identifier: Bamard, É. (2010). Développement de facteurs de caractérisation pour les mélanges complexes d'hydrocarbures pour l'évaluation de l'impact écotoxicité aquatique en analyse du cycle de vie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) est un outil qui évalue les impacts potentiels des émissions de contaminants dans l'environnement tout au long du cycle de vie d'un produit, procédé ou service. Les émissions de mélanges d'hydrocarbures, tels que les produits pétroliers, sont très fréquentes lors des activités industrielles (essence, diesel), particulièrement lors de déversements dans les fleuves et les océans. Or, ce type de mélange n'est pas caractérisé lors de l'Évaluation des Impacts du Cycle de Vie (ÉICV), qui correspond à la troisième étape d'une ACV. Actuellement, les facteurs de caractérisation (FC) considérés sont soit le plus faible et le plus élevé des constituants du mélange à l'étude, soit celui de substances supposées représentatives du mélange, soit ceux issus du fractionnement du mélange ou encore les impacts des différents composés sont additionnés. Les interactions pouvant exister entre les composés ne sont alors pas prises en compte, car les FC considérés sont pour des substances seules et non résultants de tous les constituants en présence. Il est alors important de développer des facteurs de caractérisation pour des mélanges complexes d'hydrocarbures afin de pouvoir évaluer, en ACV, les impacts potentiels de ces derniers sur les écosystèmes aquatiques. Ce projet porte sur le cas de l'huile de traitement des poteaux de bois sans pentachlorophénol, qui est un mélange d'hydrocarbures issu des processus de distillation de l'industrie pétrolière. L'objectif principal de la recherche est de développer des FC pour la catégorie d'impact écotoxicité aquatique pour des mélanges organiques complexes, dont les constituants présentent un mode d'action toxique commun, et pour lesquels les facteurs de sort (FF) ont été calculés pour différents compartiments environnementaux. Des FF ont été déterminés expérimentalement afin de prendre en compte les interactions entre co-contaminants. Ces FC expérimentaux ont alors été comparés avec les FC obtenus à partir du calcul des FF en utilisant différentes méthodes théoriques de regroupement des substances de propriétés et de devenir similaires dans l'environnement. L'hypothèse de recherche de cette étude est : « Dans un contexte d'ÉICV et pour la catégorie écotoxicité aquatique, les facteurs de caractérisation (FC) théoriques pour un mélange complexe d'hydrocarbures, développés en utilisant les propriétés des principales fractions du mélange, ont des valeurs qui ne sont pas significativement différentes des FC obtenus à partir de mesures expérimentales, qui prennent en compte les interactions pouvant exister entre co-contaminants.  ABSTRACT: Life Cycle Assessment (LCA) is a tool used to assess the potential impacts of contaminant emissions to the environment over the whole life cycle of a product, process or service. Hydrocarbon mixtures, such as petroleum products, are frequently emitted to the environment because of industrial activities (gasoline, diesel), particularly when considering oil spill in rivers and oceans. This type of mixture is not characterized in Life Cycle Impact Assessment (LCIA), which corresponds to the third phase of a LCA. Currently, the characterization factors (CFs) considered are either the lowest and the highest of the mixture constituents or the most representative substance one or obtained by fractioning the mixture or finally the impacts of the different constituents are summed. Potential interactions between components are then not taken into account, as the considered CFs are for single substances and not the result of all the components taken together. Consequently, it is important to develop characterization factors for hydrocarbon complex mixtures in order to be able to evaluate, in LCA, the potential impacts of those products on aquatic ecosystems. This project is based on the case of the pole-treating oil without pentachlorophenol, which is a hydrocarbon mixture from distillation processes in the petroleum industry. The principal research objective is to develop CFs for the aquatic ecotoxicity impact category for organic complex mixtures, whose constituents have a common toxic mode of action, and for which fate factors (FF) have been calculated for several environmental compartments. Some FFs were determined by taking into account the interactions between co-contaminants. Those experimental CFs were then compared with others obtained from FFs calculated by using different theoretical methods, which group substances having similar properties and fate in the environment. The research hypothesis of this study is: “In a LCIA context and for the aquatic ecotoxicity category, the hydrocarbon complex mixture theoretical characterization factors (CFs), developed by using the mixture principal fraction properties, have values which are nit significantly different compared to the CF obtained from experimental measurements, which take into account potential interactions between co-contaminants.”


