer be applied to higher order elements, whose interpolation error now features the higher order tensor of the derivatives of the solution. We shall thus look for a tensor of order two that is an upper bound for the higher order derivatives in the neighbourhood of a given mesh vertex. This tensor will then be scaled to obtain a metric tensor, allowing for the anisotropic adaptation. We then illustrate our methodology by computing metric tensors over fields featuring steep gradient regions : the resulting meshes show elements with a significant anisotropic ratio. Finally, a mesh convergence study is performed and a comparison between the obtained convergence rate and the one predicted by the continuous mesh theory is presented.


identifier: Vermot des Roches, M. (2018). Modèles de tension de surface pour les sels fondus et les métaux liquides appliqués au procédé Hall-Héroult  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'aluminium, de par ses propriétés mécaniques, thermiques ou physicochimiques, est un métal très prisé dans de nombreux domaines. La demande en aluminium est de plus en plus élevée et donc la production ne cesse d'augmenter. Il est donc aujourd'hui nécessaire pour les industries de minimiser le coût de production de l'aluminium. Une des raisons principales de la baisse de rendement du procédé Hall-Héroult est l'apparition de boues sur le bloc cathodique. En effet la boue formée par le procédé provoque une résistivité supplémentaire pour le passage du courant électrique. Cette boue est tout d'abord formé à l'IBM de par un régime diffusif prépondérant à l'interface et à la dissolution non-complète de l'alumine alimentée. Pour estimer le taux de particules solides chutant sur le bloc cathodique, il est nécessaire de connaître la tension d'interface de l'IBM. Pour ce faire, la connaissance de la tension de surface du bain et du métal liquide doit être connues. Ces deux phases n'étant pas pures, un modèle théorique est nécessaire pour estimer la tension de surface. Malheureusement les modèles existants dans la littérature ne sont pas assez satisfaisants   L'objectif de cette maîtrise est donc de créer un modèle estimant la tension de surface pour les systèmes liquides métalliques et de sels fondus et l'appliquer au procédé Hall-Héroult. Le modèle est basé sur le modèle de Guggenheim idéal avec l'ajout d'un système de poids sur les mélanges binaires. Notre modèle est ensuite étendu aux systèmes à n composés. Dans la majorité des cas, notre modèle est ensuite comparé aux points expérimentaux disponibles dans la littérature et au modèle de Butler-Tanaka, le modèle le plus répandu en recherche et en industrie. Sur les alliages étudiés, notre modèle possède une meilleure précision que le modèle de Butler-Tanaka, que ce soit sur les alliages métalliques ou de sels fondus et notamment pour les alliages d'aluminium, de fluorures et cryolithiques. Par ailleurs de nombreuses corrélations ont été trouvées afin de pouvoir estimer la tension de surface de la majorité des systèmes sans avoir besoin de points expérimentaux. Malheureusement notre modèle a encore besoin de données expérimentales pour estimer correctement la tension de surface de certains systèmes. De plus le travail de cette maîtrise ne suppose pas l'existence des particules solides dans les systèmes étudiés.  Les objectifs de cette maîtrise sont donc atteints, même si le travail doit être poursuivi pour rendre notre modèle de plus en plus universel et prendre en compte toutes les spécificités des phases du procédé Hall-Héroult (notamment les particules solides).  ABSTRACT: Aluminium, with its mechanical, thermal and physiochemical properties, is a metal widely used in various fields. The aluminium market gets bigger and bigger, and to cope with the demand, the production increases too. It is now necessary for companies to minimize the production cost of aluminium. One of the main reasons of a decreasing yield of the Hall-Heroult process is the formation of sludge on the cathode, which cause an additional resistivity against the electricity path. Indeed, the alumina fed to the process does not dissolve completely and condenses firstly at the molten-salt bath/metal interface (BMI). Furthermore, close to the BMI, the system is driven by diffusive regime, and the molten-salt bath composition changes compared to the bulk composition, which causes a possible crystallization of the bath. In order to determine the rate of falling particles on the cathode, it is necessary to know the interfacial tension of the BMI. But in order to estimate this, it is important to measure the surface tension of the molten-salt bath and aluminium. Unfortunately, the molten-salt bath and the aluminium are not pure species. It is important to have predictive models of surface tension of molten-salts alloys and metallic alloys. But none of the literature models proposed fit precisely to estimate correctly the surface tensions of the bath and aluminium. The objective of this Master is therefore to create a predicative model of the surface tension for molten-salt alloys and metallic alloys and apply it on the Hall-Héroult process. The model developed is based on ideal Guggenheim's model with addition of a weighting system on binary alloys. Then, our model is extended to systems with more species. In a wide majority of cases, our model has been compared to experimental points available in literature, and to the Butler-Tanaka model. On studied systems, our model has a greater precision compared to the Butler-Tanaka model, particularly on aluminium, fluorides and cryolitic alloys. Moreover, various correlations have been discovered to predict surface tension of systems without experimental data. But unfortunately, correlations do not include all systems. Furthermore, our work assumes liquid phases without solid particles in studied systems, whereas solid particles exists in Hall-Héroult process. The aims of this master are therefore achieved even if research must be continued to make our model more and more universal and included external events of Hall-Héroult process, particularly the existence of solid particles.


