identifier: Wielinski, G. (2014). Analyse de l'implantation de l'autopartage en libre-service intégral à Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'autopartage est de plus en plus connu et populaire au sein des communautés urbaines à travers le monde. Pratique, économique et écologique, ce mode de transport durable amène plusieurs bénéfices tant à l'environnement, à notre système de transport collectif et aux utilisateurs directement. Depuis quelques années, une nouvelle forme d'autopartage a vu le jour, le libre-service intégral (LSI). Ce service d'autopartage a l'avantage de ne plus reposer sur un système de stations pour la Récupération et l'utilisation de véhicules, mais bien sur des zones de service où les usagers peuvent y emprunter un véhicule. Ils peuvent ensuite effectuer leurs déplacements à l'intérieur et à l'extérieur de cette zone, pour finalement remettre le véhicule libre d'utilisation n'importe où à l'intérieur de la zone de service (la voiture doit être stationnée dans la rue de façon légale). Ce nouveau mode amène donc une multitude d'opportunités aux usagers, qui ne sont plus autant restreints au niveau de leur point de retour ainsi que de la structure de leur chaîne de déplacements. La littérature à ce jour recense plusieurs travaux au niveau de l'autopartage et quelques uns pour le LSI. Au niveau de l'autopartage traditionnel, on présente les usagers comme étant des hommes et des femmes assez jeunes (25 à 45 ans), ayant une bonne éducation, provenant d'un ménage assez restreint et ayant un revenu plus élevé que la moyenne (Millard-Ball, 2005). Également, ce même auteur démontre que les motifs reliés à l'utilisation de ce mode de transport sont habituellement consacrés aux activités de plaisances ainsi qu'aux courses/magasinage et non pas aux déplacements liés au travail. Certains travaux ont été réalisés au sujet du traitement des traces GPS pour en évaluer le comportement des usagers (Leclerc, Trépanier, & Morency, 2013). On a démontré qu'en plus de faire des déplacements plus courts, les usagers effectuaient davantage de déplacements dans leurs chaînes de déplacements que des usagers d'automobile traditionnels, afin de maximiser l'utilisation de la voiture durant la période de location. De ces usagers, deux groupes sont ressortis, soit les usagers à haute fréquence (qui représente une bonne partie des déplacements effectués globalement) et les usagers à basse fréquence (qui représentent plus d'usagers, mais avec des habitudes de consommation de l'autopartage plus faible. L'autopartage traditionnel a également soulevé plusieurs bienfaits au niveau économique, social et environnemental. Pour les usagers, on rapporte des économies d'argent, pour l'environnement on rapporte une diminution quant au parc automobile ainsi qu'une diminution des émissions de gaz à effet de serre, ce qui impact directement la société (E. W. Martin & Shaheen, 2011). Du côté du libre-service intégral, les recherches se font plus rares bien entendu, mais tout de même présentes. Une étude fort intéressante a été effectuée en Allemagne sur le comportement des usagers dans un système de LSI. On y rapporte que l'utilisation des véhicules est plus élevée les vendredis et samedis, indiquant une prépondérance pour des motifs davantage reliés aux activités de plaisance et au magasinage. On y traite également de la distance entre les points de départ et d'arrivé, ainsi que l'impact de la météo sur l'utilisation du service. Finalement, une étude par le biais d'un système d'information géographique a été effectuée pour montrer la distribution spatiale de la localisation des départs de déplacements. D'autres auteurs participent également à la littérature du LSI comme (Ciari, Balmer, Axhausen, 2008) qui ont effectué des simulations orientée-agent et (Schaefers, 2013) qui explore les motivations des usagers quant à leur adhésion au service. Cette recherche propose trois objectifs principaux. Tout d'abord, on vise à découvrir en profondeur les caractéristiques des usagers ainsi que leur comportement lors de l'emploi de véhicule de LSI. Également, un exercice de comparaison est effectué pour comparer le service traditionnel au nouveau service LSI. Finalement, l'étude aborde la complémentarité du service face aux autres modes de transport. Pour y arriver, une entente avec l'opérateur d'autopartage Communauto et l'École Polytechnique de Montréal a été conclue afin d'accéder aux données transactionnelles du service LSI et du service Traditionnel, en plus d'accéder aux résultats d'un sondage sur les motifs d'utilisation du LSI. Afin de dresser un portrait des données mises à disposition, un système d'information a été créé pour intégrer et croiser les différentes sources de données, pour ultimement présenter les résultats sous différentes dimensions et comparer l'utilisation des usagers participants aux deux services. Également, un système d'information géographique et mis à profit afin de notamment représenter géographiquement les différents arrêts des usagers tout au long de leurs déplacements. Au total, c'est 22 993 transactions pour le LSI et 1 572 076 réservations pour le service régulier qui ont été mises à disposition. De plus, 1 175 réponses d'un sondage ont été collectées permettant d'identifier le motif d'utilisation ainsi que les modes de transport remplacés par le LSI. Le mémoire se termine sur une ouverture quant aux perspectives futures intéressantes à explorer en passant par les contributions de l'étude ainsi que des limitations de cette dernière. Des études au niveau des impacts environnementaux, tant pour les émissions de GES que de la possession automobile, ainsi que de la complémentarité du LSI avec le cocktail de mobilité urbain des grandes villes sont à prévoir pour le futur, afin de catégoriser le LSI comme étant un mode de transport durable ou pas.  ABSTRACT: Carsharing is increasing in popularity worldwide. It is a practical, environmentally friendly and economical method of transportation with many benefits. In recent years, a new form of carsharing has hit the market: free-floating carsharing . This service allows users to borrow a car and return it anywhere in the service's particular zone. Thus, users will not be dependant of a fixed station to return the vehicle to. However, the borrowed vehicle has to be parked back legally on the streets. For instance, it cannot be parked in a driveway or go against parking sign rules. All in all, this service bring many traveling opportunities to users mainly in which they will not be obligated to return the borrowed vehicle to a predetermined location. Recent literature contains many studies on carsharing. Nevertheless, information on free-floating carsharing is not abundant. According to Millard-Ball (2005), users of traditional carsharing are relatively young (between ages of 25 to 45), well educated, from a small family and have an income that is higher than the average. The same author demonstrates how carsharing members use this service to make leisure related trips such as shopping, activities and is rarely used for work related trips. Leclerc, Trépanier and Morency conducted an experiment in 2013 in which they evaluated the users behaviors with the service by treating the GPS traces. They discovered that users maximize their time more with the vehicle that they have borrowed versus regular car owners. Amongst these members, two main groups were discovered: first, users of low frequency (that are not frequent users of the service) that are abundant and second, users of high frequency (frequent users of the service) that are less abundant. As previously mentioned, this service brings many benefits. Economically, users get to save money. Ecologically, there is a reduction in car ownership, which results in reduction of emission of greenhouse gases (E. E. Martin & Shaheen, 2011). Even though studies are scarce for free floating carsharing, there are still some interesting papers. In fact, an interesting study was conducted in Germany on the travel behaviors of the users of a free floating carsharing service. Results indicated higher usage of the service Friday to Saturday, indicating the service is mostly used for recreational activities and shopping. The study also analyzes the distances between start and finish locations as well as the impact of weather on the use of the service. With the help of a geographical information system, researchers were able to demonstrate all the spatial distribution of the driver's starting locations. Other authors have also contributed to the study: Ciari, Balmer & Axhausen (2008) have conducted agent-based simulations and Schaefers (2013) has analyzed the usage motives of carsharing members. This research proposes three main objectives. Firstly, we aim to study in detail the characteristics of users and their travel behavior while they are at use of the service. Secondly, we are going to compare the principal aspects between station based carsharing and free floating carsharing. Finally, our study will look at how free floating carsharing complements other modes of transport. To accomplish this research, an agreement was set with one of the largest carsharing providers in North America, Communauto and École Polytechnique de Montréal. They provided transactional data for free floating and traditional carsharing. In addition, they offered the results of a survey regarding the motives of the users of the free floating service. Results show that amongst all users, female users (63%) are more predominant than male users (37%). Also, free-floating users are slightly younger than traditional users and the majority of them live inside the service area (83%). The average distance of a trip is 8.0 ± 12.2 km with a median value of 3.8 km, which is substantially smaller than the distance of a traditional carshare trip. The results of the survey show that the main purposes of travel are shopping (34%), leisure activities (18%) and returning back home with the car (18%). A difference is noticed between regular users of general carsharing and free-floating users. In fact, the average trip distance is shorter for the regular users. We realized that it's imperative that in the future we study station based carsharing and free-floating as two distinct services due to the differences between usage patterns. Finally, there's some overlapping between free-floating and the other transportation services offered, but we prefer to talk about a complementary service that adds value to the existing options offered to Montrealers. Further studies shall be done to fully answer the question. This paper ends on the future perspectives that will be interesting to explore, especially on the impact of free-floating on the environment and how this service complements other existing modes of transport. After studying those aspects, we'll be able to label free-floating carsharing as a sustainable mode of transport or not.


