identifier: Khay, Mohamed  (2018). Comportement en fatigue à la traction des composites tissés carbone/époxy sous l'effet de la température, l’humidité et la fréquence de chargement : Essais et modélisation.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
matériaux composites tissés
fatigue
effets hygrothermiques
dégradation de la rigidité
homogénéisation

abstract:
Le but de cette thèse est d’abord d’étudier l’effet de la température, de l’humidité et de la fréquence de chargement sur le comportement en fatigue à la traction des composites stratifiés tissés carbone/époxy contenant un défaut de délamination interne ; ensuite, de proposer un modèle de fatigue phénoménologique de la rigidité résiduelle ; et enfin, d’étudier l’effet des mécanismes d’endommagement en fatigue à la traction sur les proprieties mécaniques des composites tissés, aux échelles mésoscopique et macroscopique en utilisant une modélisation par la méthode des éléments finis et la technique d’homogénéisation.

Ainsi, des éprouvettes sèches et humides ont été testées sous chargement cyclique en traction, en contrôle de force avec un rapport de contraintes R = 0.1, aux fréquences de chargement (7 Hz et 15 Hz) et aux températures (ambiante (TA) et à 82 °C) sous différents niveaux de contraintes. Le changement de rigidité admissible a été utilisé comme critère de défaillance pour déterminer le seuil d’initiation de la propagation de la délamination autour du défaut, sous chargement cyclique en traction à chaque fréquence et chaque condition environnementale. La propagation de la délamination a été vérifiée en utilisant la technique d’imagerie par ultrasons (C-Scan).

Les résultats expérimentaux dans les différentes conditions hygrothermiques montrent que la durée de vie en fatigue des éprouvettes carbone/époxy a été plus affectée individuellement par l’humidité que par la température, et que la combinaison de l’humidité et de la température cause une diminution sévère de la durée de vie en fatigue. Dans l’ensemble, ce comportement garde la même tendance dans chacune des deux fréquences de chargement (7 Hz et 15 Hz). Néanmoins, dans les deux conditions TA/Humide et 82°C/Sèche, l’augmentation de la fréquence de chargement a eu un effet positif en augmentant la durée de vie en fatigue des éprouvettes. Alors que dans les deux conditions TA/Sèche et 82°C/Humide, cet effet dépend du niveau de contrainte de chargement cyclique.

Par ailleurs, une étude a été menée sur les effets des conditions hygrothermiques sur la dégradation de rigidité d’un composite stratifié carbone/époxy à renfort tissé sous le chargement cyclique axial en traction-traction à la fréquence 7 Hz. En utilisant la degradation de rigidité résiduelle en fatigue, une variable d’endommagement a été présentée et un modèle d’endommagement phénoménologique a été proposé.

Enfin, une modélisation par la méthode des éléments finis aux échelles mésoscopique et macroscopique a été réalisée en utilisant la méthode d’homogénéisation pour un composite stratifié tissé afin d’étudier l’effet des mécanismes d’endommagement en fatigue sur les propriétés des stratifiés composites tissés.


identifier: Lachance Tremblay, Éric  (2018). Sensibilité à l'eau et résistance au gel-dégel des enrobés bitumineux avec granulats de verre recyclé.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject:
enrobés bitumineux
verre recyclé
module complexe
viscoélastique linéaire
gel-dégel
sensibilité à l’eau

abstract:
Le verre peut être recyclé de façon infinie en le réutilisant dans la fabrication de nouveaux produits de verre. Or, au Québec le processus de cueillette des matières recyclables fait en sorte que les différents types de verre se brisent et se mélangent aux autres matières recycles tells que le carton, le papier, le plastique, etc. Pour réutiliser le verre dans la fabrication de nouveaux produits, le verre doit être exempt de détritus et classé en fonction du type de verre et de la couleur. La majorité des centres de tri en Amérique du Nord ne disposent pas de l’équipement requis pour obtenir un verre propre et le classer en fonction de la couleur, on utilise alors le verre recyclé comme matériau de recouvrement journalier dans les sites d’enfouissement. Des projets de recherche sont à l’étude afin de trouver des alternatives à l’enfouissement du verre. L’idée d’utiliser du verre comme granulats dans les enrobés est à l’étude au Laboratoire des Chaussées et Matériaux Bitumineux (LCMB) de l’École de Technologie Supérieure (ÉTS).

Il est connu que l’ajout de granulats de verre rend les enrobés bitumineux plus sensible au dommage dû à l’eau. L’hypothèse de base pour expliquer ce phénomène est que l’adhérence entre le bitume et les granulats de verre est inférieure à celle entre le bitume et les granulats conventionnels. Le travail entrepris dans le cadre de cette thèse visait à étudier la sensibilité à l’eau ainsi que la résistance au gel-dégel d’enrobés avec granulats de verre. Pour ce faire, l’étude s’est divisée en deux volets. Dans un premier temps, le potentiel d’adhérence de différentes combinaisons bitume-granulat a été mesuré au moyen d’un essai d’arrachement. Les combinaisons ont été testées en condition sèche et après 7 jours de conditionnement humide (60°C). Par la suite, l’évaluation des propriétés viscoélastiques linéaires (VEL) d’éprouvettes d’enrobés avec différents dosages en verre et en chaux hydratée s’est fait au moyen de l’essai de module complexe suivant différent conditionnements (sec, après conditionnement humide, après cycles de gel-dégel répétés). Les résultats d’essais d’arrachement ont montré que les combinaisons bitumes polymères et granulats de verre étaient moins sensible au vieillissement (oxydation) que les combinaisons bitumes pur et granulats de verre. Pour les essais de module complexe, la modélisation des résultats expérimentaux en condition sèche avec le modèle rhéologique 2S2P1D s’est faite avec une bonne approximation. De plus, la comparaison des résultats expérimentaux avec les valeurs simulées 2S2P1D s’est avérée très efficace pour apprécier l’effet des divers conditionnements sur les propriétés VEL. Notamment, les résultats ont montré que la chaux hydratée améliore significativement la résistance au dommage dû à l’eau et aux cycles de gel-dégel.


identifier: Mohseni, Ehsan  (2018). Development of an eddy current inversion algorithm for characterization of surface defects.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: contrôle non destructifs (CND)

subject: essai par courants de Foucault (ECF)

subject: sonde différentielle en réflexion

subject: évaluation non destructive quantitative (ENDQ)

subject: dimensionnement de fissures

subject: étude par modélisation

subject: méthodes numériques

subject: Mmthode par éléments finis (MEF)

subject: système d'inférence adaptatif neuro-flou (SIANF)

subject: fiabilité de l'inspection

subject: probabilité de détection (PD)

subject: balayage manuel par courants de Foucault

subject: courants de Foucault automatisés

subject: simulation

subject: fissures

abstract:
There is an increasing concern in aerospace industry regarding the integrity and performance of ageing metallic structures in aircraft that have been in service for several years. Cyclic loads applied to these structures during taxiing, pressurization, taking off, depressurization, and landing promote the nucleation and growth of many fatigue cracks from the locations of stress concentration. These cracks shall be detected and sized reliably by non-destructive evaluation (NDE) methods before they reach a critical size, which may lead to disastrous failure of components. Not only the in-service inspections benefit from a reliable NDE system, but also the role of such systems is becoming vital during design stages. Nowadays, it is possible to use life estimation models developed based on fracture mechanics to estimate the maximum allowable defect size located in critical components for an anticipated life span. Moreover, risk assessment models take the estimated maximum allowable flaw size and the flaw size that can be reliably detected as inputs to plan periodical inspections. Bearing these in mind, it is evident that defect detection is not the only concern of NDE studies anymore. Hence, the recent studies try to focus on defect sizing and the reliability of the sizing as well.

Eddy current testing (ECT) is a well-established electromagnetic method of NDE. For several years, it has been employed to inspect the fuselage, wings, engine and wheel components of aircraft for tiny surface flaws. For these purposes, ECT split-D reflection differential surface probes are one of the best nominees since they provide a high signal-tonoise ratio. The complexity of electromagnetic theory governing ECT along with the very delicate geometrical details of such probes have slowed down the advances in analytical/semi-analytical modelling of the interaction between such probes and surface defects. Therefore, development of models that could provide quantitative measures of inspected defects has been accompanied with difficulties. However, with the growth of computer science and resources in recent decades, modelling of these kinds of problems using numerical methods such as finite element modelling has become faster than before. Furthermore, the soft computing techniques have become sophisticated enough to effectively imitate the pattern recognition and decision making abilities of human brain. These offerings, brought by the new technology era, can be integrated in order to develop new methodologies for interpretation of ECT signals and sizing of detected defects.

The present research aims at developing an eddy current inversion algorithm for characterization of surface defects. The research work consists of two main parts. The first part aims to develop a FEM tool to simulate scanning of surface notches with ECT probe. In this context, the capability of Comsol Multiphysics in modelling the interaction between a split-D probe and various surface notches was investigated and the model was validated by experimental results. Subsequently, an adaptive neuro-fuzzy inference system was designed and trained, using model-generated signals of various notches, for notch length estimation. Furthermore, the sizing system was tested and its performance was assessed. As a second part to this research, reliability of the manual and automated ECT system was investigated through comparing probability of detection curves obtained by testing defective ferromagnetic steel components. The study involved a split-D surface probe, different inspectors and variation of influential test parameters. The sizing concept proposed in this research can be used for any type of ECT probe, material and defect.


identifier: Mobtaker, Azadeh  (2018). Forest management-consideration of multiple objectives.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
planification forestière
optimisation multi-objectif
minimisation de la dispersion spatiale
formation des grappes

abstract:
In Canada, as a major forested country, forest resources provide significant environmental, social, and economic values. Hence, consideration of multiple often-conflicting criteria in forest management planning has become a necessity rather than a special case. Since 2013, a new forest management regime came to effect in the province of Quebec, Canada where the Ministry of Forests, Fauna, and Parks (MFFP) became responsible for preparing and implementing integrated forest development plans. In order for the MFFP to take local needs and goals into account usually multiple objectives need to be targeted. So, the main objective of this thesis is to analyze and to propose new business models for forest management planning addressing several key factors.