identifier: Mortazavinia, Z. (2018). Two-Way Fluid-Structure Coupling Methodology for Modeling 3D Flexible Hydrofoils in Viscous Flow  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les surfaces portantes. telles que des pâles, ailes, et hydrofoil sont sujets à des instabilités comme la divergence, le battement et la résonnance qui peuvent provoquer la fatigue de la structure et réduire sa tenue en service. Par conséquent, il est important de comprendre et de prédire avec précision la réponse et la stabilité de telles structures afin d'en assurer la sécurité, et de faciliter la conception et optimisation de concepts nouveaux et existants. L'interaction entre un écoulement et une structure, nommée interaction fluide-structure (IFS), doit être prise en compte lors de l'étude la réponse élastique et des instabilités de surfaces portantes. Pour de telles applications, l'écoulement et la structure sont couplés au travers de la charge qui s'exerce sur la structure par le fluide, et la déformation qui en découle. Pour certaines applications IFS, le fluide et le solide peuvent être couplés par un transfert unidirectionnel de la charge. Dans ce cas, un champ donné peut fortement affecter l'autre sans l'être lui-même. Cependant, pour certaines applications en ingénierie, où il y a une relation forte et potentiellement non-linéaire entre ces champs, un couplage unidirectionnel n'est pas adéquat. Alors, les déplacements de la structure causés par l'écoulement accentuent les forces du fluide de telle sorte que le fluide et la structure intéragissent en boucle de façon complexe. Donc, une analyse bi-directionnelle doit être entreprise. Les structure légères et flexibles sont couramment utilisées grâce aux avancées récentes dans les technologies des matériaux afin d'améliorer les caractéristiques hydrodynamiques et structurelles par rapport aux matériaux lourds et rigides. Dans cette thèse, on cherche une meilleure compréhension de la phénomènologie hydroélastique d'hydrofoils hautement flexibles, qui subissent de grandes déformations sous de fortes charges. Ceci milite en faveur d'une méthodologie IFS bidirectionnelle fortement couplée, en plus de l'incorporation de techniques numériques avancées pour la modélisation de la déformation de maillages adaptés. Pour des nombres de Reynolds moyens à élevés, le développement d'un écoulement turbulent autour de l'hydrofoil provoque un transfert du mouvement perpendiculaire à la paroi et permet à l'écoulement de se rattacher, et ainsi former une bulle laminaire de séparation (Laminar Separation Bubble, LSB). Le décrochage de l'écoulement, la formation de tourbillons dans le sillage, la localisation et le mouvement de la bulle laminaire sont tous des phénomènes qui affectent les charges hydrodynamiques et les vibrations de la structure. Par conséquent, une méthodologie numérique avancée, avec une précision spatiale suffisamment élevée a été incorporée dans ce travail pour capturer finement ces phénomènes à l'interface fluide-structure, tels que l'apparition et l'étendue de la zone de séparation.  ABSTRACT: Lifting bodies, such as blades, wings, and hydrofoils, may be subject to instabilities, such as divergence, flutter, and resonance, which can fatigue the structure and reduce its operational longevity. Therefore, it is important to understand and accurately predict the response and stability of such structures to ensure their structural safety and facilitate the design and optimization of new and existing concepts. The interaction between fluid and structure, known as Fluid-Structure Interaction (FSI), should be taken into account in the study of elastic response and instabilities of flexible lifting bodies. In such applications, the fluid flow and structure are coupled through the loads exerted on the structure by the fluid, which results in the the structural deformation. In some FSI applications, fluid and solid can be coupled by one-way (unidirectional) load transfer. In this case, a given field may strongly affect, but not be affected significantly by the other field. However, for some practical engineering applications, in which there is a strong and potentially nonlinear relationship between the fields, one-way coupling is not adequate. In such cases, the structural displacement caused by the flow further enhances the fluid forces in such a way that both fluid and structure are interacting in a complex feedback fashion. Hence, two-way FSI analysis needs to be undertaken. Light-weight, flexible structures are widely used through recent advances in material technologies to improve hydrodynamic and structural performance compared to heavy and stiff