identifier: Moradi, A. (2014). Low-Power High Data-Rate Wireless Transmitter For Medical Implantable Devices  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les émetteurs-récepteurs radiofréquences (RF) sont les circuits de communication les plus communs pour établir des interfaces home-machine dédiées aux dispositifs médicaux implantables. Par exemple, la surveillance continue de paramètres de santé des patients souffrant d'épilepsie nécessite un étage de communication sans-fil capable de garantir un transfert de données rapide, en temps réel, à faible puissance tout en étant implémenté dans un faible volume. La consommation de puissance des dispositifs implantables implique une durée de vie limitée de la batterie qui nécessite alors une chirurgie pour son remplacement, a moins qu'une technique de transfert de puissance sans-fil soit utilisée pour recharger la batterie ou alimenter l'implant a travers les tissus humains.  Dans ce projet, nous avons conçu, implémenté et testé un émetteur RF à faible puissance et haut-débit de données opérant à 902-928 MHz de la bande fréquentielle industrielle-scientifique-médicale (ISM) d'Amérique du Nord. Cet émetteur fait partie d'un système de communication bidirectionnel dédié à l'interface sans-fil des dispositifs électroniques implantables et mettables et bénéficie d'une nouvelle approche de  modulation par déplacement de fréquence (FSK). Les différentes étapes de conception et d'implémentation de l'architecture proposée pour l'émetteur sont discutées et analysées dans cette thèse. Les blocs de circuits sont réalisés suivant les équations dérivées de la modulation FSK proposée et qui mènera à l'amélioration du débit de données et de la consommation d'énergie. Chaque bloc est implémenté de manière à ce que la consommation d'énergie et la  surface de silicium nécessaires soient réduites. L'étage de modulation et le circuit mélangeur ne nécessitent aucun courant continu grâce à leur structure passive.Parmi les circuits originaux, un oscillateur en quadrature contrôlé-en-tension (QVCO) de faible puissance est réalisé pour générer des signaux différentiels en quadrature, rail-à-rail avec deux gammes de fréquences principales de 0.3 à 11.5 MHz et de 3 à 40 MHz. L'étage de sortie énergivore est également amélioré et optimisé pour atteindre une efficacité de puissance de ~ 37%. L'émetteur proposé a été implémenté et fabriqué à la suite de simulations post-layout approfondies.  ABSTRACT: Wireless radio frequency (RF) transceivers are the most common communication front-ends used to realize the human-machine interfaces of medical devices. Continuous monitoring of body behaviour of patients suffering from Epilepsy, for example, requires a wireless communication front-end capable of maintaining a fast, real-time and low-power data communication while implemented in small size. Power budget limitation of the implantable and wearable medical devices obliges engineers to replace or recharge the battery cell through frequent medial surgeries or other power transfer techniques. In this project, a low-power and high data-rate RF transmitter (Tx) operating at North-American Industrial-Scientific-Medical (ISM) frequency band (902-928 MHz) is designed, implemented and tested. This transmitter is a part of a bi-directional transceiver dedicated to the wireless interface of implantable and wearable medical devices and benefits from a new efficient Frequency-Shift Keying (FSK) modulation scheme. Different design and implementation stages of the proposed transmitter architecture are discussed and analyzed in this thesis. The building blocks are realized according to the equations derived from the proposed FSK modulation, which results in improvement in data-rate and power consumption. Each block is implemented such that the power consumption and needed chip area are lowered while the modulation block and the mixer circuit require no DC current due to their passive structure. Among the original blocks, a low-power quadrature voltage-controlled oscillator (QVCO) is achieved to provide differential quadrature rail-to-rail signals with two main frequency ranges of 0.3-11.5 MHz and 3-40 MHz. The power-hungry output stage is also improved and optimized to achieve power efficiency of ~37%. The proposed transmitter was implemented and fabricated following deep characterisation by post-layout simulation. Both simulation and measurement results are discussed and compared with state-of-the-art transmitters showing the contribution of this work in this very popular research field. The Figure-Of-Merit (FOM) was improved, meaning mainly increasing the data-rate and lowering the power consumption of the circuit. The transmitter is implemented using 130 nm CMOS technology with 1.2 V supply voltage. A data-rate of 8 Mb/s was measured while consuming 1.4 mA and resulting in energy consumption of 0.21 nJ/b. The fabricated transmitter has small active silicon area of less than 0.25 mm2.


identifier: Guntupalli, A. B. (2014). Low-Cost Integrated Waveguide Antenna Front-End Solutions for Fifth Generation Cellular Systems and Beyond  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À ondes millimétriques (ou simplement mm - ondes) réseaux d'antennes avec un seul polarisation linéaire (LP ) , double polarisation linéaire ( DLP ) et double polarisation circulaire ( DCP) caractéristiques sont largement utilisés pour de nombreuses applications , il y compris la communication de données sans fil , capteurs radar , passive imagerie , la récupération d'énergie et les systèmes de radiocommunication cognitifs . Parmi les différents types de structure d'alimentation , guide d'ondes présente un excellent candidat pour mettre en oeuvre des réseaux d'alimentation à faible perte et gain élevé réseaux d'antennes sur la plage de fréquence à ondes millimétriques . Ces antennes à base de guide d'ondes - ont été présentant d'excellentes caractéristiques de rayonnement , mais ils ne sont pas faciles à intégrer avec des composants actifs . A la fréquence à ondes millimétriques , SIW ( substrat de guide d'ondes intégré ) est un candidat exceptionnel émergents à mettre en oeuvre une faible perte et des réseaux d'alimentation à faible coût. Antenne SIW - alimenté est capable de produire l'efficacité de rayonnement à haute et le comportement d'impédance à large bande . Dans cette thèse , la technologie de transmission alimentation SIW est choisi pour mettre en oeuvre des réseaux électriques et de phase de distribution pour réaliser une grande efficacité antenne extrémités avant. Les principales contributions scientifiques et techniques peuvent être résumées en deux parties .Dans la première partie , des solutions pour les ouvertures rayonnantes efficacement ont été proposés tels que gain élevé réseaux d'antennes LP , DLP réseaux d'antennes et DCP réseaux d'antennes . Le choix de l'élément rayonnant avec d'excellentes caractéristiques de rayonnement est vital dans la réalisation de gain élevé réseau d'antennes et réseaux phasés, électroniquement orientables . Dans la deuxième partie , de nouvelles techniques ont été proposées pour diriger le faisceau fixe dans des directions multiples en élévation et azimut en utilisant le réseau de décalage de phase passive.  ABSTRACT: Millimeter-wave (or simply mm-wave) antenna arrays with single linear polarization (LP), dual linear polarization (DLP) and dual circular polarization (DCP) characteristics are widely being used for numerous applications including wireless data communication, radar sensors, passive imaging, energy harvesting and cognitive radio systems. Among different types of feeding structure, waveguide presents an excellent candidate to implement low-loss feeding networks and high-gain antenna arrays over mm-wave frequency range. Those waveguide-based antennas have been exhibiting excellent radiation characteristics, but they are not easy to integrate with active components. At mm-wave frequency, SIW (substrate integrated waveguide) is an emerging outstanding candidate to implement low loss and low cost feeding networks. SIW-fed antenna is able to yield high radiation efficiency and broadband impedance behavior. In this thesis, SIW feeding transmission technology is chosen to implement power and phase distributing networks for realizing high efficiency antenna front ends. The main scientific and technical contributions can be summarized into two parts. In the first part, solutions for efficiently radiating apertures have been proposed such as high gain LP antenna arrays, DLP antenna arrays and DCP antenna arrays. The radiating element choice with excellent radiation characteristics is vital in realising high gain antenna array and electronically steerable phased arrays. In the second part, new techniques have been proposed to steer the fixed beam into multiple directions in elevation and azimuth utilizing passive phase shifting network. At 60 GHz frequency, dielectric rod antenna is selected for linearly polarized radiation and cavity backed metallic circular patch antenna is selected to obtain circular polarization radiation. Single rod antenna element is experimentally characterized to validate the proposed concept. In the next stage, high gain antenna array with 45o linear polarization utilizing rod antenna radiating element is demonstrated and feeding implemented in three dimensional (3-D) architecture is integrated along with the 4 x 4 antenna array. The data handling capability of single polarization antenna array is increased up to two fold by integrating two orthogonal polarized antenna arrays with an aperture area of one single polarized array.


identifier: Trudel Languedoc, S. (2014). Analyse du comportement sismique des bâtiments de faible hauteur en acier avec diaphragmes flexibles au toit  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les bâtiments d'un étage avec diaphragme flexible au toit sont un type de bâtiment que l'on retrouve fréquemment au Canada. On utilise ce type de bâtiment comme édifice industriel, commercial ou récréatif. Le toit est fait de feuilles de tablier métallique supportées par des poutrelles ajourées et/ou des poutres en acier et qui forment un diaphragme. Ces diaphragmes sont relativement flexibles et subissent des déformations de cisaillement et de flexion dans leur plan. Au Canada, la conception sismique de ces bâtiments est généralement réalisée à l'aide de la méthode des forces statiques équivalentes (MFSÉ). Le Code National du Bâtiment 2010 (CNBC 2010) propose des équations empiriques, basées sur la hauteur du bâtiment, pour le calcul de la période fondamentale. Or, lorsqu'on tient compte de la flexibilité des diaphragmes de toit, la période fondamentale allonge. De plus, lorsqu'on réalise une analyse dynamique, la distribution des efforts de cisaillement dans le diaphragme dévie de la variation linéaire supposée dans le dimensionnement. La méthode actuelle de conception n'est donc pas adaptée à la réalité des bâtiments d'un étage avec un diaphragme flexible au toit. Les changements apportés à la conception sismique dans le CNBC et la norme CAN/CSA-S16 (2009) ont augmenté considérablement les efforts à utiliser au moment de la conception. Il est donc nécessaire d'améliorer notre connaissance du comportement dynamique des bâtiments en acier d'un étage avec diaphragme de toit flexible.  ABSTRACT: Low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm are commonly found in Canada. This type of buildings is used as an industrial, commercial or recreational building. The roof is made of steel deck sheets supported by open web trusses and/or steel beams and forms a diaphragm to resist lateral loads. These diaphragms are relatively flexible and are subjected to shear deformation and bending in their plane. In Canada, the seismic design of these buildings is usually performed using the equivalent static force method. The National Building Code of Canada 2010 (NBCC 2010) provides empirical equations, based on building height, for the calculation of the fundamental period. However, when taking into account the flexibility of the roof diaphragm, the fundamental period lengthens. Furthermore, when performing a dynamic analysis, the distribution of shear stresses in the diaphragm deflects from the assumed linear variation in dimensioning. The current design method is not adapted to the reality of low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm. Changes in seismic design in the NBCC and CAN/CSA-S16 (2009) substantially increased the design effort. It is therefore necessary to improve our understanding of the dynamic behaviour of low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm.