identifier: Jafari, R. (2010). Solid Suspension and Gas Dispersion in Mechanically Agitated Vessels  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La conception et l'opération réussies de cuves agitées mécaniquement liquide-solide (LS) ou gazliquide- solide (GLS) requièrent la détermination précise du niveau adéquat de suspension solide qui est essentiel pour le procédé. Les ingénieurs et les scientifiques doivent définir des conditions géométriques et opératoires pour un milieu spécifique (propriétés physiques spécifiques) afin de fournir le niveau optimal de suspension solide. Ceci nécessite une connaissance approfondie de comment l'état de la suspension solide peut être influencé par des variations des paramètres physiques, opératoires et géométriques. De même, des corrélations empiriques ou des concepts théoriques précis sont nécessaires pour atteindre cet objectif. Le fait de ne pas concevoir la cuve agitée pour atteindre les conditions optimales et pour maintenir le système dans ces conditions durant l'opération peut amener des inconvénients significatifs concernant la qualité du produit (sélectivité et rendement) et le coût. Cette étude implique un travail expérimental et théorique extensif sur la suspension et la dispersion du solide dans un système de mélange liquide-solide. Le système étudié a été une cuve agitée mécaniquement. En utilisant différentes techniques de mesure, comme la densitométrie aux rayons gamma et les fibres optiques, il a été possible d'obtenir des résultats très intéressants qui permettront d'améliorer la conception et la montée en échelle de systèmes de mélange liquidesolide. Une revue de la littérature approfondie à propos de la suspension de solide en cuves agitées et des discussions détaillées avec des partenaires industriels nous ont menés à nous concentrer sur trois objectifs principaux pour améliorer la connaissance des systèmes de mélange liquide-solide denses : 1. Introduire une méthode prometteuse pour la caractérisation fine de la vitesse de suspension (Njs) dans un système de mélange liquide-solide à haute concentration.  ABSTRACT: The successful design and operation of liquid-solid (LS) and gas-liquid-solid (GLS) mechanically agitated vessels require the accurate determination of the proper level of solid suspension that is essential for the process at hand. Engineers and scientists must define geometrical and operating conditions for a specific medium (specified physical properties) in such a way that provides the optimum level of solid suspension. This requires comprehensive knowledge about how the state of solid suspension may be affected by changing physical, operational, and geometrical parameters. Also, accurate empirical correlations or theoretical concepts are necessary to fulfill that objective. Failure to design the agitated vessel to achieve optimum conditions and maintain the system at these conditions during operation may cause significant drawbacks concerning product quality (selectivity and yield) and cost. This research involves extensive experimental and theoretical work on solid suspension and dispersion in a liquid-solid mixing system. The system under study was a mechanically agitated vessel. By using different measurement methods, i.e., Gamma Ray Densitometry, and Optical Fibre, attention-grabbing results have been obtained, which will help to improve the design and scale-up of liquid-solid mixing systems. A thorough literature survey on solid suspension in agitated tanks and comprehensive discussions with industrial partners led us to focus on three major objectives to improve our knowledge of dense liquid-solid mixing systems: 1. To introduce a promising method for accurate characterizing just off-bottom suspension speed (Njs) in high concentration liquid-solid mixing system.