materials. This project seeks to gain greater insight into the hydroelastic response of highly flexible hydrofoils, which undergo large deformation when subjected to high hydrodynamic loadings. This increases the necessity of incorporating strongly-coupled two-way FSI methodology in addition to the numerical challenges in mesh deformation modelling. At moderate to high Reynolds numbers, the development of turbulent flow around a hydrofoil causes a momentum transfer normal to the wall and allows the flow to re-attach, and form a Laminar Separation Bubble (LSB). Flow separation, formation of trailing edge vortices, location and movement of the LSB affect the hydrodynamic loading and structural vibration. Hence, an advanced numerical technique with sufficiently high spatial accuracy is incorporated in the present study to precisely capture these local interface phenomena, such as the onset and the amount of flow separation. The interaction between the foil and surrounding flow involve significant three-dimensional features that will not be neglected in the present study.


identifier: Martin, M. (2018). Analyse détaillée de trace en dépit d'événements manquants  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le traçage offre une compréhension détaillée du fonctionnement d'un système ou d'une application, mais la simple étude d'une trace ne permet pas d'exploiter tout le potentiel des informations contenues dans les événements qui la constituent. C'est pour cela que les spécialistes des systèmes distribués et de l'analyse de performance développent des analyses complexes, qui sont ensuite intégrées aux outils de visualisation de traces. Ces outils supposent que le processus de traçage s'est déroulé sans erreurs. Néanmoins, il arrive que des événements soient perdus. Ceci survient lorsque les structures de données (souvent des tampons circulaires) devant stocker les événements avant leur écriture dans la trace sur disque sont pleins, alors que d'autres événements sont générés. Pour éviter de bloquer le système, le traceur doit jeter les événements les plus récents, ou écraser les plus anciens. Il n'existe pas de mécanisme pour gérer ce cas lors de l'analyse de trace, ce qui crée des incohérences dans les résultats sans que l'utilisateur en soit notifié. L'objectif de cette recherche est donc d'étudier le problème des événements perdus dans une trace lors de son analyse, et d'apporter des solutions permettant d'indiquer les incohérences et d'y remédier. Notre hypothèse était que les événements présents dans la trace contiennent suffisament d'information pour pouvoir détecter un changement d'état qui n'aurait pas dû avoir lieu, et pour compléter la chronologie manquante. Pour cela, nous avons utilisé des machines à états finis, puisque ce formalisme de représentation permet de modéliser le système étudié, en définissant la façon dont les événements génèrent des changements d'états. Ces machines à états possèdent des propriétés qui peuvent être exploitées pour retrouver les informations perdues.  ABSTRACT: With tracing, a lot of information can be gathered from a system or an application. This information needs to be exploited in order to provide a useful insight into the operation of our system. Experts develop complex trace analyses, but it does not take into account the fact that some events may have been lost during the tracing process, due to a much bigger flow of generated events than the capacity of writing into the trace. Therefore, the results may contain some inconsistencies. Our objective is to deal with these lost events at the trace analysis level. Using finite state machines to model the system, we are able to check the certainty of each new state. If no transition can be triggered from the current state, we check if one could be triggered from another state. By doing so, we can find inconsistencies. Then, we can correct these by looking for the sequence of transitions between the last coherent state and the incoherent one. Dijkstra's shortest-path algorithm is applied, with frequencies used as weights for the transitions. Once the transitions have been inferred, we can deduce the related lost events and their content. The proposed solution has been implemented in Trace Compass, a trace visualisation tool. The new information is displayed on the view representing the results of the analysis. It allowed us to apply our method to a few usecases, thus demonstrating its usefulness. The accuracy of the recovery phase is 53%. The overhead of the detection phase is reasonable for small traces, but can increase rapidly for bigger ones. However, the inference phase does not cost too much in any case.