identifier: Hoang, L. N. (2014). Conception bayésienne de mécanismes et quantification de l'équité appliquées à la construction d'horaires personnalisés  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de la construction des quarts est un problème classique de recherche opérationnelle. Le progrès dans leurs modélisations mathématiques et l'amélioration des puissances de calculs informatiques ont permis d'intégrer des facteurs de plus en plus complexes. L'objectif de cette thèse est d'inclure les préférences des employés à la construction d'horaires. Toutefois, au-delà des difficultés algorithmiques, cet objectif pose de nombreuses problématiques, à la fois nouvelles, générales et fondamentales. Les employés auront-ils intérêt à révéler leurs préférences de manière honnête ? Peut-on s'assurer de ne pas désavantager les employés honnêtes ? Peut-on garantir l'équité entre les employés ? Comment modéliser mathématiquement cette équité de manière convaincante ? Comment utiliser le concept d'équité pour optimiser la construction de quarts avec préférences des employés ? Nombre de ces questions élémentaires sont en lien avec la théorie des jeux. Mais les théories existantes sont insuffisantes pour adresser la complexité du contexte de la construction de quarts personnalisés. Ceci nous amènera à introduire une nouvelle perspective sur la théorie des jeux, puissante et adaptée aux calculs informatiques, qui se fonde sur un nouvel objet mathématique appelé fonction de retour. Au lieu de se focaliser sur les stratégies, la fonction de retour propose de se concentrer sur les conséquences des actions des individus sur l'issue qui leur est consacrée. Alors que ces fonctions de retour se prêtent mieux aux calculs, de façon cruciale, elles possèdent pourtant toute l'information nécessaire à l'étude des jeux. C'est pourquoi nous utiliserons alors ce nouvel objet mathématique pour une optimisation heuristique de mécanismes favorisant l'honnêteté dans un contexte simplifié de partage équitable de gâteau. Par ailleurs, nous introduirons de nouvelles définitions de l'équité fondées sur des concepts de distributions, d'échanges et de réseaux sociaux. Ces concepts viennent naturellement compléter la théorie des fonctions d'utilité de von Neumann and Morgenstern (1944), qui ne permet pas de déterminer de manière unique et sensée une quantification de la satisfaction des employés. Enfin, en dernier lieu, nous appliquerons les concepts de cette thèse à des instances de construction de quarts avec préférences des employés. Ceci fera intervenir la théorie du multicritère, ainsi qu'un lourd programme d'optimisation en nombres entiers. Toutefois, faute de temps et à cause de la complexité des calculs numériques, nous ne chercherons pas à favoriser l'honnêteté dans cette application.  ABSTRACT: Shift scheduling is a classical problem of operations research. As mathematical modelings progress and computational capabilities improve, more complex issues are addressed. The main goal of this PhD thesis is to include employees' preferences. Yet, beside algorithmic considerations, our goal raises various new, general and fundamental questions. Will employees have incentives to reveal their preferences truthfully? Can we make sure that truthful employees are not disadvantaged? Can we guarantee the fairness of the shift allocation? How can fairness be formalized mathematically? How can we use a formal definition of fairness to optimize shift scheduling with employees' preferences? Many of these questions are related to game theory. However, game theory yields unsufficient tools to address the complexity of a shift scheduling scheme. This will lead us to introduce a new perspective on game theory, which we will argue to be both insightful and more computable. This perspective is based on a new object called the return function. Instead of concentrating on strategies, this return function drives focus on the way individuals' actions affect their outcomes. While return functions appear to be more tractable, importantly, they still contain all relevant information for the study of games. Hence, we will use this object to design a heuristical method to optimize over incentive-compatible mechanisms in a simplified fair cake-cutting problem. Furthermore, we will introduce new measures of fairness that are based on ideas of distributions, trades and social networks. These measures will rely on a natural completion of the utility theory by von Neumann and Morgenstern (1944), which does not yield a unique and sensible way of quantifying one's satisfaction. Finally, we apply concepts to difficult instances of shift scheduling with employees' preferences. This application will require a bit of multicriteria theory, as well as a large-scale integer optimization program. Unfortunately though, because of a lack of time and the hardness of algorithmic computations, we shall not aim at favoring fairness in this application.


identifier: Honvo, J. (2014). Identification du modèle mathématique d'un hélicoptère réduit  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'hélicoptère réduit demeure un sujet intéressant pour la recherche en commande de vol. Il est facile à déployer de par sa petite taille et constitue un candidat idéal pour appliquer plusieurs algorithmes de commande de vol. Pour mieux appréhender la dynamique du vol de ce véhicule aérien, il est important de disposer d'un modèle mathématique. Le présent mémoire s'inscrit dans la logique d'obtenir un modèle mathématique en vol stationnaire de l'hélicoptère. Il vise la conception d'un banc de tests pour l'identification d'un modèle mathématique d'un hélicoptère réduit et pour l'application de différentes lois de commande de vol. Dans un premier temps, un développement est présenté sur la théorie de l'identification. Les méthodes d'identification présentées s'appliquent aux systèmes multivariables ; un accent particulier est mis sur l'identification des modèles d'état. La théorie se termine par la présentation d'algorithmes utilisés par le logiciel de simulation Matlab. Par la suite, un modèle théorique de l'hélicoptère est développé à partir des lois de la mécanique classique. Ce modèle sert de base pour l'application des méthodes d'identification. Dans le cadre de cette recherche, des hypothèses pour réduire le modèle sont présentées. Le modèle théorique sert de canevas pour choisir les différentes composantes du banc de tests. Le mémoire se poursuit par la présentation de l'avionique utilisée. L'instrumentation est présentée sous deux volets : la partie matérielle (Hardware) et la partie logicielle (Software). L'acquisition des paramètres de vol en temps réel est également présentée. Enfin l'utilisation du banc de tests est détaillée au cours des tests au sol et en vol. Ces différents tests visent à recueillir les données nécessaires pour le déploiement des différentes techniques d'identification. Le mémoire se termine par les différents résultats obtenus et les perspectives d'amélioration du banc de test.  ABSTRACT: The remote-controlled helicopter remains an interesting topic for research in flight control. This kind of machine, easy to deploy due to their small size, is an ideal candidate to test multiple flight control algorithms. To better understand the dynamics of flight of this vehicle, it is important to have a mathematical model. This thesis follows the logic of obtaining a mathematical model for a stationary hovering helicopter. This thesis aims to provide a testbench for the identification of a mathematical model of a small helicopter and for the application of different flight control laws. First, a review on the identification theory is introduced. The methods presented are applicable to multivariable systems. A particular focus is on the identification of state models. The theory concludes with the presentation of algorithms used in the Matlab/Simulink software. Second, a mathematical model of the helicopter is developed. As part of our research, hypotheses to reduce the model are presented. This model is the basis for determining the right identification methods. The mathematical model provides a guideline for specifying the various components of the test bench. The thesis continues with the presentation of the avionics used in the project. The instrumentation is presented in two parts: the hardware and the software. The acquisition of real-time flight parameters is also presented. Finally, the use of the test bench is detailed for the ground tests and for the flight tests. These tests are designed to collect the data necessary for the deployment of various identification techniques. The thesis concludes with comments on significant results and suggestions of prospects for improving the test bench.