The first part of the thesis includes a review of a number of planning methods and decision support systems for tactical decisions in the forest-based value creation network. In the second part of the thesis, we have proposed a multi-objective optimization model for the problem of selection of harvest areas and allocation of timber to wood-processing mills over 5-year planning horizon. This model has been used to analyze a tactical forest management plan in Quebec. The forest management unit 07451 inside region 7, Outaouais in western Québec was considered as our case study. The solution of the proposed multi-objective model was compared with the traditional cost minimization strategy. Also, the impacts of logistics constraints were assessed. Finally, in the third part of the thesis we have proposed a planning support tool to group the harvest areas in a way that the spatial dispersion of the clusters is reduced, meaning the logistics of moving the machinery between areas in each cluster becomes more efficient. The results from the three parts of the thesis have demonstrated that simultaneous consideration of some important objectives in the tactical forest management could lead to a more balanced and economically sustainable plan, in addition systematical cluterization of harvest areas will reduce the spatial dispersion of the harvest areas that a typical harvesting team has to cut, which consequently reduce the time and cost of movement of harvesting machineries among the areas for the team. In general, the work in this thesis can support an efficient forest management plan considering multiple objectives and minimizing the spatial dispersion of harvest areas that a harvesting team would cut. The optimization models and approaches proposed in this thesis are novel and practical for the forest management planning problems.


identifier: Adibifard, Somayeh  (2018). Design of wideband Rotman lenses with dummy ports for wide-scan phases array applications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseau de mise en forme de faisceaux
matrice de Butler
lentille Rotman
antenne Vivaldi

abstract:
Microwave Rotman Lenses support wide-angle scanning, wideband, low-phase error, and true time delay (TTD) beam forming. Their performance is ideal for applications such as remotepiloted vehicles, satellites, collision-avoidance radars, and ultra-wideband communications systems. The use of printed circuit technology for Rotman Lenses in recent years has facilitated designing high performance but low profile, and lightweight beam-forming networks (BFNs).

In this thesis, wide-band wide-scan phased arrays are investigated by utilizing the beamforming network that is based on a microstrip Rotman Lens. A wide beam scanning capability of ±40o for the frequency range 8-12 GHz is demonstrated. The most crucial part is to design a wide beam scanning Rotman Lens in conjunction with a good impedance matching over the entire frequency band. To do so, a technique is proposed to place the dummy ports between input ports and output ports of Rotman Lens as mutual coupling between ports are reduced significantly which results in improving the performance of Rotman Lens. Three different Rotman Lenses are designed and full wave simulated in CST (EM Simulation Software). One of them is fabricated and tested to verify the simulations. Good agreement between simulation and measured results is achieved.

A wide-band Vivaldi phased arrays antenna incorporating the designed Rotman lens is also designed and simulated. Size reduction while maintaining good performance in terms of grating lobes and radiation gain was carried out. The design Rotman-Vivaldi phased array offers a good alternative for achieving both wide scanning angles and wide bandwidth coverage.


identifier: Elarbi, Mustafa  (2018). Electrothermal design and realization of high efficiency class F power amplifier.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
amplificateur de puissance
classe F
puissance dissipée
transfert de chaleur

abstract:
With the increasing widespread use and popularity of cell phones, laptops and similar electronic mobile equipment, there is a subsequent rising need for faster operational speeds. At the same time, increasing amounts of energy are both being used and demanded. How to satisfy these growing needs through longer battery life is currently a major focus of research.

Power amplifiers (PAs) on wireless devices are causing endless problems for users of wireless telecommunication equipment due to their drain on the power system. Researchers are also looking into ways to increase the operational power-added efficiency (PAE) in amplifiers, this leads to reduce quantity of dissipated power. PAE changes DC power into RF, so when PAE is amplified, wireless devices can draw the same level of energy even while consuming less. Of particular interest to researchers are the non-linear class-F and class F invers PAs, which have a deserved reputation for their high levels of energy output and exceptional PAE. Class-F enhances PAE through the control of harmonic content.

Agilent’s Advanced design system (ADS) can be applied in the performance of simulations and desing work. Cree’s compagny provided the ADS model of Cree’s CGHV1J006D high elcton mobility transistor (HEMT). A high efficiency PA was built using LTCC technology on an Ferro A6M. Both the input and output harmonics are controlled, while the input wave-shaping network dictates the shape of waveforms at the gate. Furthermore, in stopping harmonics using suitable terminators positioned at the output, we get a square voltage waveform and a half-sine current waveform near the transistor drain terminal. The spaces shared by the current waveforms and the voltage can also be reduced in size, as can the energy use of the active device.

The outcome was the ability to run a device at 5.7GHz on a PAE of 54.63%, and 36.25dBm output power. In addition, a novel thermal reliability analysis method based on ANSYS is proposed also to evaluate PA thermal characteristic. We used some materials have high thermal conductivity like a Cupper Diamond to dissipate the heat to the ambient.

This work demonstrates Class-F PA’s ability to radically improve PAE by stopping the second and third harmonic powers delivering to the load and by having the waveforms shaped near the transistor terminals.


identifier: Normand, Erwan  (2018). Agrandissement d'un écran mobile par réalité augmentée.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réalité augmentée
interface humain-machine
visiocasque
écran tactile
main virtuelle

abstract: Les récentes et importantes avancées dans la recherche et en industrie promettent à la réalité augmentée (RA) de s’intégrer profondément dans nos vies personnelles et professionnelles, malgré des limites technologiques encore existantes, pour augmenter nos perceptions du réel et les interactions avec nos environnements. Nous proposons d’utiliser la RA pour étendre l’écran d’un téléphone, au-delà de ses limites physiques, avec un écran virtuel coplanaire, synchronisé et suivant ses mouvements, créant la perception d’un unique grand écran étendu tenu en main. Nous appelons cette extension Virtuality Extended Screen-Aligned Display (VESAD). Nous décrivons les modes de vues possibles avec cette affichage : vue multi-fenêtres, supportant du multi-tâche, et vue étendue, où une application utilise tout l’écran étendu. Nous présentons aussi deux nouvelles techniques d’interaction : wrist, où l’utilisateur fait une rotation rapide du poignet pour substituer l’affichage avec un autre, et slide-to-hang pour détacher l’écran étendu en une fenêtre virtuelle séparée du téléphone. Nous décrivons ensuite la conception de notre propre visiocasque de RA à large champ de vision (100°×98° pour chaque oeil), permettant de voir complètement l’écran étendu, ainsi que le développement de notre bibliothèque libre de RA ArucoUnity, qui porte sur le moteur 3D Unity les fonctions de suivi de marqueurs et de calibration de caméra de la bibliothèque libre de vision par ordinateur OpenCV. Nous menons ensuite une étude expérimentale pour évaluer, d’une part, les avantages d’un téléphone à écran étendu par rapport à un téléphone non étendu et, d’autre part, pour comparer l’utilisation de l’écran tactile à des interactions avec la main sur l’écran virtuel. Nous répliquons une tâche de classement issue de la littérature sur les affichages muraux, impliquant de la navigation et des sélections. Nos résultats indiquent que la combinaison du téléphone à écran étendu avec les interactions tactiles s’est montrée la plus rapide, en particulier quand la tâche était maîtrisée des participants, et la plus performante en termes de navigation. Elle a également été préférée des participants. Néanmoins, plusieurs participants ont vu plus de potentiel dans les interactions avec la main virtuelle avec l’écran étendu. Nous donnons enfin des recommandations d’implémentation, de conception d’interface et de techniques d’interaction pour un VESAD.


identifier: Boldireff, Éric  (2018). Caractérisation des propriétés mécaniques de la maçonnerie de pierre traditionnelle à murs massifs.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: maçonnerie mortier pierre compression cisaillement

abstract:
Les structures construites en maçonnerie non-armée (MNA) sont vulnérables aux séismes et ces dernières sont nombreuse dans les quartiers historiques du Vieux Montréal et du Vieux Québec. Pour conserver cet héritage, il est important de pouvoir prédire les performances structurales des bâtiments en MNA pour mieux estimer les dommages en cas de séismes et aider à prévenir d’éventuelles pertes.

Ce projet vise la caractérisation expérimentale de la MNA de pierre traditionnelle à murs massifs faits de deux parois séparées par un blocage de pierres et de débris de carrier enrobés de mortier. La caractérisation expérimentale permet de déterminer les proprieties mécaniques des matériaux et la résistance de murets de MNA et de développer des modèles plus précis pour le calcul de la capacité structurale des bâtiments en MNA. La MNA étudiée est composée d’une pierre calcaire de type St-Marc guillotinée et d’un mortier de cimentchaux (1 :2 :6) reproduisant les propriétés mécaniques des mortiers de chaux traditionnels.

Le programme expérimental comporte deux phases : la première phase évalue la résistance à la compression du mortier, de la pierre et d’assemblage de MNA. Des résistances en compression moyennes de 5,3 ± 0,1 MPa, de 77,6 ± 7,7 MPa et de 57,7 ± 6,6 MPa ont été obtenues respectivement. Cette phase inclut également l’évaluation de la résistance en cisaillement du joint de mortier. Une cohésion initiale moyenne de 1,05 MPa et un coefficient de friction moyen de 0,39 MPa ont été obtenus à cet effet. Ces valeurs sont dans la plage de valeurs rapportées dans la littérature. La deuxième phase porte sur des murets en MNA à double paroi de 890 mm x 940 mm construits en laboratoire. Deux murets sont mis à l’essai sous chargement cyclique pour déterminer la relation charge-déplacement et des essais de traction diagonale complètent la caractérisation expérimentale. Les spécimens des essais cycliques, qui ont rompu par balancement, ont donné un module de cisaillement initial de 42,2 MPa et 92,0 MPa et une résistance latérale de 0,029 kN/mm et 0,061 kN/mm, respectivement pour des charges de compression équivalente à 0,2 MPa et 0,5 MPa. Les essais de résistance à la traction diagonale ont donné une résistance de 0,31 ± 0,09 MPa.