identifier: Shabani, Y. (2018). Analyse de la qualité de l'onde d'une unité de production décentralisée raccordée au réseau déséquilibré  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, l'énergie électrique générée dans les centrales est transportée par de longues lignes de transmission qui ne sont pas parfaitement transposées, d'autre part, la pénétration des charges monophasées est en croissance, tout cela, en plus de plusieurs autres facteurs, rendent la tension dans les réseaux de distribution, déséquilibrée. En réalité, ce déséquilibre de tension entraîne plusieurs défis dans les réseaux électriques modernes qui hébergent la forte pénétration des unités de production décentralisée. Les unités de production décentralisée sont généralement raccordées aux réseaux par un dispositif d'électronique de puissance, principalement un convertisseur VSC. Le déséquilibre de tension du réseau, d'un côté, fait onduler la tension à la barre DC du convertisseur VSC et puis de l'autre, fait injecter des harmoniques du bas rang en plus des harmoniques à haute fréquence dues à la commutation du convertisseur de puissance. Les harmoniques détériorent la qualité de l'onde et ainsi de suite, engendrent les pertes dans le réseau et des équipements. Cette augmentation des pertes se traduit par la croissance des coûts de maintenance des réseaux électriques. En outre, la présence des harmoniques dans le réseau influe sur la performance du système de protection et aussi peut provoquer la dégradation des isolations des équipements du réseau tels que les transformateurs, les disjoncteurs et etc. Donc, le niveau d'émission d'harmoniques doit respecter les exigences du fournisseur de l'énergie. Donc l'élimination ou la mitigation des harmoniques contribue à améliorer considérablement la qualité de l'onde dans les réseaux électriques. Dans ce mémoire, en premier lieu, une étude analytique et compréhensive de la qualité de puissance dans les réseaux électrique hébergeant des unités de production décentralisée sera effectuée. Le but principal de cette étude est de bien déterminer d'où viennent l'ondulation du côté DC et les harmoniques du côté AC du convertisseur VSC de l'unité de production décentralisée. Puis les conditions d'élimination d'ondulations et d'harmoniques seront déduites. Ainsi, l'étude va révéler les limites des méthodes proposées à ce jour dans la littérature. En réalité, le système de commande du convertisseur de puissance peut, lui-même, devenir la source des ondulations et des harmoniques injectés au réseau. Par conséquent, dans ce mémoire, le convertisseur VSC des unités de production décentralisée sera contrôlé de telle façon que les courants du côté AC du convertisseur aient le moindre harmonique. Du coup, le taux de distorsion d'harmonique (THD) diminue notablement. Dans le but de concevoir un système de commande capable d'éliminer ou mitiger les harmoniques ainsi que les ondulations, le modèle dynamique de l'unité de production décentralisée sera élaboré.  ABSTRACT: The electric power generated in the power plants is transported by long transmission lines that are not perfectly transposed. On the other hand, the penetration of non-linear loads is growing, all this, in addition to several other factors, makes the voltage in distribution grids unbalanced. In reality, this voltage imbalance brings several challenges in the electrical networks. The decentralized generation units are generally connected to the distribution networks whose voltage is unbalanced, inject non-characteristic harmonics in addition to the high frequency harmonics due to the commutation of the power converter. These harmonics degrade the quality of power injected into the grid by the decentralized generation unit and so on, the loss in the network and equipment will be significantly increased. This increase in losses is reflected in the growth of electrical network maintenance costs. The presence of harmonics in the network influences the performance of the protection system and can also cause degradation of the insulation of network equipment such as transformers, circuit breakers and so on. Therefore, the level of harmonic emission must meet the requirements of the energy supplier. On the other hand, the elimination or mitigation of harmonics significantly improves power quality in power grids. In this thesis, in order to achieve this objective, at first, an analytical and comprehensive study of the power quality in the decentralized production units will be carried out in order to determine where these harmonics come from. Then the harmonic elimination conditions will be deduced using the results of this study, which will lead to reveal the disadvantages of the methods proposed in the literature. In reality, the control system of the power converter can, itself, become the source of the harmonics injected into the network. Therefore, in this thesis, the power converter of the decentralized production units will be controlled so that the currents of the AC side of the converter have the least harmonic. As a result, the harmonic distortion rate (THD) decreases significantly. In order to design a control system being able to eliminate or mitigate the harmonics, the dynamic model of the decentralized production unit will be elaborated and then the control system will be conceived while respecting the conditions resulting from the analytical study. harmonics that have already performed. Then, using the EMTP-RV software the performance of the designed controller will be challenged by the imposition of the worst network imbalance conditions. The results of simulations in EMTP-RV conform to those of the analytical study of harmonics. So, the decentralized power plant provides the power to the network without the degradation of the power quality when the network is unbalanced. No additional devices are added to the system.