identifier: Dubé, P.-A. (2014). Estimation du métabolisme de travail à partir de mesures de fréquence cardiaque effectuées lors du travail forestier : réexamen d'aspects méthodologiques du point de vue du praticien  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le métabolisme de travail (WM) et la capacité-respiratoire (MAC) sont des paramètres incontournables dans l'évaluation ergonomique du travail. La fréquence cardiaque est souvent proposée pour estimer le métabolisme de travail et la capacité cardio-respiratoire à partir de la relation linéaire entre la fréquence cardiaque (HR) et la consommation d'oxygène (V ̇O_2), un indicateur du métabolisme de travail, établie individuellement par un test à l'effort sous-maximal, habituellement administré en laboratoire. Une élévation de la température corporelle due à un travail physique soutenu ou en présence d'une contrainte thermique (chaleur ambiante, isolement vestimentaire) peut amener une élévation substantielle de la fréquence cardiaque, et donc se traduire par une surestimation de la V ̇O_2. Cette élévation de la fréquence cardiaque d'origine thermique devrait être prise en compte si la fréquence cardiaque est utilisée pour estimer le métabolisme de travail. Vogt et al. (1970, 1973) ont proposé une méthode simple permettant d'estimer l'élévation d'origine thermique pour corriger la fréquence cardiaque mesurée durant le travail. Or, bien que l'effet de la chaleur sur la fréquence cardiaque est connu depuis longtemps, l'erreur d'estimation du métabolisme de travail qu'elle entraîne est très mal documentée. Également, aucune étude n'a comparé l'estimation du métabolisme de travail à partir de la fréquence cardiaque avec une mesure de la V ̇O_2 durant le travail, et ce dans des conditions de travail réelles. La première étude visait à quantifier l'erreur d'estimation de la V ̇O_2 associée à l'utilisation de la fréquence cardiaque de travail brute (celle mesurée durant le travail) et de la fréquence cardiaque corrigée de sa composante thermique. La fréquence cardiaque a été mesurée en continu lors d'une journée entière de travail chez 41 travailleurs forestiers (débroussailleurs et reboiseurs). Des pauses assises de 10 minutes ont été imposées sur les lieux de travail afin d'estimer l'élévation de la fréquence cardiaque d'origine thermique conformément à la méthode proposée par Vogt et al. (1970, 1973). La V ̇O_2 a été mesurée à l'aide d'un appareil portatif de mesure des gaz expirés lors d'un step-test effectué le matin sur les lieux de travail; pendant une période de travail; et pendant une pause de 10 minutes suivant la période de travail. La V ̇O_2 estimée à partir de la fréquence cardiaque brute et de la fréquence cardiaque corrigée a été comparées à la V ̇O_2 mesurée durant cette période de travail et de repos. Des composantes thermiques (ou extrapulsations thermiques - EPCT) variables ont été observées. Les résultats montrent qu'en ne corrigeant pas la fréquence cardiaque de la composante thermique lorsqu'elle est présente, une surestimation substantielle de la V ̇O_2 est observée, tandis qu'en corrigeant la fréquence cardiaque l'estimation de la V ̇O_2 n'est pas statistiquement différente de la mesure. Les résultats ont également montré une forte corrélation entre l'erreur de prédiction et la composante thermique; plus elle est élevée, plus l'erreur d'estimation est importante. La méthode de Vogt et al. permet donc d'estimer de façon précise la composante d'origine thermique de la fréquence cardiaque, et conséquemment la précision de l'estimation du métabolisme de travail à partir de cette mesure. La deuxième étude aborde quatre aspects méthodologiques auxquels fait face le praticien en ce qui a trait à l'établissement de la relation HR-V ̇O_2 par le biais d'un test à l'effort sous-maximal standardisé. Cette relation peut avoir deux utilités. D'une part, elle peut servir à estimer le métabolisme de travail à partir d'une mesure de la fréquence cardiaque et d'autre part, elle peut servir à estimer la capacité cardio-respiratoire du travailleur (indicateur de condition physique) par extrapolation à la valeur maximale de sa fréquence cardiaque. Plus précisément, cette étude tentait de répondre aux questions : 1) Est-il préférable de mesurer la V ̇O_2 durant le test afin d'améliorer l'estimation du métabolisme de travail plutôt que d'utiliser les valeurs prédéterminées pour chacun des paliers d'effort du test choisi? 2) Lors de l'administration du test, le travailleur doit-il impérativement porter des vêtements légers de sport tel que suggéré pour maintenir la précision du test ou peut-il porter ses vêtements de travail? 3) Si une élévation de la fréquence cardiaque d'origine thermique apparaît durant la pause de récupération consécutive au test à l'effort, faut-il en tenir compte dans l'établissement de la relation HR-V ̇O_2 du travailleur en corrigeant les valeurs de fréquence cardiaque durant le test? 4) Sachant que plusieurs équations de prédiction de la fréquence cardiaque maximale sont proposées dans la littérature, l'utilisation de l'une ou l'autre des deux les plus fréquemment citées engendre-t-elle une différence dans l'estimation de la capacité cardio-respiratoire du sujet? Un total de 93 step-tests de Meyer et Flenghi (1995) ont été administrés en laboratoire à 26 sujets sains ainsi qu'aux sites de travail de 41 travailleurs forestiers expérimentés afin d'établir la relation Fc-V ̇O_2 de chacun de ces sujets. La capacité cardio-respiratoire estimée par le step-test a été comparée à la capacité cardio-respiratoire mesurée en laboratoire au moyen d'un test maximal sur tapis roulant. Les effets de deux équations de prédiction de la fréquence cardiaque maximale (220-age et 207-0.7×age) et de deux ensembles vestimentaires offrant des isolations thermiques différentes ont été testés. De même, le métabolisme de travail estimé à partir de différentes relations basées sur la fréquence cardiaque mesurée lors du travail forestier a été comparé à la valeur mesurée. Les résultats de l'étude montrent que la capacité cardio-respiratoire et le métabolisme de travail peuvent être estimés de manière précise sans nécessiter de correction aux fréquences cardiaques du test sous-maximal et sans nécessiter de mesurer la V ̇O_2 durant le test (erreur de 1% en moyenne avec des limites d'accords 95% de ±25%). Une nouvelle équation de prédiction de la V ̇O_2 aux paliers du test a été développée dans cette étude. L'isolement vestimentaire et le choix de l'équation de prédiction de la fréquence cardiaque maximale du sujet n'ont pas eu d'effet sur l'estimation de la capacité cardio-respiratoire. La troisième étude visait à comparer deux méthodes d'estimation de l'élévation d'origine thermique de la fréquence cardiaque quant à la précision qu'elles procurent dans l'estimation du métabolisme de travail à partir de la fréquence cardiaque de travail. La température corporelle (intestinale), la fréquence cardiaque et la V ̇O_2 on été mesurées simultanément durant le travail forestier. Les méthodes de Vogt et al. (1970, 1973) et de Kampmann, Kalkowski et Piekarski (2001) ont été utilisées pour estimer l'élévation d'origine thermique de la fréquence cardiaque sur une journée complète de travail chez 30 travailleurs forestiers. La fréquence cardiaque de travail a ensuite été corrigée de cette élévation et utilisée pour estimer le métabolisme de travail pour 15 des 30 sujets. Les deux méthodes permettent d'en arriver à des estimations semblables en ce qui a trait à la composante thermique de la fréquence cardiaque. Dans l'ensemble, la méthode de Vogt et al. a permis une estimation du métabolisme de travail légèrement plus précise. Les résultats de cette recherche offrent des guides méthodologique et pratique que le praticien peut mettre à profit lors de l'estimation du métabolisme de travail par le biais de la mesure de la fréquence cardiaque.  ABSTRACT: Work metabolism (WM) and maximal aerobic capacity (MAC) are fundamentals in the evaluation of the physical aspect of work in occupational ergonomics. Heart rate (HR) is often used to estimate WM and MAC from an individual HR to oxygen uptake (V ̇O_2) relationship establish on a submaximal test conducted in laboratory. An increase in core temperature due to prolonged workload or climatic load could lead to a substantial increase in HR, and therefore, an overestimation of WM. This increase in HR from heat stress should be taking into account if HR is to be used to estimate WM. Vogt et al. (1970, 1973) proposed a simple method to assess the heat stress contribution to HR (HR thermal component, ΔHR_T) in field setting. Yet, despite that the effect of heat stress on HR has long been recognized, the prediction bias associated with elevated HR from heat stress is unknown. Also, no study have compared WM prediction to actual WM when the thermal component is removed from raw HR. The first study aims to characterize the V ̇O_2  estimation error associated with heart rate (HR) measured during work and with HR corrected (thermal component removed) according to Vogt et al. (1970, 1973). Workday HR was monitored in 41 forest workers while performing brushcutting or tree planting work. 10-min seated rest periods were imposed during the workday to estimate the HR thermal component (ΔHR_T) according to Vogt et al. (1970, 1973). V ̇O_2 was measured using a portable gas analyzer during a morning submaximal step-test conducted at the work site, during a work session over the course of the day (range: 9 to 74 min), and during the following 10-min rest period taken at the worksite. The V ̇O_2 estimated, from measured HR and from corrected HR, were then compared to V ̇O_2 measured during work and rest. Varied levels of HR thermal component were observed (ΔHR_T avg range: 0 to 38 bpm). Using raw HR significantly overestimate measured work V ̇O_2 on average by 30% (range: 1% to 64%). 74% of V ̇O_2 prediction error variance was explained by the HR thermal component. V ̇O_2 estimated from corrected HR was not statistically different from measured V ̇O_2. Work V ̇O_2 can be estimated accurately in the presence of thermal stress using Vogt et al.'s method and can be implemented easily, with inexpensive instruments by the practitioner. The second study addresses four methodological questions faced by practitioners regarding the administration of a submaximal step-test in work settings and the accuracy of using the step-test heart rate to workload relationship to predict maximum aerobic capacity (MAC) and work metabolism (WM). Specifically, this study aims to answer: 1) what is the loss of accuracy in MAC and WM when using an equation predicting step-test V ̇O_2 values vs V ̇O_2 measurements during the step-test? 2) is the HR-V ̇O_2 relationship affected by wearing normal work clothes (vs light clothes) during a step-test?  3) if so, should the consequent HR increase be removed from the step-test data to improve MAC and WM assessments? 4) does the HR max prediction equation used affects the MAC estimate? This study make use of datasets collected in two experiments: one in laboratory to test MAC estimates and one during actual work (field study to test WM estimates using the Meyer and Flenghi (1995) submaximal step-test). Individual subject heart rate (HR) to workload relationships were determined through 93 submaximal step-tests administered to 26 healthy subjects attending physical activities in a University training center (Laboratory study) and 41 experienced forest workers (Field study). Maximum aerobic capacity (MAC) predicted with each subject's relationship was compared to measured MAC from a maximal treadmill test (Laboratory study) to test the effect of two age-predicted maximum HR equations (220-age and 207-0.7×age) and two clothing insulation levels (0.4 and 0.91 clo) during the step-test. Work metabolism (WM) estimated from forest work HR was compared against concurrent work V ̇O_2 measurements while taking into account the HR thermal component. Results show that MAC and WM can be accurately predicted (1% mean prediction bias with ±25% 95%LoA) from work HR measurements and simple regression models developed in this study. Clothing insulation had no impact on predicted MAC nor age-predicted maximum HR equations. The third study compares work metabolism estimation accuracy between two methods to assess the HR thermal component. Concurrent body core temperature, heart rate (HR), and energy expenditure were obtained during forest work. Methods previously described by Vogt et al. (1970; 1973) and Kampmann et al. (2001) were used to assess HR thermal component associated with body heat accumulation over a complete work day in 30 forest workers. The HR thermal component was deducted from the work HR data to obtain a thermoneutral HR profile from which work metabolism was estimated for n=15 workers. The two methods showed comparable average Thermal Cardiac Reactivity estimations of 26 and 31 bpm/˚C. Overall the method described by Vogt et al. (1970, 1973) provided a slightly better work metabolism estimation with a bias ± 95%LoA of 0.5 ± 4.4 mlO2/kg/min or 2.2% ± 21.6%. It was shown to be also simpler to implement, and it appears as a natural choice for the practitioner. The results obtained in this research project provided concrete answers to some methodological issues faced by the practitioner in the determination of work metabolism by means of heart rate measurements. These results also provide guidelines for the practitioner who is interested in work metabolism assessment in field settings.