Cette caractérisation permet de mieux connaître la MNA de l’Est du Canada et contribue à une meilleure évaluation de la capacité structurale des bâtiments construits avec ce matériau. Elle permettra aussi de mieux concevoir les renforcements et les solutions de rehabilitation de ces structures, très susceptibles de ne pas résister aux charges sismiques prescrites par le Code National du Bâtiment du Canada (CNBC) en vigueur.


identifier: Chowdhury, Rasel  (2018). Privacy-preserving framework for smart home using attribute based encryption.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
IoT
confidentialité des données
attibute-Based Encryption
cyptographie appliquée
externalisation de chiffrement
contrôle d’accès
maison intelligente

abstract: IoT is one of the emerging technologies that have already effected our daily life in various ways. Due to the nature and ease of living, people are becoming more and more dependent on the IoT devices and environments like smart phones, wearable devices, smart home and etc. IoT has influences over a various domain from a simple pre- programmed coffee machine, smart-vehicles to assisted living. These devices communicate with each other to provide services to the users as well as the service providers. But these communicated data coming from the devices contains a lot of information about personal identity information (PII). Most of the time, the users of these devices are unaware of these information or they do not have the control over the data that they are sending to the cloud. Even the cloud services are secured but they are always curious. There are few standards for IoT security, still most of the security mechanisms for IoT are only providing End-to-End secured connections like TLS, DTLS, etc. but the data itself is not secured. According to the new security regulations like GDPR, FTC and etc. the data has to be encrypted at the source and data owner have the right of the data and needs to provide consent whenever used by the service providers. One of the best way to achieve these requirements is to use Attribute-Based Encryption (ABE) which provides access control as well as data encryption. In this dissertation we are proposing two different approaches for the security, privacy and access control of user data using ABE and smart home as the case study.


identifier: Perez, Wilmar  (2018). SIPBIO : biometrics SIP extension.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: SIPBIO : biometrics SIP extension

subject:
SIP
biométrie
sécurité du réseau
authentication à distance
protocole de communication

abstract:
During the last few decades biometric technologies have become an important research field in computer security. Their deployment, however, in heterogeneous enterprise systems, is complex due to the lack of standardisation. Session Initiation Protocol (SIP) is a popular communication protocol widely used in voice over Internet protocol networks; due to its flexibility, SIP has been broadly adopted in telecommunications for carrier level and telephony systems. This thesis proposes the use of SIPBIO, an extension to SIP, to establish and control multimedia sessions for biometric interactions.

For biometric usage in telecommunications networks, a synthesis of techniques to use human characteristics as challenge tokens for access to network resources is first presented. An overview of the SIP protocol is then exposed, by focusing on understanding SIP messages and their component elements. Posteriorly, advanced concepts, such as extensions to the default protocol are introduced.

After the technology background review, the core of the proposal is presented with extensive use-case scenarios of biometric operations and the introduction of necessary SIPBIO requirements. Formal processes are defined along with the method to extend SIP to the proposed SIPBIO protocol. It follows a detailed outline of all headers and body components that give form to SIPBIO and define its nature. These stages provide the fundamentals for the protocol implementation.

Finally, simulations of some common cases are presented to show the feasibility of SIPBIO. This can be used as a sample flow for full implementations and applications.

This thesis corroborates the viability of using a SIP-based protocol for establishing, maintaining and tearing down biometric multimedia sessions.


identifier: Farzam, Azarm  (2018). Intégration des effets de sites à l'évaluation de la vulnérabilité sismique des ouvrages d'art à l'aide d'une plateforme de système d'information géographique (SIG).  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
risque sismique
amplification
liquéfaction
glissement de terrain
chute de bloc
méthode indicielle
système d’information géographique
ouvrage d’art

abstract:
Dans la partie sud-est du Canada on dénombre environ 600 séismes par année. Bien que la sismicité y soit reconnue comme modérée, la densité de la population dans les régions urbaines en fait la 2ème plus importante zone à risque sismique du Canada. L’étude de la vulnérabilité du risque sismique a pour but d’évaluer les dommages potentiels des ouvrages afin de prioriser les interventions suite à un séisme ou de planifier les travaux de mise aux normes. Ces outils sont généralement de nature indicielle et sont utilisés par les gestionnaires d’ouvrages pour prioriser les interventions. C’est le cas des méthodes de Caltrans, du NYDOT, du SETRA et celle du Ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports du Québec (MTMDET). Ces méthodes indicielles considèrent la vulnérabilité structurale des ouvrages exposés et l’aléa sismique défini selon le niveau d’accélération probable au site pour une période de récurrence donnée pour qualifier le risque sismique. En général, l’effet d’amplification des ondes sismiques par le site est intégré à l’aléa sismique, mais trop souvent les informations géotechniques spécifiques aux sites des ouvrages ne sont pas disponibles rendant l’évaluation moins représentative. Par ailleurs, rares sont les méthodes indicielles qui prennent en compte les effets induits, tels que les glissements de terrain, les chutes de blocs, ou le potentiel de liquéfaction des sols. Cette étude propose de développer des échelles de sensibilité aux effets de sites (intégrant l’amplification, la liquéfaction et les mouvements gravitaires) pour mieux définir l’aléa sismique et l’intégrer dans les méthodes indicielles d’évaluation du risque sismique grâce à des échelles de sensibilité des ouvrages.

Ce travail s’insère notamment dans un projet d’étude de la vulnérabilité des ouvrages d’art pour la vallée du Saint-Laurent, pour une meilleure prise en compte de l’aléa dans l’analyse du risque sismique des ouvrages d’art en tirant profit des avantages offerts par les systèmes d’information géographiques (SIG). Ce projet vise à proposer des échelles de sensibilité à l’amplification et aux effets induits (glissements de terrain, chutes de blocs ou potentiel de liquéfaction) en s’appuyant sur des données cartographiques (SIG) de natures hydrologiques, topographiques et géologiques. Ces échelles de sensibilité peuvent ensuite être aisément intégrées aux différentes methods indicielles de priorisation sismique existantes.

L’échelle de sensibilité pour l’amplification est validée à partir d’une campagne d’acquisition de mesures de bruits ambiants sur le sol et sur des ponts. L’échelle de sensibilité aux glissements de terrain est validée par un inventaire sur les glissements de terrain dans la vallée du Saint-Laurent. Ces échelles peuvent ensuite être intégrées aux méthodes indicielles de priorisation sismique. Elles sont ici appliquées à la méthode indicielle du MTMDET pour évaluer l’impact sur la priorisation des ouvrages. De plus, un exemple d’application des nouveaux indices intégrant les effets de sites est proposé dans le dernier chapitre. Une évaluation succincte de l’impact de la perte sur le réseau routier de certains ouvrages d’art est étudiée afin d’illustrer comment certains logiciels et l’utilisation des SIG peuvent aider dans la priorisation des interventions sur les ouvrages d’art dans un contexte de gestion du risqué sismique.


identifier: Jalili Marandi, Sahand  (2018). Adoption of lean manufaturing system with AIM of efficiency improvement within a late lean adopter company (a case study).  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Lean Manufacturing (LM)
diffusion d'innovations
retardataires
processus d'innovation-décision
système de gestion de silo
fabricant de meubles

abstract:
“Lean manufacturing” (LM) and “Lean production” are the terms and concepts which have been introduced to industry world since 1990s. In these almost three decades many companies in various sectors have applied lean with aim of eliminating wastes and implementing continuous improvements in their organization. Although the capabilities and advantages of lean have been proven over the years, some companies are still hesitate to use this method. According to the theory of the “Diffusion of Innovation” (DOI), based on innovativeness factor, adopters to an innovation are divided into five categories: innovators, early adopters, early majority, late majority and laggards. Innovation can be considered as a new idea, procedure, practice, product and etc. Each of these categories has its own characteristics. The focus of this research is about adoption of LM in a laggard company.

The case of this study (company X) is a furniture manufacturer in Quebec with mainly push production system. They are currently encountering with long delivery times, lack of space in the shop floor and unsatisfied production rate. Similar companies with the same problems as company X have improved their total efficiency with applying lean concept but our case has not been turned into LM until now and they are not very interested in implementing this procedure. Innovation-decision process has five stages: knowledge, persuasion, decision, implementation and confirmation. In this study, it is intended to help the company to reach to the third stage to make decision about lean implementation.

Lean is a long and time taking journey and it will be longer in case of late adopters. The reason that they are reluctant in lean adoption is their ignorance about existing wastes and their impacts in the system. In such companies with traditional organizational structure, unawareness is the result of working in silos and having weak communications. In order to convince laggards to make decision about lean implementation, it is essential to break down the silos, improve interactions and deploy mutual synergy among them. Laggards will not accept an innovation until they completely become certain it is safe for them. In this research, we propose a road map to indicate the opportunity to increase total cycle efficiency from 29.4% to 78.3%.


identifier: Fort, Valentin  (2018). Étude de l'autodesserrage des assemblages boulonnés.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
autodesserrage
analyse par éléments finis
assemblage boulonné
chargement transversal
flexion du boulon
friction
modèle théorique

abstract:
L’autodesserrage des plaques boulonnées est un phénomène connu depuis longtemps. En effet, les boulons sont présents dans plusieurs domaines industriels, que ce soit les machines, l'industrie automobile, l'aérospatiale ou encore les industries pétrolière et gazière. Une rupture ou un simple desserrage peut avoir des conséquences graves sur les coûts de maintenance, l’environnement et les humains. Il est donc primordial de bien comprendre le processus physique derrière l’autodesserrage pour l’anticiper et l’éviter.