identifier: Al-Mallah, R. (2018). Road Traffic Congestion Analysis Via Connected Vehicles  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La congestion routière est un état particulier de mobilité où les temps de déplacement augmentent et de plus en plus de temps est passé dans le véhicule. En plus d'être une expérience très stressante pour les conducteurs, la congestion a également un impact négatif sur l'environnement et l'économie. Dans ce contexte, des pressions sont exercées sur les autorités afin qu'elles prennent des mesures décisives pour améliorer le flot du trafic sur le réseau routier. En améliorant le flot, la congestion est réduite et la durée totale de déplacement des véhicules est réduite. D'une part, la congestion routière peut être récurrente, faisant référence à la congestion qui se produit régulièrement. La congestion non récurrente (NRC), quant à elle, dans un réseau urbain, est principalement causée par des incidents, des zones de construction, des événements spéciaux ou des conditions météorologiques défavorables. Les opérateurs d'infrastructure surveillent le trafic sur le réseau mais sont contraints à utiliser le moins de ressources possibles. Cette contrainte implique que l'état du trafic ne peut pas être mesuré partout car il n'est pas réaliste de déployer des équipements sophistiqués pour assurer la collecte précise des données de trafic et la détection en temps réel des événements partout sur le réseau routier. Alors certains emplacements où le flot de trafic doit être amélioré ne sont pas surveillés car ces emplacements varient beaucoup. D'un autre côté, de nombreuses études sur la congestion routière ont été consacrées aux autoroutes plutôt qu'aux régions urbaines, qui sont pourtant beaucoup plus susceptibles d'être surveillées par les autorités de la circulation. De plus, les systèmes actuels de collecte de données de trafic n'incluent pas la possibilité d'enregistrer des informations détaillées sur les événements qui surviennent sur la route, tels que les collisions, les conditions météorologiques défavorables, etc. Aussi, les études proposées dans la littérature ne font que détecter la congestion ; mais ce n'est pas suffisant, nous devrions être en mesure de mieux caractériser l'événement qui en est la cause. Les agences doivent comprendre quelle est la cause qui affecte la variabilité de flot sur leurs installations et dans quelle mesure elles peuvent prendre les actions appropriées pour atténuer la congestion.  ABSTRACT: Road traffic congestion is a particular state of mobility where travel times increase and more and more time is spent in vehicles. Apart from being a quite-stressful experience for drivers, congestion also has a negative impact on the environment and the economy. In this context, there is pressure on the authorities to take decisive actions to improve the network traffic flow. By improving network flow, congestion is reduced and the total travel time of vehicles is decreased. In fact, congestion can be classified as recurrent and non-recurrent (NRC). Recurrent congestion refers to congestion that happens on a regular basis. Non-recurrent congestion in an urban network is mainly caused by incidents, workzones, special events and adverse weather. Infrastructure operators monitor traffic on the network while using the least possible resources. Thus, traffic state cannot be directly measured everywhere on the traffic road network. But the location where traffic flow needs to be improved varies highly and certainly, deploying highly sophisticated equipment to ensure the accurate estimation of traffic flows and timely detection of events everywhere on the road network is not feasible. Also, many studies have been devoted to highways rather than highly congested urban regions which are intricate, complex networks and far more likely to be monitored by the traffic authorities. Moreover, current traffic data collection systems do not incorporate the ability of registring detailed information on the altering events happening on the road, such as vehicle crashes, adverse weather, etc. Operators require external data sources to retireve this information in real time. Current methods only detect congestion but it's not enough, we should be able to better characterize the event causing it. Agencies need to understand what is the cause affecting variability on their facilities and to what degree so that they can take the appropriate action to mitigate congestion.