identifier: Shayegannia, H. (2015). Secure Access Control Architectures for Multi-Tenancy Cloud Environments  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'Infonuagique est un paradigme de système informatique distribué qui offre la possibilité aux usagers (clients) d'accéder à des services et ressources partagés hébergés chez des fournisseurs, afin de mieux répondre à leur besoin en matière de service et d'infrastructure informatiques. Dans l'environnement infonuagique, une même machine ou serveur physique peut héberger plusieurs machines virtuelles (VMs) qui sont partagées entre différents usagers ou clients, rendant ainsi transparent le partage des ressources matériels. De ce fait, l'Infonuagique crée un environnement propice à des cibles faciles, vulnérables et sujettes à des attaques accrues de pirates informatiques. A cause de la complexité des contrôles d'accès et de la difficulté à surveiller les interconnexions entre les différents systèmes, les applications et les données, l'on s'expose à de nouvelles opportunités. Il ne fait aucun doute que, en termes de sécurité, le plus grand défis auquel les fournisseurs et clients sont confrontés dans l'environnement Infonuagique multi-usager est le contrôle d'accès. La prévention des accès illicites et non autorisés aux ressources infonuagiques passe par un mécanisme de contrôle efficace des accès. D'un côté, les techniques de contrôle d'accès conçues originalement pour des systèmes locaux d'entreprise ne sont pas appropriées à l'Infonuagique et au système de colocation. D'un autre côté, un mécanisme de contrôle d'accès bien conçu ne devrait pas surcharger le système d'Infonuagique et devrait s'adapter avec facilité à l'infrastructure existante.  De nos jours, on se fie au VLAN et Coupe-feu par exemple pour assurer le contrôle d'accès dans l'environnement infonuagique. Ces techniques sont tout à fait efficaces mais des techniques complémentaires spécifiques à l'Infonuagique sont nécessaires pour prévenir les accès non autorisés aux ressources partagées dans le système distribué. Dans le cadre de ce projet de recherche nous proposons CloudGuard, un système qui implémente un mécanisme de contrôle d'accès basé sur un hyperviseur. Suivant le concept de sécurité en profondeur (security-in-depth), CloudGuard ajoute une couche complémentaire de sécurité aux environnements en colocation de l'infonuagique et prévient les accès non autorisés et illicites aux ressources infonuagiques. Cette architecture de sécurité peut être simplement appliquée à l'hyperviseur et fourni un contrôle d'accès évolutif et plus robuste que les techniques basées sur les réseaux existants.  ABSTRACT: Cloud Computing is a distributed computing paradigm which allows the users to access the services and shared resources hosted by the various service providers, to meet their services or resources requirements. In a multi-tenancy cloud computing environment, multiple virtual machines (VMs) are collocated on the same physical server. In such system, physical resources are transparently shared by the VMs belonging to multiple users.  Cloud computing also creates a suitable environment for easy targets, vulnerable and prone to sophisticated attacks. Also, due to the complexity of access and difficulty in monitoring all interconnection point between systems, applications and data sets, this can create new targets for intrusion. Undoubtedly, one of the most important security mechanisms in multi-tenancy cloud computing environment is access control.  Implementing a proper access control mechanism can lead us to prevent unauthorized or illegal access to cloud resources. In one hand, most of current access control techniques were originally designed for enterprise environments that do not consider the characteristics of cloud computing and multi-tenancy environments. On the other hand, a well-designed access control mechanism should impose less possible overhead to the cloud computing system and it should easily leverage with the existing cloud infrastructure. Today, VLANs and firewalls are example of techniques that provide access control for cloud environments. These techniques are definitely effective but we need complimentary techniques that fit cloud computing and prevent unauthorized access to the resources in the distributed system.   In this research project we propose CloudGuard, a system that implements a hypervisor-based access control mechanism.  Based on the concept of security-in-depth, CloudGuard adds another layer of security to multi-tenancy cloud computing environments and prevents unauthorized and illegal access to the cloud resources. This security architecture can be simply implemented to hypervisor and provide scalable and more robust access control than existing network-based techniques.


identifier: Cordoni, N. (2015). Design of Precast and Prestressed Steel Fibre Reinforced Concrete T-Girders  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les écarts de température significatifs, l'utilisation massive de sels de déglaçage et le volume de trafic croissant mettent à l'épreuve durement les structures en béton, amenant des coûts importants pour l'entretien, les réparations ou le remplacement prématuré de celles-ci. L'utilisation des seules barres d'armature ne peut pas empêcher complètement la fissuration des dalles de pont en service, ce qui conduira éventuellement à la détérioration de la structure. Les travaux de recherche menés à l'École Polytechnique de Montréal depuis près de 20 ans impliquant l'utilisation de fibres d'acier dans le béton permet à la fois d'améliorer la durabilité des ponts et d'en simplifier la conception. Ce mémoire présente le développement d'un nouveau type de tablier de pont entièrement préfabriqué. Le type de tablier choisi consiste en des poutres en T ou en double T en béton renforcé de fibres (BRF), précontraintes longitudinalement, et jointent entre elles par des joints longitudinaux en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP). Ce type de poutres vise des ouvrages couvrant une plage de portées comprises entre 15 m et 30 m. L'utilisation de fibres d'acier permet de réduire l'espacement et la largeur des fissures, tant pour la dalle que pour la partie en traction de la poutre aux états limites de service. De plus les fibres participent à la résistance en cisaillement et augmentent la ductilité en flexion à l'état limite ultime – comme démontré par les analyses numériques et expérimentales réalisées pour ce projet de recherche. Le profil optimisé de la section transversale permet d'utiliser un seul lit de barres d'armature pour la dalle. En outre, la solution étudiée conduira à un meilleur contrôle des caractéristiques mécaniques des matériaux, réduira les coûts d'entretien de la structure et permettra une mise en place plus rapide de la structure.  ABSTRACT: Major thermal variations, the massive use of de-icing salt and the increasing traffic volume strongly strain concrete structures causing high costs for maintenance, repair and eventually their premature replacement. Conventional reinforcement in concrete bridge decks cannot completely prevent cracking at serviceability state which will eventually lead to the structure deterioration. A solution involving the use of steel fibres has been investigated at Polytechnique Montréal for almost 20 years. Steel fibres can both improve the durability and simplify the design of concrete structures. This master thesis presents the pre-design of a new type of bridge deck entirely precast. The deck consists of T or double-T beams made of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC). Longitudinally prestressed, the beams are transversally connected by ultra-high performance steel fibre reinforced concrete (UHPFRC) joints to span lengths up to 30 m. The addition of steel fibres reduces the extent of cracking and crack widths in service conditions, both for the concrete slab and the beams. As shown in this master thesis, at the ultimate limit state fibres contribute to enhancing the ductility and the shear capacity of concrete structures. The optimized profile of the transverse cross section and the UHPFRC joints connecting the different precast beams permit to use a single layer of reinforcing bars in the slab. The retained solution would lead to a better control of the casting process, lower costs for the structure maintenance and reduced construction time.


identifier: Harrisson, G. (2015). Prise en compte des conditions des matériaux et du couplage axial le long d'un canal du réacteur refroidi à eau supercritique canadien  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de recherche a établi une stratégie de simulation capable de prendre en compte les profils de conditions des matériaux et le couplage axial le long d'un canal de combustible du réacteur refroidi à eau supercritique canadien. La stratégie de simulation proposée résout l'équation de transport pour le canal complet en géométrie exacte sans avoir à faire de calcul direct en trois dimensions. La stratégie de simulation proposée consiste à réaliser une série de calculs de cellules unitaires en deux dimensions suivie d'un calcul de canal en une dimension. Il a été démontré que la stratégie de simulation proposée est équivalente au calcul d'un canal en trois dimensions dans des limites raisonnables. Pour cette démonstration, SERPENT 1.1.16 a été utilisé pour réaliser les calculs de canal en trois dimensions ainsi que les calculs de cellules unitaires en deux dimensions et DRAGON 3.06 a été utilisé pour réaliser les calculs de canal en une dimension. À partir d'un canal complet et de canaux partiels en trois dimensions avec réflecteur axial,ce projet de recherche a évalué l'impact du réflecteur axial sur les propriétés neutroniques du canal et inversement, l'impact des plans de combustible sur les propriétés neutroniques du réflecteur axial. Il a été observé que le réflecteur axial affecte surtout les propriétés neutroniques des plans de combustible adjacents à celui-ci et que la précision des propriétés neutroniques du réflecteur axial augmente lorsque le nombre de plans de combustible dans les canaux partiels augmente. En deuxième partie, ce projet de recherche a démontré l'applicabilité de la stratégie de simulation proposée dans la chaîne de calculs utilisée conventionnellement en neutronique et a évalué son impact sur les propriétés neutroniques du coeur du réacteur refroidi à eau supercritique canadien. Pour ce faire, la stratégie de simulation proposée a entièrement été modélisée à partir des fonctionnalités de DRAGON 3.06 et le réacteur refroidi à eau supercritique canadien a été modélisé avec DONJON 3.02. Quatre modèles de bases de données réacteur ont été développés. Le modèle de la cellule isolée ne fait appel qu'à une seule cellule unitaire et n'y fait varier que la composition du combustible au cours du temps. Le modèle des quatorze cellules isolées prend en compte les profils de conditions des matériaux le long du canal.  ABSTRACT: This research project has established a simulation strategy capable of taking into account the conditions of the materials and the axial coupling along a fuel channel of the Canadian Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR). The proposed simulation strategy solves the transport equation for the complete channel defined in exact geometry without having to make three-dimensional calculation. The proposed simulation strategy consists of making a series of two-dimensional lattice cell calculations followed by a one-dimensional slab geometry calculation. It has been shown that the proposed simulation strategy is equivalent to a three-dimensional channel calculation within reasonable limits. For this demonstration, SERPENT 1.1.16 is used to perform the three-dimensional channel calculations and the two-dimensional lattice cell calculations while DRAGON 3.06 is used to perform the one-dimensional slab geometry calculations. From three-dimensional complete and partial channels with axial reflector, this research project has assessed the impact of the axial reflector on the channel neutronic properties and inversely, the impact of the fuel planes on the axial reflector neutronic properties. It was observed that the axial reflector affects mainly the neutronic properties of the fuel planes adjacent to the axial reflector and that the accuracy of the axial reflector neutronic properties increases as the number of fuel planes in the partial channels increases. In the second part, this research project has demonstrated the applicability of the proposed simulation strategy in the calculation chain conventionally used in neutronics and has evaluated its impact on the SCWR core neutronic properties. To do this, the proposed simulation strategy was entirely modeled using DRAGON 3.06 and the complete SCWR core was modeled with DONJON 3.02. Four models of reactor database were developed. The model of the isolated unit cell uses only one unit cell and changes only the fuel composition over time. The model of the fourteen isolated unit cells takes into account the conditions of the materials along the channel. The models of the fourteen coupled unit cells take into account the conditions of the materials and the axial coupling along the channel by implementing the proposed simulation strategy.