identifier: Ghasemi, H. (2010). Improvement of Barrier Properties of Poly(Ethylene Terephthalate)with Nanoclay  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le polyéthylène téréphtalate (PET) comme polymère d'ingénierie semi-cristallin trouve énormément d'applications dans l'industrie des emballages. Cependant, pour certaines applications comme celles des boissons gazeuses et des bières, diminuer sa perméabilité au gaz, autrement dit augmenter ses propriétés barrières, demeure un défi considérable. L'introduction de feuillets de nano-argile de silicate en tant que phase imperméable dans la matrice polymère devient ainsi une alternative intéressante. Le mélange à l'état fondu et la polymérisation in situ sont des techniques généralement utilisées pour produire des nano-composites de PET. La première méthode reste cependant préférable car elle présente des avantages économiques et environnementaux, puisqu'elle ne nécessite pas la présence de solvants ni de monomères. Dans la première phase de la présente étude, les nano-composites de PET (NCPs) ont été préparés en utilisant différentes argiles organiquement modifiées. La compatibilité avec la matrice, ainsi que la stabilité thermique de l'ensemble, jouent un rôle prépondérant dans l'évolution morphologique des NCPs. Dans la deuxième phase, des films minces de NCP ont été produits avec succès par extrusion suivi d'un étirage. L'effet de l'incorporation des argiles sur les propriétés mécaniques, barrières, thermiques et optiques des produits finaux a été étudié. Aussi, l'importance de la cristallinité lors de la solidification en sortie d'extrusion et l'influence de la présence des argiles sur le degré de cristallinité en conditions isothermes comme non-isothermes ont été investiguées.  ABSTRACT: Polyethylene terephthalate (PET), as a semi crystalline engineering polymer, is used extensively in packaging applications. However, gas permeability is a challenge in some applications such as soft drinks and beers. The introduction of layered silicate nanoclay, as an impermeable nanoparticle phase in a polymer matrix, is an attractive approach to enhance gas barrier properties. Melt compounding and in situ polymerization are the main techniques employed to produce PET nanocomposites. The former is the preferred method for preparation of polymer nanocomposites, which has environmental and cost advantages, due to the absence of solvents and monomers. In the first phase of this work, PET clay nanocomposites (PCN) were prepared using different types of organo-modified clay, including ammonium, phosphonium and imidazolium surfactants. Both compatibility and thermal stability play an important role in morphological development of PCNs. In the second and main part of this project, PCN thin films were prepared successfully, using cast film extrusion. The effect of incorporated clay on mechanical, barrier, thermal and optical properties of the products was studied. Incorporating 3 wt% Cloisite30B into PET matrix, led to 23% reduction in oxygen permeability and 20% improvement in tensile modulus. The effect of processing conditions, including screw profile, screw speed and feeding rate, on properties of PCN films were also studied. It was found that screw speed and, accordingly, applied shear has stronger effect on barrier and mechanical properties of the final products than feeding rate (residence time). At the highest screw speed, 27% and 30% improvement in barrier properties and tensile modulus were achieved, respectively.


identifier: Champagne, É. (2010). Tribologie de systèmes d'étanchéïté en mouvement alternatif linéaire pour vérins hydrauliques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'environnement de travail de vérins hydrauliques est varié et peut devenir extrême au niveau de certaines applications. Des contraintes de charge, de vitesse, de température et de contamination font partie des préoccupations des ingénieurs du domaine. Certains phénomènes d'usure sont rencontrés au niveau des contacts mécaniques d'un vérin hydraulique. Ce mémoire étudie la tribologie de contacts mécaniques dynamiques linéaires s'établissant au niveau des vérins hydrauliques industriels et télescopiques. Plus précisément, le frottement entre un joint d'étanchéité et une tige de vérin ou un tube sont les contacts étudiés plus en détails. L'objectif de ces travaux de maîtrise est, dans un premier temps, de définir et d'étudier le problème tribologique posé. La définition du contact s'effectue notamment par la caractérisation des matériaux et de l'environnement du contact. L'étude du contact entre un joint et un antagoniste s'effectue notamment à partir d'un tribomètre permettant de reproduire le contact. Par la suite, un banc hydraulique est mis à contribution afin de vérifier la performance de nouveaux couples de matériaux. L'innovation au niveau des matériaux s'est développée