L’autodesserrage des plaques boulonnées peut être étudié par trois moyens : des tests expérimentaux, des simulations numériques et des modèles théoriques. Dans ce mémoire, les modèles théoriques et numériques sont les moyens pour comprendre le phénomène tandis que les tests expérimentaux sont utilisés comme moyens de vérification.

Les études expérimentales utilisent une machine d’essai nommée machine Junker pour les tests d’autodesserrage. Contrairement aux études précédentes utilisant des capteurs affectant le processus d’autodesserrage, le montage utilisé ici présente des capteurs affectant au minimum le phénomène : une jauge de déformation insérée dans la vis permettant de mesurer la force de serrage, une capteur de rotation situé sur l’écrou, un capteur de déplacement magnétique mesurant au plus près le déplacement relatif entre les plaques, une capteur de force mesurant la force transversale et un compteur magnétique de cycles.

Différents modèles numériques ont été développés. La première catégorie de modèles simule l’autodesserrage d’un assemblage boulonné, avec des précharges, des déplacements transversaux et des épaisseurs de plaques qui varient. La seconde catégorie de modèles reprend des parties des modèles précédents dans le but de calculer les rigidités en flexion des différentes parties de l’assemblage. Ces rigidités sont utiles dans le modèle théorique développé.

En ce qui concerne la théorie, des modèles de friction au niveau des zones de contact ont été développés. Cette friction est une clé importante dans la compréhension et la résolution du modèle théorique. De plus, un modèle amélioré de flexion du boulon a été également proposé. À partir de ceci, un critère évitant l’autodesserrage de l’assemblage a été développé. Enfin, une équation liant glissement entre la tête de vis et les plaques d’une part et la rotation relative entre l’écrou et la vis d’autre part a été proposée.

Les effets de différents paramètres ont été étudiés théoriquement et sont en accord avec la littérature. De plus, le critère proposé offre une bonne concordance entre les résultats numériques et les résultats théoriques. En ce qui concerne la flexion du boulon, la phase sans aucun glissement donne de bons résultats. A contrario, la phase avec glissement dans les filets n’est pas bien représentée par le modèle, montré par le manque de concordance des résultats. Les équations de la friction sous la tête de vis et sous l’écrou et les simulations numériques donnent des résultats très proches; ce qui montre une bonne modélisation de cette friction. La rigidité globale du système a également été étudiée, montrant des résultats contrastés. L’utilisation des formules de la littérature ne donnent pas obligatoirement de bons résultats suivant le cas auquel le système est soumis.


identifier: Banerjee, Debika  (2018). Fabrication of vertically aligned silicon nanowire arrays and its application in hybrid heterojunction solar cells.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
nanofils de silicium
GDM
cellules solaires
hétérojonction hybride

abstract:
Worldwide, numerous approaches to reduce climate change emerge every day. Photovoltaic is one of the attractive and efficient methods to generate carbon free renewable power. Reigning over the photovoltaics industry, crystalline silicon-based solar cells are efficient but expensive due to their complexity in processing. This brings the motivation for fundamental research in a quest to find of simpler and less expensive ways to harvest light in order to generate electricity. Hybrid platforms, with the help of nanotechnology, strive to include various inorganic, organic, polymer materials combined with crystalline silicon to fabricate hybrid heterojunction solar cells. The main objective of this thesis is to develop a costeffective method to fabricate silicon nanowire-based hybrid heterojunction solar cells. Employing silicon nanowires help to reduce the material usage and thus the cost by their inherently large surface to volume ratio. We found galvanic displacement method as the most cost-effective technique compared to other methods used for the synthesis of silicon nanowires. Optical and electrical properties of these nanowires have been measured to evaluate the potential of these materials for their usage in photovoltaics. We have investigated phonon confinement effect on the silicon nanowires. Being silicon an indirect band gap material; phonon confinement helps in band to band transition of electrons and holes which further increases the photovoltaic efficiency of devices built around silicon nanowires.

In this thesis, we first introduce a device architecture that combines silicon nanowires and anatase TiO2, demonstrating the fabrication of bulk heterojunction solar cells using interface modification with HBr. This approach results in PV devices with up to 6.2% of power conversion efficiency (PCE) that represents 3 times enhancement compared to similar architectures with interface modification using other routes. This thesis provides a promising route for interface engineering of hybrid heterojunction based optoelectronic devices.

The second device architecture described in this thesis shows the fabrication of hybrid heterojunction solar cells comprised of plasmon sensitized silicon nanowires and PEDOT:PSS. Significant plasmon induced enhancement is demonstrated by controlling the cleaning protocol during the nanowire fabrication step. This allows to leave minute amount of silver nanoparticles attached to the silicon nanowires before coating with solvent treated PEDOT:PSS. The solar cell devices produced show a PCE up to 8.4% under AM 1.5G compared to 5.5% without silver nanoparticles. This thesis yields a favorable way to achieve better performing ultra-low-cost silicon-based solar cells.


identifier: Coulombe, Frédéric  (2018). CFD simulations to improve air distribution inside cold climate broiler houses involving heat exchangers.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
âge de l’air
CFD
échangeur de chaleur
OpenFOAM
poulailler

abstract:
While chicken meat production is less polluting than other meats, it remains a problem, given a target of 1 ton CO2-eq per capita in 2050. Most of the emissions are associated with feed production, but cold climate requires an additional energy input for space heating. This input is usually provided by propane gas. Since 2014, energy efficiency has sparked in the world of broiler production. Heat recuperation through heat exchanger can reduce significantly the heating requirement, by preheating fresh air inlet with stale air outlet.

While there have been many studies on the improvement of direct ventilation in both hot and cold climate, little attention has been given to heat exchangers in broiler houses. It is therefore unknown how best to integrate this equipment in a broiler house to provide homogenous housing conditions (air temperature, humidity, contaminants).

This thesis studies the integration of heat exchangers (HX) in a commercial broiler house located in a cold climate (Sainte-Mélanie, Canada). The goal is to improve the housing conditions of a rectangular 1760 m3 broiler house equipped with two ductless air-to-air heat exchangers (0.38 m3s-1). Computational fluid dynamics (CFD) software OpenFOAM was used to create a 3D steady-state buoyant simulation with RNG k-ε turbulence model. CFD model was validated with experimental data collected at the participating broiler house. In the original configuration (C0), the two heat exchangers are parallel, on the same longitudinal wall. Three alternative configurations (C1, C2, and C3) were studied to improve housing conditions at chick height (0.1 m): C1 consists of increasing the distance between the HX, C1 consists of a 30° rotation of the HX, and C3 consists of positioning one HX on each end wall. Air velocity, air temperature and age of air were used as performance criteria.

All configurations behaved and performed differently. The configuration with the best overall performance was C2. It showed a 45% improvement in age of air distribution and 24% in velocity distribution. Temperature distribution also improved, but it was not reflected in the coefficient of variation.


identifier: Chevalier, Louis  (2018). Conception, fabrication et validation structurale des coques d'un catamaran de type Class-C.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
matériaux composites
FEM
voile
catamaran Class-C
coque

abstract:
Le monde de la voile est aujourd’hui révolutionné par l’introduction des hydrofoils sur tous les types de bateaux. Les hydrofoils permettent d’augmenter les performances des bateaux, mais modifient les cas de chargements et leur répartition sur l’embarcation. Les stratégies de navigation évoluent également et l’influence du poids des bateaux sur les résultats de régates est décuplée. Ce mémoire porte sur la conception, la fabrication et la validation structurale des coques d’un catamaran de type Class-C. L’objectif principal de conception est d’atteindre une masse de 40 kg par coque, tout en maximisant la rigidité de la plateforme.

Dans un premier temps, les géométries des structures et les cas de chargements ont été définis. Puis des tests de fabrication couplés à des essais de flexion trois points ont permis de procéder au choix des matériaux et des méthodes de fabrication pour les coques. Un modèle par elements finis des éprouvettes a été validé en comparant les résultats des analyses linéaires statiques aux résultats des essais de flexion et à une solution analytique. Le stratifié des coques a ensuite été pré dimensionné en analysant un modèle FEM préliminaire, au cas de chargement statique de précontraintes du haubanage. Les zones de stratifié ont été définies à la suite de ces analyses. Puis un modèle FEM détaillé a été analysé suivant des critères de rupture, de flambage et de déformations, pour valider le stratifié des coques aux cas de chargement en navigation d’équilibre statique et d’enfournement.

Les coques ont été fabriquées avec les stratifiés en carbone/époxy pré imprégnés issus du processus de dimensionnement, et en suivant les méthodes de fabrication du test préliminaire. Les assemblages ont été dimensionnés à partir des résultats des analyses du modèle FEM détaillé. Suite à la fabrication, les coques ont été instrumentées avec des jauges d’extensométrie pour valider la modélisation par éléments finis du cas de chargement des précontraintes. L’analyse des données a permis de valider la modélisation, avec des écarts relatifs inférieurs à 25%. Les coques fabriquées ont une masse de 43 kg, l’objectif de masse est donc respecté avec un écart relatif de 7,5%. Enfin les performances du bateau fini ont été observes qualitativement lors des premières navigations.


identifier: Timercan, Anatolie  (2018). Endoprothèses canines métalliques et guides de coupe plastiques personnalisés : conception, fabrication additive et validation.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
implant personnalisé
fabrication additive
modèle par éléments finis
validation expérimentale ex-vivo
opération de sauvetage de membre

abstract:
L’ostéosarcome est le type de cancer des os le plus courant chez le chien, affectant principalement le radius distal. L’opération de sauvetage de membre avec plaques métalliques commerciales est un des traitements disponibles, mais il offre des résultats sous-optimaux. Cette étude propose l’utilisation d’endoprothèses et de guides de coupe personnalisés, produits par fabrication additive pour améliorer ce type de chirurgie.