identifier: Charreton, C. (2014). Paramètres pour l'instabilité fluidélastique : dérivées de stabilité et amortissement diphasique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les échangeurs de chaleur et générateurs de vapeur sont des organes cruciaux pour le fonctionnement des centrales nucléaires. Ils se composent de milliers de tubes conduisant l'eau issue du réacteur, chauffée par la fission. Cette chaleur est transmise à un second circuit d'eau externe aux tubes. L'eau du circuit secondaire se change alors en vapeur pour alimenter les turbines et générer ainsi de l'électricité. Lors du changement de phase, l'écoulement diphasique (liquide/vapeur) transverse aux tubes cause différents phénomènes vibratoires sur les tubes. Ceux-ci peuvent être préjudiciables à l'intégrité structurale du générateur de vapeur et sont responsables d'arrêts de production des centrales. Une comprehension accrue des paramètres en jeu conduirait à une meilleure prédiction de la durée de vie des générateurs de vapeur. Un des phénomènes vibratoires les plus destructeurs est sans conteste l'instabilité fluidélastique, car elle conduit à des collisions entre les tubes de l'échangeur. Ceci peut mener à une usure prématurée par frottement, à des fissurations par fatigue, puis à des fuites d'eau radioactive. Ainsi, il est crucial de savoir prédire les conditions menant à l'instabilité, afin de contrôler la dégradation des tubes. Dans ce memoire, nous visons à identifier les paramètres d'intérêt pour prédire l'instabilité fluidélastique. Pour ce faire, nous nous appuyons sur un modèle théorique, le modèle quasi-stationnaire. On montre que l'équation de prédiction de la vitesse critique d'instabilité comprend deux paramètres compliqués à déterminer. Il s'agit de la dérivée du coefficient de portance sur un cylindre d'une part, et de l'amortissement d'autre part. L'objectif principal de ce projet est la mesure expérimentale de ces deux paramètres. Nous avons mesuré expérimentalement la dérivée du coefficient de portance,car son signe est une condition suffisante pour déterminer l'existence de l'instabilité  fluidélastique. L'étude expérimentale a été menée pour des nombres de Reynolds faibles et modérés dans un faisceau de tubes avec un écoulement monophasique. Ceci comble le vide de la littérature où l'on ne trouve que des valeurs à des nombres de Reynolds très élevés. En parallèle, des méthodes numériques sont utilisées. Elles sont fondées sur une résolution numérique directe des équations de Navier-Stokes par la méthode des éléments finis, et sur la théorie des écoulements potentiels. Les résultats pour la dérivée du coefficient portance sont comparés à nos expériences, ainsi que celles de la littérature. De surcroît, ces méthodes numériques permettent d'étudier l'influence de paramètres géométriques du faisceau sur la dérivée du coefficient de portance. La tendance des résultats montre que la dérivée du coefficient de portance devient indépendante du nombre de Reynolds à haut régime.  ABSTRACT: Heat exchangers and steam generators are crucial components in nuclear power plants. Water heated by nuclear fission is flowing through thousands of tubes inside a steam generator. Heat is transmitted to a second water network, external to the tubes. Steam is generated from the water of the secondary to power the turbines that produce electrical power. In this process, two-phase cross flow across the tubes causes several excitation phenomena. Vibration induced on the tubes can compromise the structural integrity of the steam generator, and can lead to power plant shutdowns. Better understanding of parameters at stake would lead to improved power plant safety and reliability. Fluidelastic instability is without doubt one of the most destructive vibration phenomena. It causes the steam generator tubes to collide against one another. This can lead to premature wear on the tubes, cracks due to fatigue and eventually, leaks leading to radioactive water contamination. Therefore, predicting conditions leading to  fluidelastic instability would allow to control the damage on the tubes. In this thesis, we aim at identifying the key parameters to predict fluidelastic instability. To do so, a theoretical approach is based on the quasisteady model. It is shown that the equation used to predict fluidelastic instability comprises two parameters that are hard to characterize. There is, on one hand, the derivative of the lift coefficient on a cylinder, and damping on the other hand. The main objective of this project is to measure these parameters experimentally. Knowing that the sign of the lift coefficient derivative is a sufficient indicator of fluidelastic instability, this derivative was measured. The experiments were carried out on the center tube of an array. The flow is single-phase and values of Reynolds number are low to moderate, thus filling a gap in the literature. Indeed, the lift coefficient derivative is known for high values of the Reynolds number only. Meanwhile, numerical methods are developed. They are based on the direct resolution of Navier-Stokes equations with the finite-element method, and on potential flow theory. Results for the lift coefficient derivative are compared to the measurements. Furthermore, the influence of geometric parameters of the array are investigated. The trend in the results show that the derivative of the lift coefficient becomes Reynolds independent for high values. From the literature and the measurements, a relationship is proposed for the lift coefficient derivative with respect to the Reynolds number. Values are injected in the quasi-steady model to predict the critical velocity for the onset of instability of a single  exible tube. Stability maps for various Reynolds numbers are proposed, using typical values for the tube damping.


identifier: Passieux, R. (2015). Microfabrication directe de liens sacrificiels au sein de fibres polymériques par manipulation d'une instabilité fluidique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une instabilité fluidique est mise à contribution d'un procédé de microfabrication modifié afin de permettre la production de fibres directement structurées de liens sacrificiels durant la déposition, améliorant ainsi leurs propriétés mécaniques. En effet, lorsqu'un filament visqueux tombe sur une plateforme, les forces de compression axiales induisent un flambement poussant le filament à boucler sur lui-même. Lorsque l'on donne à la plateforme de déposition un mouvement de translation, l'écoulement du filament adopte différents patrons résultant en une déposition périodique et bouclante sur elle-même. Le procédé est adapté à un fluide polymérique de telle sorte que le filament visqueux durcisse. Les fibres ainsi obtenues possèdent des liens solides au noeud de chaque boucle, formés lors de la solidification. Lorsque les fibres sont soumises à des forces de traction, les noeuds brisent en premier, jouant le rôle de liens sacrificiels, tandis que les longueurs contenues dans les boucles se déplient, jouant le rôle de longueurs cachées. Les mécanismes de liens sacrificiels et longueur cachée sont connus pour améliorer la ténacité de plusieurs matériaux naturels. Le but final du projet est d'implémenter un procédé fournissant aux fibres une structure améliorant leur ténacité dès leur production. En plus de la création de nombreuses microfibres, cette maitrise a donné lieu à la participation à une conférence (IMECE Montréal 2014), à un article de conférence et à un article format lettre (soumis à Nature Materials), présenté dans le ce mémoire. La soumission a été accompagnée d'une vidéo de présentation de l'article. Les contributions ont aussi été une vidéo décrivant le procédé de fabrication et remportant la seconde place au concours vidéo « Gallery of Mechanics » de la conférence NewMech 2013, ainsi qu'une photographie démontrant la précision microscopique du procédé, remportant le concours Génie en image, Polytechnique 2014, visible en annexe. L'article soumis à Nature Materials est présenté à la suite d'une revue de littérature détaillée et de la méthodologie. L'article de conférence ainsi que la video candidate au concours NewMech sont présentés en Annexe.  ABSTRACT: A fluidic instability is involved in a microfabrication process to allow the direct manufacture of sacrificial bonds into polymeric fibers. As soon as a fluid falls onto a solid platform, it coils onto itself as a result of axial compressive forces and forms a pile of loops. If the solid platform is now translated at a given speed, the pattern of the deposition is affected, resulting in the creation of squiggly fibers with periodic patterns. As the extruded solution is polymeric, it dries and the filament becomes a removable fiber. During solidification, solid bonds are formed at the node of each loop. If the fiber is loaded in tension, bonds have to break first, playing the role of sacrificial bonds, and the loops are extended, playing the role of hidden length. Such mechanisms have been shown to enhance toughness of many natural materials. The purpose of this study is thus to produce fibers directly structured with mechanical toughing mechanisms. The presented master led to the participation to a conference (IMECE Montréal 2014) and its corresponding technical paper, the redaction of a letter format submited to Extreme Mechanics, as well as a winner photography of the “Génie en image” contest organized by École Polytechnique de Montréal and a second place at the competition “Gallery of Mechanics” organized at the conference NewMech2013. Papers and the photography are presented in this thesis, following a review of the literature and a description of the used methodology.