identifier: Jemai, L. (2018). Planification de réseaux hyperconnectés et mutualisés de transport urbain de marchandises  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les secteurs de la logistique et du transport jouent un rôle essentiel dans les économies modernes, puisqu'ils représentent les différentes possibilités d'amélioration de la compétitivité des pays et ils imposent d'importants défis sociaux et environnementaux. En 2015, les coûts de logistique et de transport ont représenté respectivement 7,85% et 10% des PIB des États-Unis et de l'Union européenne. Pour la même année, ces industries ont contribué pour 5,5% aux émissions mondiales de GES ([Crainic et Montreuil, 2016]; [Fontaine et al., 2017]). Ces résultats découlent des nouvelles tendances du marché et de l'émergence des exigences (urbanisation, commerce électronique, etc.) et des systèmes logistiques et de transport de nature « complexe » (par exemple, plusieurs acteurs ayant différents objectifs, incertitudes, etc.). Pour faire face aux problèmes mentionnés, les réorganisations des systèmes logistiques et du transport actuels doivent encore être étudiées, planifiées, testées et évaluées. Au cours des dernières années, les cadres théoriques de la logistique urbaine (CL) et de l'Internet Physique (PI) ont pris de l'ampleur dans le monde de la recherche scientifique. L'objectif principal de la Logistique Urbaine est de réduire les impacts négatifs des mouvements de véhicules de fret en termes de congestion, de mobilité et d'impacts environnementaux, sans pénaliser les différentes activités sociales et économiques ([Taniguchi et Thompson, 2002]; [Taniguchi, 2014]). Plus précisément, il vise, tout d'abord, à réduire et contrôler la présence de véhicules de fret dans les zones urbaines. Deuxièmement, améliorer l'efficacité des mouvements de marchandises et réduire les impacts sur l'environnement, notamment en minimisant le trafic à vide des véhicules de fret sur les routes urbaines ([Benjelloun et Crainic, 2008]; [Dablanc, 2007]). L'Internet Physique (PI) est un nouveau concept de transport de marchandises et de logistique visant à améliorer l'efficacité économique, environnementale et sociale et la durabilité de la manière dont les objets physiques sont déplacés, stockés, réalisés, fournis et utilisés dans le monde entier ([Montreuil et al., 2013] ; [Montreuil et al., 2012]). Utilisant les mêmes concepts de l'Internet Numérique et de la même manière que les paquets de données transitent dans les réseaux Internet numériques, l'idée de PI est d'acheminer les marchandises encapsulées dans des conteneurs modulaires via un réseau global, interconnecté et ouvert ([Montreuil, 2009]; [Sarraj et al., 2012]). Le concept de PI est de plus en plus présent dans la recherche et les applications récentes qui ont démontré de vrais gains potentiels dans le transport de marchandises interurbain, les chaînes d'approvisionnement et la logistique ([Ballot et al., 2014]; [Sarraj et al., 2014]). Plusieurs concepts tels que la coopération, la consolidation, la manière de mettre en œuvre les activités de transport et de stockage de marchandises, sont des concepts-clés à la fois pour la logistique urbaine et l'Internet physique. Ces systèmes de transport sont complémentaires, puisque la logistique urbaine fournit les derniers segments de la logistique interconnectée et des réseaux de transport Internet physique. Malgré l'importance de ces concepts, [Crainic et Montreuil, 2016] ont affirmé qu'aucune étude n'avait exploré les liens et les synergies entre ces systèmes avancés de transport de marchandises et de logistique. De plus, à notre connaissance, aucune méthode de planification, de modélisation ou d'optimisation n'a été développée pour ce type de réseaux hyperconnectés. On vise à combler ces lacunes en introduisant l'idée des systèmes de la Logistique Urbaine Hyperconnectée et Mutualisée (HCL) "Hyperconnected City Logistics (HCL)". On discute des concepts-clés, des avantages potentiels et des défis en termes de recherches et de développements de la logistique urbaine hyperconnectée. Notre principal problème de recherche est le développement des modèles d'optimisation afin de mettre en place une planification d'un réseau HCL. On évalue les avantages et les enjeux de l'introduction du concept de coopération entre de nombreux acteurs logistiques, en particulier dans le cadre du partage des ressources dans un système de la logistique urbaine hyperconnectée. Dans ce mémoire, on propose des décisions tactiques liées à la conception et à la gestion du réseau de services. Dans notre modèle, on modélise les différents types de ressources, comme la taille des flottes et la capacité des satellites et des centres de distribution. De plus, notre modèle est multimodal puisqu'on considère plusieurs modes de transport comme les camions et les trams. On introduit, également, les concepts de coopération et de partage des ressources à la formulation classique de problème de conception de réseaux. Ce problème consiste à satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes et les exigences de la mutualisation et du système HCL. L'objectif vise à minimiser les coûts de sélection et d'exploitation d'un service et les coûts d'affectations de la coalition considérée. Enfin, on effectue une série d'expériences numériques afin d'évaluer, d'une part, la performance du modèle et de l'approche proposée et, d'autre part, l'impact de l'adaptation de l'approche mutualisée et la multimodalité dans les modèles de planification tactique proposés dans le cadre d'un réseau HCL mutualisé. On a conclu que l'approche mutualisée et la multimodalité donnent plus de flexibilité et de meilleurs résultats pour les réseaux HCL. Les solutions obtenues ont validé les modèles de planification et les hypothèses proposés.  