Les modèles osseux issus des tomodensitométries du patient sont reconstruits et utilisés pour concevoir la prothèse et le guide de coupe en appliquant les consignes du chirurgien vétérinaire. La prothèse est fabriquée en un alliage de titane sur un système de fusion par laser sur lit de poudre, tandis que le guide de coupe est imprimé en plastique par dépôt de fil. Plusieurs étapes de post-traitement sont effectuées avant l'expédition de l’ensemble prothèse-guide pour la chirurgie. Le temps requis pour cette démarche est en moyenne entre 65 et 85 heures. Une telle approche permet de réduire la durée de la chirurgie de 25-50%.

Pour vérifier la résistance des endoprothèses personnalisées, un modèle numérique d’un membre instrumenté est développé et validé par un test biomécanique ex-vivo. Ce modèle validé est utilisé pour analyser la distribution de contraintes dans les os et l’implant, et peut servir afin d’optimiser l’endoprothèse personnalisée en termes de forme et de matériau de fabrication. Une comparaison des tests biomécaniques de membres cadavériques instruments d’une endoprothèse personnalisée et d’une plaque commerciale montre un comportement similaire des deux assemblages. Ceci semble indiquer que l’endoprothèse personnalisée est au moins aussi résistante que ses contreparties disponibles commercialement.

Cinq chiens sont opérés avec succès au cours de l'essai clinique en cours. L’analyse de temps de ces cinq cas identifie des goulots d’étranglement dans la méthodologie de production et des solutions potentielles sont présentées. L’analyse des coûts montre que la prothèse personnalisée est 70-100% plus dispendieuse qu’un assemblage plaque-endoprothèse commercial, toutefois, la réduction de la durée de la chirurgie, le potentiel de diminution des risques d'infection postopératoire et des risques de défaillance de l'implant sont des benefices non-négligeables.


identifier: Ali, Ghalya  (2018). Influence of wax-based binder formulations on rheological properties of feedstocks used in low-pressure metal injection.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
LPIM
poudre métallique
formulation de liant
rheology
viscosité
mélange

abstract:
Low-pressure metal injection molding (LPIM) is a powerful technology used to produce small complex net shape metallic parts from a large variety of metals in a cost-effective way. The advantages of LPIM process include high production volumes, high buy-to-fly ratio, wide variety of materials (both for ceramic powders and for metallic powders), excellent mechanical properties, good surface finishes, and good geometric and dimensional tolerances of the produced part. However, efforts to optimize the mechanical properties of LPIM metallic materials typically involve debinding and sintering using feedstocks whose optimal moldability has not yet been demonstrated. Therefore, achieving the full potential of the LPIM process is still limited by the poor understanding of the fundamental mechanisms underlying the moldability of LPIM feedstocks. So far, there is no database that engineers can use to design an appropriate feedstock and the link between the feedstock formulation and its impact on moldability is not yet clear. For this reason, the main objective of this work was to study the influence of wax-based binder systems on the rheological properties of feedstocks to better understand and predict the moldability properties of powder-binder mixtures used in low pressure powder injection molding process. To achieve this objective, a rheological characterization campaign was carried out using seven groups of different feedstock formulations consisting in more than 195 different mixtures. Each feedstock family was tailored to discretize the influence of single-binder and multiple-binder formulations on viscosity.

In this study, three different 17-4PH stainless steel powder lots were used to prepare different feedstock formulations containing 60 vol. % of powder, five different waxes (one paraffin wax (PW), one beeswax (BW), one carnauba wax (CW), and two microcrystalline waxes (MW1 and MW2), two surfactants agents (stearic acid (SA) and oleic acid (OA)) and two thickening agents (ethylene vinyl acetate (EVA) and low-density polyethylene (LDPE)). Two different powder sizes (12 and 3 μm) produced by water-atomization and one powder produced by gas atomization (12 μm) were selected to quantify the influence of powder size and powder shape on rheological behavior. Differential scanning calorimetry analysis were performed to assess the melting point of all feedstocks, while rheological tests were performed at 90°C for all feedstocks (i.e,, above melting point of feedstocks) to study the influence of binder constituents on the feedstocks viscosity.

It was demonstrated that stearic acid (SA) and oleic acid (OA) produce the same surfactant comparison other conventional thickening agent such as low-density polyethylene (LDPE) can also be used as surfactant agent but at the price of a too significant increase in feedstocks viscosity. Since no significant interaction between SA and EVA was seen, it was proposed that a proportion as low as 0.5 vol.% of SA could be added into EVA-waxes mixtures to produce surfactant effect into that kind of feedstocks. Finally, it was demonstrated that a combination of two surfactant agents (stearic acid and oleic acid) into EVA-waxes based feedstocks produces no significant effect on viscosity compared to similar feedstocks using a single surfactant agent. This systematic binder mapping performed in this study can be now used as the first complete database to better understand the impact of each ingredient and interactions between binders on feedstocks viscosity in order to tailor the LPIM feedstocks properties in future. effect, and since it is more difficult to work with oleic acid, it was concluded that there is no real advantage to use this surfactant agent in the future. It was also proved that a quantity as small as 0.2 vol. % of stearic acid was enough to produce the surfactant effect. Likewise, ethylene–vinyl acetate (EVA) was confirmed as a good binder constituent to increase the viscosity and possibly tailor the viscosity of feedstocks in order to decrease the segregation. In comparison other conventional thickening agent such as low-density polyethylene (LDPE) can also be used as surfactant agent but at the price of a too significant increase in feedstocks viscosity. Since no significant interaction between SA and EVA was seen, it was proposed that a proportion as low as 0.5 vol.% of SA could be added into EVA-waxes mixtures to produce surfactant effect into that kind of feedstocks. Finally, it was demonstrated that a combination of two surfactant agents (stearic acid and oleic acid) into EVA-waxes based feedstocks produces no significant effect on viscosity compared to similar feedstocks using a single surfactant agent. This systematic binder mapping performed in this study can be now used as the first complete database to better understand the impact of each ingredient and interactions between binders on feedstocks viscosity in order to tailor the LPIM feedstocks properties in future.


identifier: Billerot, Pierre-Lou  (2018). Étude numérique de l'écoulement à froid et à chaud dans un brûleur poreux.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
milieu poreux
combustion
brûleur poreux
microscopique
modélisation 3D
dispersion

abstract:
La combustion en milieu poreux (CMP) est un procédé qui a été étudié expérimentalement et numériquement durant les trois dernières décennies. Cependant, les études numériques sont très souvent restreintes à des modèles 1D et 2D à cause de la difficulté à reproduire un modèle 3D complet dû à la complexité des matrices de type mousse-éponge usuellement utilisées pour ce type d’application et aux coûts de calcul élevés. Désormais, avec l’émergence des technologies innovantes d’impression additive en trois dimensions, il est possible de concevoir des matrices avec un motif plus structuré et ordonné.

Cette étude vise à modéliser le comportement de l’écoulement et les caractéristiques de la combustion dans un tel milieu homogène pouvant être obtenu par voie d’impression additive. Le modèle numérique est conçu avec le logiciel STAR-CCM+ qui résout le système des équations de Navier-Stokes écrites pour un écoulement compressible, laminaire et instationnaire.

Pour traiter la géométrie relativement complexe du milieu poreux étudié, le modèle numérique est conçu tout d’abord en étudiant l’écoulement autour d’un cylindre afin de déterminer les caractéristiques d’un maillage approprié pour modéliser l’écoulement à petite échelle. Ce maillage est ainsi appliqué sur la géométrie du milieu poreux reproduit sur un volume représentatif. Des analyses à l’échelle macroscopique et microscopique sont ensuite conduites sur un écoulement froid isotherme. Différents régimes d’écoulement sont observes et le gradient de pression macroscopique présente un bon accord avec les corrélations basées sur la loi de pression de Darcy-Forchheimer. Les observations à micro-échelle montrent le comportement du fluide dans les pores du milieu. Finalement, la combustion dans le milieu poreux est investiguée sur toute une plage d’opération stable. Les caractéristiques macroscopiques de la CMP sont illustrées. À l’échelle des pores, la structure ordonnée de la matrice réduit la dispersion et permet de constater que la combustion est plus homogène. Les fluctuations locales de température sont moins importantes. Cette homogénéisation de l’écoulement permet d’allonger la durée de vie des matrices et de réduire les émissions de polluants.


identifier: Segui, Marine  (2018). Mesure de l'impact de la technologie d'aile déformable sur les performances en croisière de l'avion d'affaire Cessna Citation X.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: aérodynamique modélisation morphing-wing optimisation performance

abstract:
Ce mémoire présente une vue d’ensemble de la quantité de combustible qui pourrait être économisé grâce à l’utilisation d’un système déformable sur un avion de type Cessna Citation X. Pour réaliser cette étude, des modèles numériques capables de délivrer des informations de référence (avion ordinaire), et des données correspondantes à l’avion équipé d’un système déformable ont été conçus. Deux systèmes déformables ont alors été proposés, et modélisés; l’un sur l’aile, l’autre sur l’empennage horizontal.