identifier: Maurice, E. (2015). Modélisation temporelle de la consommation électrique en analyse du cycle de vie appliquée au contexte des TIC  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La Terre a des ressources limitées. Depuis la révolution industrielle l'Homme utilise des ressources énergétiques non renouvelables qui sont responsables d'impacts environnementaux majeurs sur l'environnement. La production d'énergie est un enjeu de taille pour l'ensemble du développement durable. Les systèmes de technologies de l'information et de la communication (TIC) prennent une place de plus en plus importante dans notre quotidien (internet, téléphonie etc.). À l'échelle de la société il est observé que la croissance des TIC est exponentielle. Les avancées en terme de TIC sont la porte ouverte à de nombreux systèmes intelligents, optimisés et dynamiques, permettant de dématérialiser les services et de lutter contre le réchauffement climatique. Néanmoins, les TIC sont aussi responsables d'une quantité non négligeable d'émissions de gaz à effet de serre GES (3%), induite par leurs consommations électriques importantes. De ce fait, le secteur des TIC collabore activement à mettre en place des mesures visant à réduire les émissions de GES des ses activités. Pour optimiser et évaluer les services de TIC de façon adéquate il est nécessaire d'utiliser des méthodes d'évaluations environnementales qui tiennent compte des particularités des systèmes étudiés. Actuellement, les méthodes de calculs des émissions de GES ne sont pas adaptées aux problématiques dynamiques dont font parties les TIC. En particulier, la variabilité de la production d'électricité demeure absente des lignes directrices des méthodes de calculs des impacts. Au delà de la question de la modélisation des GES c'est toute la problématique temporelle à la fois de la consommation et de la production d'électricité qui se pose. La méthode d'analyse du cycle de vie (ACV) apparaît comme un outil complet d'analyse de l'ensemble des impacts environnementaux mais à l'instar des méthodes de calculs de GES, elle doit aussi être adaptée à des problématiques dynamiques telle que celles de l'électricité et des TIC. Dans le cadre de l'analyse des TIC, il devient donc nécessaire en ACV de modéliser les variations au cours du temps des technologies de production d'électricité susceptibles de faire changer les impacts environnementaux associés à la consommation d'électricité. Ce mémoire de maîtrise propose un nouveau cadre méthodologique afin d'incorporer dans l'ACV les aspects temporels de la production et de la consommation d'électricité. L'étude développe un modèle temporel donnant accès à une série de données de production, d'importations et d'exportations électriques. Le travail est mené autour d'un projet de recherche vi d'implantation d'un réseau interprovincial de « Cloud Computing » au Canada. Le modèle temporel permet de définir historiquement l'impact environnemental par heure induit par la consommation électrique dans trois provinces canadiennes: Alberta, Ontario et Québec. La modélisation temporelle des différentes technologies de production de l'électricité au sein de l'ACV permet d'optimiser le choix du moment d'utilisation de service de TIC, comme par exemple une conversation internet ou encore la maintenance d'un serveur. Ces travaux sont prometteurs car ils autorisent une évaluation environnementale des TIC plus novatrice et permettent l'obtention de données d'inventaire en ACV plus précises. La désagrégation des flux d'inventaire d'électricité en ACV rend le calcul des impacts de la production électrique plus précis à la fois historiquement mais aussi en temps réel. Il a également été mené lors de ce mémoire, une première réflexion sur l'aspect prédictif à très court terme des importations et des exportations électriques, afin de pouvoir anticiper l'optimisation dans le temps d'un service de TIC. À partir des profils historiques de consommation, un modèle prédictif de consommation du Québec a été établi. Le profil environnemental d'un kilowattheure consommé au Québec est étroitement relié aux échanges électriques entre le Québec et les régions avoisinantes. Ces échanges étant corrélés au prix, la température et la demande en puissance, il est possible de prédire le profil environnemental d'un kilowattheure consommé au Québec en fonction de l'évolution de ces paramètres dans le temps. Les résultats obtenus, ouvrent d'importantes perspectives sur l'application prévisionnelle des impacts environnementaux de services comme le « Cloud Computing » ou encore l'ensemble des services dits intelligent comme les « Smart-grid ». Une gestion intelligente entre consommation électrique et impacts environnementaux offre une prise de décision en accords avec le développement durable.  ABSTRACT: Fossil fuels are a scarce energy resource. Since the industrial revolution, mankind uses and abuses of non-renewable energies. They are responsible for many environmental damages. The production of energy is one of the main challenges for a global sustainable development. In our society, we can witness an exponential increase of the usage of the systems of Information and Communication Technologies (ICT) such as Internet, phone calls, etc. The ICT development allows the creation and optimization of many smart systems, the pooling of services, and it also helps damping the climate change. However, because of their electric consumption, the ICT are also responsible for some green house gases (GHG) emissions: 3% in total. This fact gives them the willingness to change in order to limit their GHG emissions. In order to properly evaluate and optimize the ICT services, it is necessary to use some methods of evaluation that comply with the specificity of these systems. Currently, the methods used to evaluate the GHG emissions are not adapted to dynamic systems, which include the ICT systems. The variations of the production of electricity in a day or even a month are not yet taken into account. This problem is far from being restricted to the modelling of GHG emissions, it widens to the global variation in production and consumption of electricity. The Life Cycle Assessment (LCA) method grants useful and complete tools to analyse their environmental impacts, but, as with the GHG computation methods, it should be dynamically adapted. In the ICT framework, the first step to solve this LCA problem is to be able to model the variations in time of the electricity production. This master thesis introduces a new way to include the variation in time of the consumption and production of electricity in LCA methods. First, it generates an historical hourly database of the electricity production and import-export of three Canadian states: Alberta, Ontario and Quebec. Then it develops a model in function of time to predict their electricity consumption. This study is done for a project implementing a « cloud computing » service in between these states. The consumption model then provides information to optimize the best place and time to make use of ICT services such as Internet messaging or server maintenance. This first-ever implementation of time parameter allows more precision and vision in LCA data. The disintegration of electrical inventory flows in LCA refines the effects of the electricity production both historically and in real time. viii Some short-term predictions for the state of Quebec electrical exportations and importations were also computed in this thesis. The goal is to foresee and optimize in real time the ICT services use. The origin of a kilowatt-hour consumed in Quebec depends on the importexport variable with its surrounding states. This parameter relies mainly on the price of the electricity, the weather and the need for the state of Quebec in energy. This allows to plot a timevarying estimate of the environmental consequences for the consumption of a kilowatt-hour in Quebec. This can then be used to limit the GHG emission of ICT services like « cloudcomputing » or « smart-grids ». A smart trade-off between electricity consumption and environmental issues will lead to a more efficient sustainable development.


identifier: Hached, S. (2015). Sphincter artificiel contrôlé et alimenté en énergie sans fil  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'incontinence urinaire est un trouble qui touche aussi bien les hommes que les femmes, les personnes âgées aussi bien que les jeunes. N'ayant pas une définition universellement admise, son incidence varie considérablement. Être incontinent implique l'impossibilité pour la personne de se retenir. Cela la place dans des situations très inconfortables. Appelée aussi « La maladie de la honte », elle a des répercussions psychologiques et sociales très importantes. Elle peut limiter les activités physiques et perturber la vie sexuelle et professionnelle. Grâce à la médecine moderne l'incontinence est soignable. Elle est initialement traitée avec la médication, l'hygiène de vie, ou la rééducation. Mais si ces mesures sont insuffisantes, l'urologue fait le plus souvent appel aux dispositifs implantables tels que l'AMS 800™. En l'état actuel des connaissances, l'implantation du sphincter urétral artificiel AMS 800™ est en effet le traitement standard pour l'incontinence urinaire sévère (Gold standard) due à une insuffisance sphinctérienne. Le dispositif en question est un implant hydromécanique mimant le comportement d'un sphincter urétéral sain. Il exerce une pression constante sur l'urètre du patient pour fermer sa lumière et garder l'urine dans la vessie. Pour uriner, le patient contrôle l'ouverture de son urètre en pressant sur une pompe manuelle située dans le scrotum ou la Labia Majora. Malgré le principe simple et l'efficacité de cet implant, les études cliniques lui attribuent certaines limitations. Certains patients à dextérité réduite (Parkinsoniens, âgés, obèses, etc.) ont des difficultés à localiser et actionner la pompe manuelle. Par ailleurs et bien que faisable chez les femmes, l'implantation de l'AMS 800 est compliquée. La pression constante appliquée sur l'urètre provoque l'atrophie et l'érosion. La pompe est sujette à des pannes mécaniques. Ces évènements peuvent engendrer le retour de l'incontinence, affecter la qualité de vie du patient, et nécessiter une chirurgie de révision. L'objectif de nos recherches est de développer une nouvelle génération de sphincters artificiels intelligents, dans le but de corriger ces limitations, et développer les capacités des sphincters actuels dont la conception est âgée de plus de 30 ans.  ABSTRACT: Urinary incontinence is a complication that affects both men and women, the elderly as well as young people. Without a universally accepted definition, its incidence varies widely. Being incontinent implies the impossibility for the patient to control his micturition, which makes him very uncomfortable. Also called "the shameful disease", urinary incontinence has negative psychological and social impacts. It may limit physical activities and disrupt sexual and professional life. Thanks to modern medicine, urinary incontinence is treatable. It is initially treated with medication, lifestyle changes, or rehabilitation. If these measures are insufficient, the urologist recommends the use of implantable devices such as the AMS 800 ™. In the current state of knowledge, the implantation of the artificial urinary sphincter AMS 800 ™ is the gold standard treatment for severe urinary incontinence due to intrinsic sphincter deficiency. This device is a hydro-mechanical implant imitating the behavior of a healthy urethral sphincter. It exerts a constant pressure on the patient's urethra to close it, and keeps urine in the bladder. To urinate, the patient opens his urethra by pressing a manual pump located in the scrotum or Labia Majora. Despite the simple mechanism and the effectiveness of this implant, clinical studies report certain limitations. Some patients with limited dexterity (Parkinson, aged, obese, etc.) have difficulties to locate and operate the manual pump. Furthermore and although it is feasible in women, the implantation of the AMS 800 is complicated. The constant pressure applied on the urethra causes atrophy and erosion. The pump is subject to mechanical failure. These events can cause the return of incontinence, affect the patient's quality of life, and may require revision surgery. The aim of our research is to develop a new generation of intelligent artificial sphincters, in order to correct the limitations and extend the capabilities of current sphincters that are over 30 years old. Our hypothesis assumes that, an artificial urinary sphincter equipped with embedded electronics and precise micro-actuators allows the remote control of the implant and the variation of the pressure exerted on the urethra.


identifier: Dion, M. (2015). Développement de méthodes de calcul de coefficients de sensibilité des sections efficaces multigroupes autoprotégées et de sensibilité implicite du Keff aux densités isotopiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les codes de calculs déterministes utilisant un schéma de calcul multigroupe, il est nécessaire de procéder à des calculs d'autoprotection des résonances avant de procéder aux calculs de transport neutronique. Ces calculs donnent des sections efficaces multigroupes pour lesquelles les dépressions dans le flux aux énergies des résonances ont été adéquatement prises en compte. Pour chaque système pour lequel on veut faite un calcul de transport, on doit faire un calcul d'autoprotection préalable. Les sections efficaces multigroupes, pour les réactions résonantes, dépendent donc du système à analyser. Cela implique donc qu'une variation sur un paramètre du système, par exemple sur une densité isotopique, a un impact sur les sections multigroupes résonantes. Il devient alors pertinent de distinguer entre deux types d'effets résultant d'une variation d'un tel paramètre. Le paramètre en question peut apparaître explicitement dans l'équation de transport (par exemple, une densité entre dans cette équation à travers la section macroscopique du mélange correspondant) et ainsi causer une perturbation sur le keff (ou toute autre quantité obtenue en résolvant l'équation de transport). Il s'agit alors d'un effet explicite. Mais cette variation d'un paramètre peut aussi affecter les calculs d'autoprotection et perturber les sections efficaces résonantes multigroupes, qui à leur tour peuvent causer une perturbation sur le keff. C'est ce qu'on appelle un effet implicite. Ces effets implicites vont en général, pour diverses raisons, dans le sens contraire des effets explicites, c'est-à-dire qu'ils contribuent à une variation sur le keff ayant le signe opposé à celui de la contribution explicite. Quand une variation sur un paramètre entraîne une perturbation sur un autre paramètre, suite à un calcul de transport par exemple, on peut établir des coefficients de sensibilité entre les deux paramètres. Dans cette thèse, il sera question des sensibilités des sections efficaces autoprotégées et du keff aux différentes densités isotopiques. Plus précisément, on développe ici des méthodes permettant de calculer les coefficients de sensibilité des sections autoprotégées pour deux modèles d'autoprotection, un par dilution équivalente et un par sous-groupes. Une fois ces coefficients obtenus, on peut les combiner avec les coefficients de sensibilité du keff aux sections efficaces multigroupes pour obtenir des coefficients de sensibilité implicite du keff . Les méthodes de calcul de sensibilité de sections efficaces développées ici se basent sur un calcul des dérivées des probabilités de collision.  ABSTRACT: Since deterministic codes use a multigroup scheme, self-shielding calculations are required before one can carry out neutron transport calculations. These calculations are used to obtain multigroup cross sections where flux depressions at resonance energies are properly taken into account. For each system where a transport solution is required, self-shielding calculations must be carried out beforehand. Multigroup cross sections in the resonant energy range are therefore system-dependent quantities. This means that a variation on a reactor parameter, an isotopic density for example, will have an impact on the resonant self-shielded cross sections. It is therefore relevant to distinguish between two types of effects resulting from a variation on a given parameter. This parameter can explicitly appear in the transport equation (for example, an isotopic density explicitly appears through the macroscopic cross sections of the corresponding mixture) and perturb the multiplication factor keff (or any other quantity obtained from solving the transport equation). This is called an explicit effect. This parameter variation can also affect self-shielding calculations and perturb resonant multigroup cross sections, which can themselves cause a variation of keff . This is what we refer to as an implicit effect. In general, the keff perturbations resulting from the implicit effect have the opposite sign of those resulting from the explicit effect. When a variation on a parameter leads to a perturbation on another parameter, following a transport calculation for instance, we can compute sensitivity coefficients between those two parameters. In this thesis, we consider the self-shielded cross sections and keff sensitivity coefficients to isotopic densities. More precisely, we develop methods to compute the selfshielded cross sections sensitivity to densities arising from two different self-shielding models, an equivalent dilution model and a subgroup model. Once these coefficients are known, they can be combined with the keff sensitivity coefficients to the multigroup cross sections to obtain the keff implicit sensitivity coefficients to the isotopic densities. The self-shielded cross sections sensitivity computation methods developed here are based on the computation of the derivatives of the collision probabilities. Both self-shielding models considered here are based on the computation of the collision probabilities. These probabilities are then used to solve the slowing-down equation for the flux to be used for the evaluation of the self-shielded cross sections. For both self-shielding models, we develop a sensitivity analysis method by analytically differentiating all the relevant equations and then solve for the derivatives of the self-shielded cross sections with respect to the isotopic densities.