tant du côté des joints d'étanchéité que des revêtements appliqués aux tiges et aux tubes. Le présent mémoire débute par la présentation de la problématique au niveau de différents secteurs industriels où les vérins hydraulique sont utilisés. Par la suite, une revue de la littérature présente les diverses études entourant la tribologie d'un joint d'étanchéité lubrifié. On aborde également les revêtements actuels de l'industrie et ceux en développement. Avant d'introduire les résultats, les procédures expérimentales entourant la caractérisation des revêtements et l'emploi des tribomètres sont décrites. Ainsi, la caractérisation des couches nitrurées, revêtement utilisé par les Industries Mailhot, indique une dureté de 793 HV au niveau de la couche blanche. Le fini de surface de ce type de revêtement est caractérisé par la présence de porosité. Les paramètres de rugosité, recueillis au niveau de tige de vérin en service, font d'ailleurs état de cette porosité (Ra=0,22 μm, Rp=0,47 μm, Rk=0,71 μm, Rv=1.19 μm). Le revêtement concurrent, le chrome dur a également été caractérisé. Sa dureté a été mesurée à 926 HV par nano indentation. Son fini de surface est défini par les stries de polissage. Une tige de vérin chromée en service présente un fini de surface sans porosité (Ra=0,18 μm, Rp=0,66 μm, Rk=0,60 μm, Rv=0,67 μm).  ABSTRACT: The construction business is a field where heavy weight displacement is a major activity. Hydraulic cylinders are a way to overcome these states. The environment of a hydraulic cylinder is varied and could be extreme in some cases. Heavy loads, speed, heat and contamination challenged engineers. In some applications, severe wear is observed at critical mechanical contact of a hydraulic cylinder. This thesis is about tribology of mechanical dynamical linear contact of industrial and telescopic hydraulic cylinders. Amongst all contacts of hydraulic cylinder, those forms by a seal and an antagonist are object of this project. The antagonist can be rod or tube of a hydraulic cylinder. The first aim reach during this work is the definition of the present contact. By this, the characterisation of material and measurement of work's conditions of a hydraulic cylinder have been done. To conduct studies of seal's contact in lab, the use of a tribometer is a good way to achieve reproducible measurement. After reproduction of the contact of interest, new couples of material would be try to improve sealing ability of the contact. The thesis begins by the presentation of actuals challenges for designer of industrial and telescopic hydraulic cylinder. The art of literature present, after this introduction, general tribology studies of rod seal contact. Documentation continues with presentation of actual and new rod and tube coating. Before showing the results, experimental techniques and the operation mode of tribometer are introduced. The surface treatment, the most studied during this research, is nitriding. This technology is used by Mailhot group to improve the mechanicals properties of these parts. Characterisations indicate a harness of 793 HV for the white layer. Microscopic analysis indicates presence of porosity growth during the surface treatment. Roughness's parameters also measured this feature of the microstructure (Ra=0,22 μm, Rp=0,47 μm, Rk=0,71 μm). Concurrent coating, hard chrome, is measured to have a hardness of 926 HV by nano indentation. Its surface finish is defined by polishing scratches. Specimens of hard chrome on the market show a surface finish of (Ra = 0,18 μm, Rp=0,66 μm, Rk =0,60 μm).


identifier: Peignier, I. (2010). Gestion des risques reliés au transport de matières dangereuses au Québec : Un outil d'aide à la décision pour le choix des transporteurs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des nouvelles impliquant des matières dangereuses (MD) font de plus en plus souvent les manchettes : transport de matériaux radioactifs dans la voie maritime du Saint-Laurent, oléoducs et gazoducs qui fuient, renversements de camions ou de trains transportant des produits chimiques, etc. Il y a quelques jours encore, le 12 Novembre 2010, un camion citerne s'est renversé dans la bretelle de l'autoroute 640 ouest à Boisbriand, ce qui a provoqué un déversement majeur de 1000 litres de carburant pour avion et a entrainé la fermeture de l'autoroute pendant de nombreuses heures. Pour se conformer à la réglementation actuelle concernant le stockage, les sites industriels utilisant ou stockant des MD prennent de plus en plus de décisions de stockage susceptibles d'augmenter le nombre de livraisons (en plus de le faire en juste à temps). Ces comportements vont engendrer un transfert de risque du site fixe vers le transport. Il paraît donc important de considérer la gestion du risque globalement sur l'ensemble de la chaîne logistique. En outre, une caractéristique importante du transport de