Sur l’aile, le système proposé est une ailette déformable selon 3 degrés de liberté. Les géométries de l’ailette ont été recherchées pour chaque combinaison d’angle d’incidence (de -2 à 8 degrés) et de nombre de Mach (de 0.6 à 0.9). Pour chacune des combinaisons, c’est un algorithme d’optimisation par essaim de particules (PSO) qui a permis de définir les positions optimales de l’ailette. Le critère d’optimisation impose que la géométrie de l’ailette doit permettre à l’avion de conserver son coefficient de portance initial, mais de diminuer son coefficient de traînée. En étudiant seulement l’aspect aérodynamique de cette ailette, un bénéfice a été observé pour chacune des conditions statiques de vol, avec en moyenne, un gain de 10.8 lb/h sur la consommation de carburant. Enfin, lors de simulation de plusieurs scénarios de croisière, des réductions de combustibles allant jusqu’à 2.14% ont été observées.

Sur l’empennage horizontal, il a été suggéré qu’en déformant le profil de l’empennage, on pourrait équilibrer l’avion sans nécessiter d’angle de rotation de la part du plan horizontal réglable (PHR). Pour modéliser cet empennage déformable, un générateur de profils a tout d’abord été conçu à partir de la méthode des courbes paramétrées de Bézier-Parsec BP3434. Les paramètres du générateur ont ensuite été soumis à un algorithme génétique chargé de trouver la forme du profil qui permet d’équilibrer l’avion sans nécessiter de mouvement de rotation. Pour chacune des 44 conditions de vols statiques testées, un profil capable d’équilibrer l’avion a été trouvé. Par ailleurs, un gain moyen d’environ 50 lb/h a été constaté sur la consommation de carburant.

Cette étude a permis de concevoir des systèmes déformables qui permettent de diminuer les besoins en carburant. Cependant, seulement l’aspect aérodynamique des dispositifs a été pris en compte en utilisant des méthodes de calculs aérodynamiques simplifiés. Dans de futurs travaux, il serait alors intéressant de prendre en compte le poids ajouté par les systèmes et d’ainsi vérifier la précision des résultats obtenus avec des calculs aérodynamiques plus précis.


identifier: Dhaouadi, Tahar  (2018). Caractérisation et modélisation des propriétés mécaniques des biocomposites à fibres courtes aléatoires.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
miscanthus
biochar
homogénéisation numérique
VER

abstract:
Cette étude consiste à caractériser les propriétés mécaniques en traction, flexion et résistance au choc de trois matériaux biocomposites afin d'évaluer leur aptitude à remplacer des matériaux composites dans des applications automobiles. Les matériaux à caractériser sont constitués de la même matrice (polypropylène (PP) / élastomère polyoléfine (POE), PP/POE [95wt% : 5wt%]) renforcée par trois renforts différents. Les formulations (F1), (F2) et (F3) sont renforcées respectivement par 30wt% de biochar, 30wt% de miscanthus et le troisième renfort est un mélange entre 15wt% de biochar et 15wt% de miscanthus. Pour améliorer l'adhésion entre les renforts et la matrice, 3wt% d'anhydride polypropylène modifié (MAPP) ont été ajoutés aux composites.

Les résultats expérimentaux ont montré que les trois renforts améliorent le module d'Young de la matrice. La formulation (F2) a présenté les meilleures propriétés en traction et en flexion par rapport aux deux autres matériaux. En effet les fibres de miscanthus ont augmenté le module d'Young de la matrice de 107% et la résistance en traction de 10,51%. Ces proprieties en traction sont meilleures que celles du matériau commercialisé RTP 132 UV. Le bicomposite hybride (F3) a aussi augmenté le module d'Young de la matrice de 70% et a maintenu Presque la même résistance en traction du PP/POE. Le biocomposite renforcé par le biochar (F1) a amélioré la rigidité de la matrice de 34% mais il a diminué sa résistance de 8%. Par contre, ces renforts ont diminué la résistance au choc de la matrice. En comparant les  résultats expérimentaux de l'essai Izod sans entaille des trois biocomposites, la formulation renforcée par le biochar (F1) a présenté la meilleure résilience, mais elle reste toujours loin de celle du matériau commercialisé.

L'homogénéisation numérique par la méthode des éléments finis a permis de prédire les modules d'Young de ces biocomposites aléatoirement renforcés. Le logiciel commercial Digimat® a été utilisé pour générer le volume élémentaire représentatif 3D (VER) et pour calculer les modules d'Young du composite. La taille critique du VER est environ deux fois la longueur de la fibre en utilisant les conditions aux limites périodiques. Les résultats numériques ont montré une bonne concordance avec les résultats expérimentaux des biocomposites de cette étude.


identifier: Brouillard, Jérémy  (2018). Conception d'une cellule automatisée de remplissage de seringues à usage oral.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
automatisation
robot
hôpital
seringues à usage oral

abstract: L’automatisation prend de plus en plus de place dans le milieu hospitalier. Elle permet de realizer des économies de temps et d’argent. En ce sens, le CHU Sainte-Justine, un hôpital pour enfants situé à Montréal, demande le développement d’une cellule automatisée permettant de reconditionner les médicaments liquides oraux commercialement disponibles en vrac. Le reconditionnement, présentement effectué manuellement, consiste à remplir des seringues à usage oral. Considérant qu’aucun appareil automatisé pour ce faire n’est présentement disponible sur le marché, le présent projet consiste à la conception des systèmes de manipulation, du système de remplissage, du système de gestion des matières premières et du système d’inspection des produits finis. Le système de manipulation est constitué de deux robots sériels et de deux préhenseurs électriques parallèles. Un adaptateur universel novateur est développé afin d’accommoder les nombreuses bouteilles aux formes et volumes variés. Le système de remplissage est constitué de trois actuateurs électriques deux linéaires et un rotatif, permettant de maintenir en place les bouteilles et les seringues et d’effectuer le remplissage sans l’intervention du robot. Le système de gestion des matières premières entrepose les six différents volumes de seringues dans des chargeurs et la centaine de bouteilles de médicaments sur un support métallique en mettant à profit l’adaptateur universel. Pour terminer, le système d’inspection utilise un système de reconnaissance de forme et permet de reconnaitre la présence de bulle d’air faussant le volume de médicament à l’intérieur de la seringue. En conclusion, le système de remplissage de seringues à usage oral est une option viable et rentable pour un hôpital pédiatrique. La prochaine étape consiste à débloquer les fonds nécessaires à la construction d’un prototype fonctionnel.


identifier: Chikhi, Imen  (2018). La filière bois, artefact et catalyseur pour une construction 4.0 au Québec.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: construction 4.0

subject: approches intégrées

subject: Lean Construction

subject: DfMA

subject: BIM VDC

subject: structures en bois massif préfabriquées

subject: cadre TOPC

abstract:
Les méthodes traditionnelles de livraison de projets peinent à faire émerger la productivité du secteur de la construction. La filière bois se démarque par sa capacité à allier innovation, technologie et économie, notamment par le biais de produits performants comme le CLT qui contribue à développer des échelles de structures importantes et des processus de fabrication et d’installation qui engendrent une amélioration de la productivité.

Le Québec s’est doté de la Vision 2030 pour le développement de la filière bois et l’export de produits et savoir-faire québécois à l’horizon 2030. Des incitatifs budgétaires ont aidé au développement de projets exemplaires. À partir d’une étude de cas comparative de trois réalisations canadiennes d’envergure, nous avons observé comment les technologies, l’organisation et les processus, en fonction du contexte, peuvent favoriser l’adoption de nouvelles méthodes de livraison de projets et atteindre des objectifs de productivité.

Parallèlement, l’observation de la modification des méthodes de livraison de projets de construction dans la littérature scientifique, particulièrement au Royaume Uni, nous a permis de faire émerger l’idée de Construction 4.0, en écho à l’industrie 4.0, où la data, sa generation et son traitement dictent la cadence et la productivité de la chaîne d’approvisionnement. Aussi, pour élaborer le cadre conceptuel de la Construction 4.0, nous proposons quatre piliers : 1) les approches intégrées, 2) le Lean Construction, 3) le DfMA et la fabrication hors site et 4) le BIM VDC. La filière bois, porteuse d’innovation, serait le catalyseur de cette nouvelle ère de la Construction 4.0 au Québec, car elle véhicule déjà des processus différents de par son inscription dans la filière sèche. Celle-ci implique une chaîne logistique différente sur chantier. Le gain de temps (pas de temps de préparation, d’attente et de séchage comme pour le béton) et une meilleure répartition de la main-d’oeuvre par la fabrication hors site qui offre un environnement de travail plus sécuritaire; puis la technologie CNC qui lie les logiciels de conception aux ateliers de fabrication et qui permet un meilleur contrôle de la qualité avant le montage définitif et donc une réduction des reprises et des gaspillages.

Pour amorcer le virage Construction 4.0, nous répertorions les pratiques innovantes des chaines de livraison de trois projets exemplaires. Nous dressons un constat du champ des possibles afin de proposer des stratégies et des actions réalistes. Nous les unissons à des axes et des objectifs d’initiatives en cours dans l’industrie de la construction autour du numérique, de l’innovation et de la productivité au Québec et au Canada pour proposer une feuille de route pour l’adoption de la construction 4.0 au Québec.


identifier: Kanthabhabha Jeya, Rahul Palaniappan  (2018). Creep and thermal ratcheting of soft materials under compression.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
assemblage de bride boulonné
rochet thermique
PEHD
PVC
PTFE et joints à base de fibres
fluage

abstract:
A rapid increase in the utilization of polymer and FRP materials over conventional metallic materials in the production of pressure vessel and piping components has become a global trend. However, factually, the design standards of ASME and its European counterpart for non-metallic materials are not material specific and as a whole vaguely follow the standards of metallic materials. Contrary to metallic PVP components, polymer components are of recent ages and this limits the statistical data available on the materials. Among polymer PVP components, polyvinylchloride (PVC) and high-density polyethylene (HDPE) constitute the majority. The inherent excellent corrosion resistance, lightweight and ease of manufacturing make these two polymer materials the ideal replacement over corrosive and heavy metallic structures. The objective of this research is to characterize the long-term creep and thermal ratcheting of soft materials.