identifier: Vernhes, L. (2015). Thin Coatings for Heavy Industry: Advanced Coatings for Pipes and Valves  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La robinetterie et la tuyauterie industrielles sont des appareils sous pression qui permettent de réguler le flux de matériaux (liquides, gaz et boues) en contrôlant les sections de passages. L'optimisation des processus, la réduction des coûts et les réglementations gouvernementales exigent des équipementiers de maintenir leurs produits à la fine pointe de la technologie. La robinetterie a été développée il y a plus de 3000 ans pour alimenter en eau les fermes et les villes en utilisant des alliages de bronze, qui fournissent à la fois une résistance à la corrosion et des performances tribologiques acceptables. Durant la révolution industrielle, ces antiques robinets ont évolué et des matériaux tribologiques plus modernes tels que les alliages Monel cuivre-nickel, Stellite cobalt-chrome, et le chromage dur appliqué par placage électrolytique ont été développés au début du XXe siècle pour optimiser le comportement tribologique et maximiser la durée de vie en service de ces équipements. Depuis cette époque, de nouveaux matériaux ont été régulièrement introduits pour étendre le champ d'application de la robinetterie tel que le fluoropolymère téflon, pour contrôler certains produits chimiques nécessaire aux procédés pétrochimiques, les superalliages à base nickel Hastelloy et Inconel pour les applications pétrochimiques et les aciers riches en chrome F91 pour les centrales supercritiques. Plus récemment, l'industrie de la robinetterie a adopté l'utilisation des revêtements appliqués par projection thermique pour les applications les plus difficiles et continu d'investir massivement dans la recherche de revêtements plus performants pour chaque application. Il est de plus en plus évident que la solution optimale aux problèmes d'usure érosive, corrosive et par frottement rencontrés dans la robinetterie réside dans la conception et la fabrication de revêtements multicouches, nanostructurés qui contrôlent à la fois la dureté et l'élasticité, tout en assurant une bonne adhérence. Les objectifs généraux de cette thèse sont donc de réaliser, pour la tuyauterie et la robinetterie industrielles, l'état de l'art des revêtements protecteurs durs contrôlés structurellement offrant des propriétés mécaniques, élasto-plastiques et thermiques sur mesure et de développer des solutions innovantes pour améliorer la résistance au frottement, à l'érosion et à la corrosion et autres caractéristiques adaptées.  ABSTRACT: Pipes and valves are pressure vessels that regulate the flow of materials (liquids, gases, and slurries) by controlling the passageways. To optimize processes, reduce costs, and comply with government regulations, original equipment manufacturers (OEMs) must maintain their products in state-of-the-art condition. The first valves were invented over 3,000 years ago to supply water to farms and cities. They were made with bronze alloys, providing good corrosion resistance and acceptable tribological performance. The industrial revolution drove manufacturers to develop new and improved tribological materials. In the 20th century, innovative alloys such as Monel copper–nickel and Stellite cobalt-chrome as well as hard chrome plating were introduced to better control tribological properties and maximize in-service life. Since then, new materials have been regularly introduced to extend the range of applications for valves. For example, Teflon fluoropolymers are used in corrosive chemical and petrochemical processes, the nickel-based superalloys Hastelloy and Inconel for petrochemical applications, and creep-resistant chromium-rich F91 steel for supercritical power plants. Recently, the valve industry has embraced the use of hard thermal sprayed coatings for the most demanding applications, and is investing heavily in research to develop the most suitable coatings for specific uses. There is increasing evidence that the optimal solution to erosive, corrosive, and fretting wear problems lies in the design and manufacture of multi-layer, graded, and/or nanostructured coatings and coating systems that combine controlled hardness with high elastic modulus, high toughness, and good adhesion. The overall objectives of this thesis were 1) to report on advances in the development of structurally controlled hard protective coatings with tailored mechanical, elastoplastic, and thermal properties; and 2) to describe enhanced wear-, erosion-, and corrosion-resistance and other characteristics suitable for applications such as pipes and valves.


identifier: Montplaisir-Gonçalves, S. (2015). Parallélisation des simulations du logiciel EMTP en utilisant des sémaphores et le standard FMI  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente un outil de co-simulation utilisé pour lier plusieurs instances du logiciel Electromagnetic transients program (EMTP, version RV) à travers une ou plusieurs lignes (ou câbles) de transmission en parallèle. Le délai de propagation intrinsèque des lignes de transmission en font des points de découplage naturels d'un grand réseau de transmission en plusieurs sous-réseaux plus petits. Ces sous-réseaux peuvent ainsi être résolus en parallèle à chaque pas de temps et sans approximation dans les calculs. Un processus dit de co-simulation est alors établi, où chaque instance d'EMTP résolvant un sous-réseau est traitée par une unité de calcul (cœur) distincte et partage à chaque pas de temps les informations requises à travers la ligne de transmission de découplage. Ce type de parallélisation permet une réduction du temps de simulation d'un réseau donné. L'outil présenté ici permet une séparation arbitraire gérée par l'utilisateur, mais les gains de performance dépendent de la grandeur et des modèles contenus dans les sous-réseaux. Cet aspect est analysé dans le mémoire. D'autres aspects, tels que les délais de communication, sont également abordés. L'outil de co-simulation présenté est développé selon une architecture extensible et permet donc d'ajouter des modèles ou des extensions aux méthodes actuelles. Les fichiers sources responsables du partage des données sont basés sur la norme européenne Functional Mock-Up Interface (FMI), utilisée pour la création d'une interface de co-simulation entre logiciels de simulation selon un schéma de communication maître-esclave(s). La méthode de partage de données a été implémentée en utilisant des primitives de synchronisation de bas niveau appelées sémaphores. Les sémaphores sont largement utilisés dans les programmes informatiques pour résoudre des situations de concurrence critique lors de partage de données entre plusieurs programmes ou fils d'exécution. Ils sont utilisés autant pour verrouiller l'accès aux données utilisées par un fil d'exécution que comme variable de compétition (en anglais, condition variable), afin de gérer et de protéger les opérations de lecture et d'écriture des variables partagées. Dans cet outil, plusieurs sémaphores sont utilisés pour implémenter les opérations d'initialisation et de communication du maître et des esclaves. L'approche présentée est testée sur des réseaux de référence réels. Les réseaux soumis peuvent être utilisés par la communauté scientifique pour vérifier les gains obtenus par la méthode de parallélisation utilisée dans ce mémoire et d'autres approches.  ABSTRACT: This thesis presents a co-simulation tool used to link multiple instances of the Electromagnetic Transients Program (EMTP, RV version) through one or more transmission lines or cables. The intrinsic propagation delays of transmission lines allow to naturally decouple a large network into several separate subnetworks. The subnetworks can then be solved in parallel and without approximations. A co-simulation process is established, where each instance of EMTP running on a separate processing unit, solves its own subnetwork and shares data through linking transmission lines at every time-step. The resulting parallelization allows reducing the computing times for the total simulation process. With this approach, the network can be separated at arbitrary locations, but the computing time gains are dependent on the size and contents of the resulting subnetworks. This aspect is analyzed in this thesis through the presented benchmarks. Other aspects, such as communication delays between decoupled networks, are also studied. The presented co-simulation tool is developed using an extensible framework that allows easily adding models and extensions to available methods. The tool is compliant with the Functional Mock-up Interface (FMI) co-simulation standard that is used for coupling two or more simulation tools in a co-simulation environment using a master-slave communication method. The FMI standard allows extending the co-simulation setup to include other simulation packages. The co-simulation (sharing) method has been implemented using low-level synchronization primitives known as semaphores. They are widely used in computer programming to solve concurrency problems where data is shared between multiple programs or threads. They are used both as locks and as condition variables to protect and manage read/write operations on shared variables. For this tool, a number of binary semaphores have been implemented for initialization, and master-slave operations. The presented approach is tested with practical power system benchmarks. The contributed benchmarks can be used for testing parallelization gains on practical power grids. Many of the test cases used in this project exhibited notable performance gains when using the co-simulation tool for parallelization of the simulation. In some cases, for the IEEE-39 bus system and for a practical power system, on a standard quad-core computer, this approach reduced computing times by more than 40%.