ABSTRACT: Transport and logistics become increasingly important in the development, organization and operation of our society. Recently, the intensity of logistic activities has grown strongly in terms of volume since most of our activities require the movement of people and goods, that must be efficient and at minimum cost. However, these requirements can only be achieved with efficient infrastructure, services and logistics and transport activities. More specifically, the transportation of goods is an important factor for most economic and social activities in urban life [OECD, 2003]. In fact, the transport of goods in the city constitutes from 15% to 20% of all vehicle trips. This complexity is amplified by the increase of population and urbanization. In 2014, 54% of the world's population was living in urban areas. The [Unies, 2004] are expecting a raise of 66% until 2050 and 85% until 2100 [OECD, 2003]. It results an increase in, both, demands and complexity of the distribution networks have increased. Therfore, ransportation industry becomes a source of various kinds of nuisances such as: noise, congestion, pollution, etc. In order to solve these problems, new paradigms have emerged, we are specifically interested in City Logistics (CL) Physical Internet (PI). The main objective of Urban Logistics is to reduce negative impacts of freight vehicle movements in terms of congestion, mobility and environmental impacts, without penalizing the different social and economic activities ([Taniguchi et Thompson, 2002]; [Taniguchi, 2014]). More specifically, it aims, first of all, to reduce and control the presence of freight vehicles in urban areas. Secondly, to improve the efficiency of goods movements and to reduce environmental impacts, especially by minimizing the empty traffic of freight vehicles in urban roads ([Benjelloun et Crainic, 2008]; [Dablanc, 2007]). The Physical Internet (PI), is a new concept for freight transportation and logistics aiming to improve the economic, environmental and social efficiency and sustainability of the manner that physical objects are moved, stored, realized, supplied and used around the world ([Montreuil et al., 2013]; [Montreuil et al., 2012]). Using the same concepts of the Digital Internet and in the same way that data packets transit in digital Internet networks, the idea of PI is to route goods whitch are encapsulated in modular containers through a global, interconnected and open network ([Montreuil, 2009]; [Sarraj et al., 2012]). The concept of PI is increasingly present in research and recent applications that have demonstrated a real potential gains in interurbain freight transportation, supply chains, and logistics ([Ballot et al., 2014]; [Sarraj et al., 2014]). Several concepts such as cooperation, consolidation, the way of implementing the activities of transport and storage of goods, are key concepts for both City Logistics and Physical Internet. This transport systems are complementary, since City Logistics provides the final segments of interconnected logistics and Physical Internet transportation networks. Despite the importance of these concepts, [Crainic et Montreuil, 2016] have claimed that no study has explored the links and synergies between these advanced systems of freight transport and logistics. Moreover, to the best of our knowledge, no planning, modeling or optimization methods have been developed for this type of hyperconnected networks. We aim to fill these gaps by introducing the Hyperconnected Urban Logistic Systems idea "Hyperconnected City Logistics (HCL)". We will discuss key concepts, potential benefits and challenges in term of research and development of the Hyperconnected City Logistics. Our main research problem is the development of optimization models in order to set up an hyperconnected urban network planning. We will propose tactical decisions related to the design and management of the hyperconnected service network. We evaluate how an Hyperconnected City Logistics system can be profitable when introducing the concept of cooperation between many logistic actors especially under the sharing of resources. Further, we model the resources, like feet size and satellite capacity, in our model. We also consider in our problem setting not only trucks but also other transportation mode for example Trams. We, also, introduce a new Integer Programming formulation for the problem. This formulations benefits from the fact that, compared to classical network design formulations, we introduce cooperation and ressouces sharing.