The research revolves around the analysis of thermal ratcheting behavior of the selected PVP polymer materials including PTFE and fiber based gasket materials. The core intent of this thesis is to characterize polymer materials used in bolted flange connections. For the investigation of thermal ratcheting performance of the selected materials, meticulous experimentations were carried out using test rigs equipped with high accuracy sensors. As the operating temperature range of selected flange materials are much different from the considered gaskets, the thermal ratcheting evaluation of flanges and gaskets were performed, separately. All the selected materials were subjected to different compressive loads, various ratcheting temperature and few pre-exposure creep to evaluate the thermal ratcheting phenomenon. The characterization tests of polymers were performed with ring shaped samples. Furthermore, full-scale tests of NPS 3 Class 150 PVC and HDPE flanges were conducted to evaluate the short-term relaxation and the results are compared to the finite element counterpart.

The results provided significant insight on the vulnerability of polymer and soft materials to thermal ratcheting phenomenon. The study on the behavior of selected materials to thermal cycling highlighted the intensification of creep damage on the materials, the magnitude of which varied depending on each material. In addition, thermal ratcheting alters other fundamental properties of flange and gasket materials such as creep modulus and coefficient of thermal expansion.


identifier: Picard, Laurence  (2018). Étude du potentiel de ségrégation du granulat de verre postconsommation et son application comme barrière thermique et capillaire.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
verre postconsommation
potentiel de ségrégation
matériau de fondation
barrière capillaire
isolant thermique
structure de chaussée

abstract:
Au Québec, la situation de la valorisation du verre postconsommation (VPC) issu de la collecte municipale est en déclin. Depuis 2012, une augmentation de 14% de cette matière est entreposée dans des lieux d’enfouissement pour des fins de recouvrement granulaire. L’une des principales avenues de valorisation du granulat de VPC est le domaine de la construction. Le Laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux (LCMB) de l’ÉTS étudie les avenues pour l’incorporation du granulat de VPC à différents niveaux de la composition d’une structure de chaussée. Les performances mécaniques et hydrauliques du granulat de VPC sont bien documentées, tandis que le comportement en condition de gel est peu étudié.

L’incorporation du verre postconsommation (VPC) dans les structures de chaussée situées dans des régions nordiques requiert une analyse de la réponse au gel de ce matériau. Ce projet de recherche a pour objectif de comparer le comportement sous les effets du gel du granulat de VPC et de la pierre calcaire pour des applications comme couche de fondation et comme système de protection au gel. Cette comparaison se fait par le biais d’essais expérimentaux basé sur le principe du potentiel de ségrégation pour la caractérisation au gel des matériaux granulaires que l’on retrouve dans une structure de chaussée et des sols naturels. L’évaluation de la sensibilité au gel des matériaux à l’étude est déterminée dans un état saturé ce qui reflète la condition la plus critique en condition de gel. Les matériaux granulaires grossiers étudiés sont la fraction passant le tamis 5mm. Les résultats expérimentaux montrent la diminution de la sensibilité au gel en fonction de l’augmentation de la porosité des granulats. Les systèmes de protection au gel étudiés sont la barrière thermique et la barrière capillaire où est étudiée l’influence de la nature granulaire. Les résultats expérimentaux montrent que malgré la faible influence de la barrière thermique le gel, le VPC performe mieux à réduire les effets du gel. La barrière capillaire de VPC demeure la configuration offrant la meilleur protection contre le gel. L’analyse s’est principalement concentrée sur les critères de performance au gel reliés au potentiel de ségrégation tels que le soulèvement au gel, le gradient thermique, la succion moyenne de la frange gelée et le profil de teneur en eau en fin d’essai. La tendance observe indique que le granulat de VPC est plus stable en condition de gel que le granulat de pierre calcaire.


identifier: Samoilenko, Mykhailo  (2018). Design of porous medium burners by means of additive manufacturing.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
brûleur en milieux poreux
fabrication additive
treillis diamanté
tomographie informatisée
taille des pores

abstract:
The stochastic morphology of ceramic foams and discrepancies between specimens of the same type complicate the creation of numerical models during the design and optimization of porous medium burners. A favourable solution, from the modelling point of view, is the application of an ordered diamond lattice with definite geometry produced by means of additive manufacturing, which potentially allows achieving higher efficiencies and lower pollutant emissions. This document, describes procedures in the selection of diamond lattices with proper parameters and the comparison of the porous medium burner performances with different materials and geometries.

The first section explains our methodology for geometrical analysis of ceramic foams and further selection of equivalent diamond lattices. Three acquired types of ceramic SiSiC foams (10 PPI, 30 PPI, and 60 PPI) were evaluated from image cross-sections and digital replicas that were obtained by means of X-ray computed tomography. Upon investigating, we found that pore sizes provided by a manufacturer were underestimated and discrepancies between them reached up to 100% for 60 PPI specimens. Combination of adapted cell size analysis according to ASTM D3576-15 standard and a developed tetrakaidecahedron model was favoured among other methods of pore size determination. After analysis of ceramic foams, an approach of selecting equivalent diamond lattices in terms of porosity and absolute permeability was proposed. As a result, three specimens were printed from CoCr alloy: 10 PPI and 60 PPI foams, as well as an equivalent 10 PPI diamond lattice. A test bench of the two-section porous medium burner was designed and assembled, which allowed the temperature, pollutant emissions and pressure drop measurements.

The second section describes the experimental procedures and results from six different setups that compared the foam and diamond lattice geometries, and compared ceramic and metal as materials. In all setups, pollutant emissions were low and at the detection limit of the equipment, which agrees with theory and previous research. The application of CoCr material was determined as advantageous in the upstream section, ensuring higher flame stability and structural strength. A diamond lattice was found to be a good candidate for replacement of the foam geometry by providing both the predictability and higher structural stiffness. We recommend that further research should be done on using diamond lattice geometries with CoCr alloy in the upstream section, and SiSiC ceramic foam in the downstream section for the broad range of lean combustion regimes.


identifier: Bedi, Saurabh  (2018). Silicon nitride waveguide optical filter components for access network applications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
résonateur en anneau
guide d'onde en nitrure de silicium
chirp géré laser
l'effet de Vernier
NGPON-2
anneau réflecteur

abstract: Silicon nitride (SiN) waveguide based micro ring/racetrack resonators to be used as filters in the Chirp Managed Lasers (CMLs) are modelled and demonstrated over the standard silicon (Si) wafer. The development of these racetrack-resonators, with a narrow free spectral range (FSR) of 100GHz is in correspondence to the international telecommunication union (ITU) recommended channel grid spacing required for the latest next generation passive optical networks (NGPON2) systems. The study of such optical filters, which tend to increase the transmission range of the directly modulated laser (DML) signal, is motivated from the research and development directed towards bringing the CMLs to a reality. Also, a single SiN ring resonator and a silicon waveguide based cascaded 3-ring design, both integrated within the Y-splitter configuration are presented to be used as a reflector in external cavity laser. These ring reflectors are designed to have a broad FSR, which is achieved using the Vernier effect by serially coupling three racetrack resonators. In this thesis, we analyze and optimize the optical response of the above mentioned devices based on SiN waveguides deposited over silicon wafers. The design parameters are optimized based on analytical modelling and simulations are carried out with finite difference time domain (FDTD) solver. The devices are fabricated in different labs and clean room facilities within Montreal in collaboration with our industrial partner AEPONYX. The performance of these fabricated devices is characterized using an optical test setup in university lab facilities. The simulation and the measurement results are in close proximity for a large 4-port add-drop racetrack resonator, giving a FSR close to 100GHz specified for the NGPON2 systems and an extinction ratio (ER) of >15 dB to be useful for modulating the inherent chirp of the directly modulated lasers (DML) and thereby increasing the transmission range of the data signals. For the Si waveguide based cascaded 3rd order ring reflector, a wide FSR of 90.2 nm is achieved numerically and a FSR of around ~6.02 nm is demonstrated for the SiN single ring reflector experimentally which is in close proximity to the theoretical value of 6.2 nm.


identifier: Ratelle, Charles  (2018). Développement d'un système d'instrumentation et de télémétrie à l'usage des drones hélicoptères commerciaux.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
acquisition de données
UAV
tests en vol
hélicoptère

abstract: L’objectif de ce mémoire est de développer, intégrer et valider un système d’instrumentation et de télémétrie destiné à l’usage des drones hélicoptères de classe intermédiaire. Le système devra répondre aux exigences spécifiques des tests en vol et fournir des informations Guidant les utilisateurs sur les performances du véhicule. L’intention est de synthétiser les différentes méthodes de récoltes de données pour les appliquer aux tests des véhicules aériens sans pilote en proposant une approche modulaire et un traitement des données explicite pour l’utilisateur. D’abord, les caractéristiques importantes de la classe de drone visée et du prototype utilize pour le développement sont relevées. Ensuite, les capteurs pertinents au développement des drones de classe intermédiaire ont été choisis. Une méthode de priorisation de l’intégration des capteurs basée sur le suivi de la santé de l’appareil et de ses performances a été utilisée pour assurer que les données critiques soient disponibles. Basés sur les choix de capteurs, une architecture et le matériel requis ont été sélectionnés pour le système d’acquisition. Par la suite, les méthodes de conditionnement, de prétraitement, d’enregistrement, d’affichage et de posttraitement ont été élaborées pour chacune des mesures requises. Finalement, le traitement de chacune des mesures a été validé pour s’assurer du comportement voulu. Le système d’acquisition a été utilisé sur un prototype de drone hélicoptère avec succès. Les données recueillies ont permis d’assurer la sécurité de l’appareil et ont contribué à son développement.


identifier: Nguyen, Tri Minh  (2018). Resource allocation designs for 5G wireless backhaul networks.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
allocation des ressources
réseaux hétérogènes
réseaux d’amenée
optimisation

abstract:
In recent years, network densification has progressively been shown as a prominent technological candidate to effectively serve the ever-increasing demands of wireless devices. Despite greatly inheriting many benefits from the conventional small cell architecture, dense network prompts a tremendous requirement of excessive fiber backhaul connections between the small cell base stations and core networks. This leads to a costly and impractical network deployment perspective. To overcome this issue, wireless backhaul (WB) technology is proposed as a cost-effective and viable replacement of wired backhaul to wirelessly transport data to the intermediate small cell nodes and subsequently serve local users on the access links. Contrarily, WB must guarantee the quality of small cell’s backhaul rate as comparatively high as the wired one in order to sustain the reliable wireless access (WA) communications between small cells and the local users. Technically, it is required that WB rate must always exceed the WA rate. However, WB rates are generally limited since the backhaul signals, when propagating through wireless channel, spatially attenuate and suffer severe interference from many other concurrent transmissions. This creates a certain challenge to sustain the newly introduced WB HetNets at their expected performance, which calls for an appropriate resource allocation design in WB HetNets.

This dissertation aims at designing and performing resource allocation in WB HetNets under an explicit consideration of WB and WA transmission relationship. This relationship requires that the WB rate must always be greater than or equal to the WA rate so as to maintain the viability ofWBHetNets. Via jointly optimizing the multi-dimensional resource allocation such as transmit (or/and) receive beamforming, power allocation, spectrum partitioning, small cell or user scheduling, and data management, etc., this dissertation investigates the WB HetNets performance via the following two parts.

In the first part, Chapters 2 and 3 mainly study the resource allocation of the WB small cell two-tier HetNets operated under the reverse time devision duplexing (RTDD) system. In particular, Chapter 2 highlights the coupled behavior of uplink and downlink transmissions resulting from the RTDD to design a joint radio resource allocation of beamforming, power, and spectrum partitioning which maximizes small cell sum rate on both uplink and downlink sides. On the other hand, Chapter 3 only focuses on the downlink design of transmit beamforming and power allocation which maximizes the access energy-efficiency, where spectrum partitioning is given. In both work, a unified solution framework based on successive convex approximation (SCA) and second order cone programming (SOCP) techniques are invoked to develop an iterative low-complexity algorithm to attain a high-quality sub-optimal solution efficiently. Extensive numerical results are presented to corroborate the superiority of the proposed designs compared to conventional work in terms of system performance gain and algorithm’s convergence behavior.

In the second part, Chapters 4, 5, and 6 concentrate on deploying novel ideas to improve the WB small cell two-tier HetNets performance on top of formulating a resource allocation problem to optimize the objective of interest. Specifically, Chapter 4 considers a local buffer at each small cell which can flexibly store and release backhaul data to transmit to the users when needed. With many concurrent backhaul and access transmissions occurring through multiple time slots and assuming channel condition varies after each time slot, the problem is how to optimally control the dynamic of buffer queues via jointly optimizing the radio resource allocation together with data management in the buffer which maximizes the total throughput of small cell user over time. On the other hand, Chapter 5 approaches the WB HetNets enhancement by proposing a novel cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) technology to leverage both the achievable rates of WB and WA communications. To approach the solution, this work solves for a joint optimal solution of NOMA’s decoding order, small cell cooperation policy, transmit beamforming at the macro cell base station and power allocation at the small cell base station which maximizes the total small cell and macro cell user sum rate. Here, a similar efficient solution approaches from Chapters 3 and 4 are properly exploited to compute the solution of the formulated problems. Numerical results show the improvement and effectiveness of WB HetNets under the novel proposed scheme compared to the conventional designs.

Towards this end, Chapter 6 presents a novel idea of replacing the traditional small cell base stations in WB small cell HetNets by unmanned aerial vehicles (UAVs). Beside the capability of transmitting and receiving signal to/from intended receivers like a small cell, UAVs can flexibly fly in space at any three-dimensional (3D) coordinate to increase the signal strength. This potentially provides more degrees of freedom to improve the overall performance with WB UAV networks compared to the conventional WB small cell HetNets. Therefore, Chapter 6 aims at jointly optimizing the radio resource allocation together with the UAVs’ locations which maximizes the user sum rate. Finally, a novel, more advanced with lower complexity algorithm based on the difference of convex (DC) programming are developed to compute the solution of the formulated problem. Achieved results show that the new system of WB UAV networks, though optimizing the UAVs’ location, can significantly boost the network performance.


identifier: Aboud, Farouk  (2018). Création d'un montage expérimental pour l'application des cycles de gel-dégel sous confinement pour les mélanges sol-ciment.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
mélange sable-ciment
cycles de gel-dégel
pression de confinement
conductivité hydraulique
cellule triaxiale modifiée
résistance à la compression
comportement contrainte déformation
tomographie aux rayons x

abstract:
Dans un climat comme celui du Canada, la résistance aux cycles de gel-dégel est un aspect important de la durabilité des matériaux. Le développement d’une procédure expérimentale réaliste pour la simulation de ce phénomène revêt une grande importance. Plusieurs normes permettent de déterminer la résistance des matériaux aux cycles de gel dégel (p.ex., ASTM C666 et D560). Ces normes ne prévoient toutefois pas de contrainte de confinement. Très peu d’études ont été réalisées sur l’influence de cette contrainte sur la résistance.

L’objectif principal du projet est de développer un dispositif expérimental permettant de reproduire en laboratoire l’impact des cycles de gel-dégel pour des mélanges sol-ciment soumis à une contrainte de confinement.

Les performances hydrauliques et mécaniques de deux mélanges sable-ciment (5 et 12 % de ciment par rapport au poids sec du sol) ont été évaluées avant et après l’exposition à des cycles de gel-dégel sans confinement suivant la norme ASTM D560. Les résultats montrent un changement de la conductivité hydraulique en fonction du nombre de cycles de gel-dégel don't la tendance varie d’un mélange à l’autre. La résistance à la compression des éprouvettes des deux mélanges tend à diminuer après les premiers cycles de gel-dégel, mais elle commence à augmenter après 12 cycles.

L’influence de la pression de confinement pendant les cycles de gel-dégel sur les proprieties hydrauliques et mécaniques des éprouvettes contenant 5 % de ciment a été vérifiée avec une cellule triaxiale modifiée pour ce projet. Les essais de perméabilité ne montrent pas d’interaction entre l’effet des cycles de gel-dégel et la pression de confinement. La pression de confinement semble affecter le comportement contrainte-déformation des éprouvettes sableciment par un léger décalage du pic de résistance à la rupture par rapport à la déformation axial à la rupture des éprouvettes de contrôle et des éprouvettes exposées aux cycles de gel-dégel standard. Il semble que les recettes de mélanges sable-ciment qui ont été utilisées n’étaient pas suffisamment susceptibles aux cycles de gel-dégel pour permettre d’évaluer l’influence de confinement. L’hydratation du ciment peut aussi améliorer les performances des éprouvettes sable-ciment au moment des cycles de gel-dégel et donc annuler l’effet du confinement.

Des essais de tomographie aux rayons x ont été réalisés sur les éprouvettes de deux mélanges pour vérifier l’influence des cycles de gel-dégel et de la pression de confinement sur la microstructure des mélanges sol-ciment. Les tomographies réalisées avant et après les cycles de gel-dégel avec et sans confinement ne permettent pas de montrer des changements majeurs dans la distribution de la taille des pores, ce qui tend à montrer que la plupart des variations de conductivité hydraulique observées lors des essais de perméabilité sont dues à la fissuration, ou bien à l’inter-variabilité des éprouvettes.


identifier: Mohsenian Hadad Amlashi, Sahar  (2018). Hydraulic and mechanical response of base course aggregate with recycled glass particles.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
verre recyclé
agrégats dans les couches de fondation
propriété hydraulique
propriété mécanique

abstract: The industry of glass recycling remains a challenge in the province of Quebec due to the lackof equipment required to produce new glass that meets the manufacturing quality. All kinds of glass can be recycled indefinitely because it can retain the similar properties of the reference glass used in the manufacture. Using recycled glass in fabricating new glass needs to separate glass by colors. In the province of Quebec, the collect of recyclable materials is done in a way that glass containers break during transportation and all recyclable materials such as carton, plastic, paper and glass are mixed together. Hence, mixed-colored glass that is unsuitable for producing new containers is utilized in other applications or sent to landfill. This thesis is devoted to using recycled glass (RG) as a replacement for aggregate in pavement structures, which can be a solution for the problems of glass recycling in Quebec. Reusing recycled material in the geotechnical engineering and roadwork has proved a great attraction. However, insufficient knowledge about mechanical characteristics of recycled glass as an aggregate and the shortage of information about the benefit of using it as the aggregate in unbound layers of pavement structures prevents its widespread use. This research program aims to study the advantages and disadvantages of using glass in base course materials from hydraulic and mechanical aspects. The program was divided into three parts. The first part was studying the physical and hydraulic properties of the separate sizes of RG and crushed limestone aggregate, as the reference material. In the second and third parts, the experimental tests were applied to trace the impact of utilizing RG blends with limestone as the unbound granular materials in the pavement structures. A wide range of geotechnical laboratory testing was analyzed to find conclusive evidence for the use of blends of this recycled material in road applications. The findings of this research show that RG blends can provide adequate drainage that is valuable to pavement performance during freeze-thaw cycles in cold region like province of Quebec. The properties of RG aggregate reveals that RG can be safely integrated in pavement base/subbase course regarding hydraulic aspects as well as mechanical aspects. However, it is recommended to limit RG ratio to 25% of fine fraction (0-5 mm) of base course aggregate to keep the least decrease of mechanical properties of blends.