matières dangereuses (TMD) est le recours fréquent à la sous-traitance, ce qui multiplie le nombre d'intervenants sur la chaîne logistique. Cependant, une enquête réalisée au CIRANO en 2008 auprès des sites fixes oeuvrant dans le domaine des MD a montré qu'une grande partie des entreprises qui sous-traitent le transport semblent croire qu'elles ne sont plus responsables des accidents qui pourraient survenir pendant cette activité. Dans le cas du TMD, c'est pourtant l'expéditeur qui est responsable jusqu'au déchargement de la matière peu importe que le transport ait été réalisé par lui ou sous-traité. Dans un contexte où les manufacturiers au Québec tendent de plus en plus à sous-traiter le transport et compte tenu que les accidents de transport de MD représentent environ la moitié des accidents majeurs reliés aux MD, il nous a semblé important de mieux encadrer la sous-traitance et de développer des outils afin de mieux gérer les risques reliés aux MD sur l'ensemble de la chaîne logistique et plus particulièrement sur la partie transport.  ABSTRACT: News about dangerous goods are increasingly in the headlines: shipping radioactive materials in the Saint-Lawrence Seaway, leaking oil and gas pipelines, chemical spills following truck accidents and train derailments, etc. But a few days ago, on November 12th 2010, a tanker truck toppled in the off-ramp of highway 640 Westbound in Montreal, provoking a major spill with some 1000 litters of aviation fuel, closing down the highway for many hours. To comply with government regulation and policy in the area of risk management, facilities handling hazardous materials make storage decisions that may increase the number of deliveries (in addition to scheduling them on a "just-in-time" basis). These decisions consequently may introduce transportation-related risks. It is therefore important to consider the overall risk management throughout the hazmat supply chain. Additionally, one important aspect of modern hazmat transportation is the reliance on outsourcing, which multiplies the number of actors in the supply chain. However, a survey carried out at CIRANO in 2008 with facilities handling hazardous materials found that many companies that outsource hazmat transportation erroneously believe that they are not responsible for accidents that occur during transport. In Canada, the shipper is responsible for the dangerous goods shipment from the time it is offered for transport until it reaches the consignee, referred to as the receiver, regardless of whether he himself carried the hazmat or whether he outsourced it. In an context where manufacturers tend to increasingly outsource transportation in Quebec, and given that recent hazmat transportation accidents account for approximately half of all major hazmat-related accidents, it seems important to us to supervise subcontracting more diligently and to develop tools to better manage the hazmat risks throughout the supply chain and, more specifically, during transportation.


identifier: Proulx, J.-F. (2010). Intégrer une approche de conception centrée utilisateur à une approche agile de développement logiciel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail traite de l'intégration de l'approche de conception centrée utilisateur (CCU) à une approche agile de développement logiciel, plus spécifiquement à l'approche Scrum. Il présente les éléments clés de chacune des approches et propose une façon pratique de les articuler ensemble pour que le résultat d'intégration soit facile à mettre en oeuvre par les équipes de développement logiciel. Nous faisons ressortir des similarités entre les approches qui favorisent une intégration des pratiques, ainsi que des défis envisagés qu'il est nécessaire de surmonter pour réussir cette intégration. Pour atteindre l'objectif d'intégrer les pratiques de chaque domaine, nous présentons dans un guide destiné aux équipes de développement logiciel, une méthode d'intégrer des activités de CCU à celles de l'approche Scrum. Le guide s'adresse d'abord à des équipes de développement logiciel suivant une approche Scrum, qui désirent intégrer des pratiques de conception centrée utilisateur. Nos expériences à travailler selon une approche Scrum et à tenter d'y appliquer des pratiques de conception centrée utilisateur ont motivé ce travail. La réalisation des projets amenait des questions qui étaient laissées sans réponse satisfaisante par les travaux d'autres auteurs. Certains travaux n'apportaient pas d'éléments de réponse, mais plutôt un argumentaire pour l'intégration des approches. D'autres, qui tentent des pistes de solutions, ne semblent pas pleinement adhérer aux principes d'une approche agile. Malgré ceci, les différents travaux des auteurs apportent des pistes de réponses qui peuvent être mises en commun. Ce sont ces éléments qui ont contribué à concevoir le guide présenté. Le guide proposé comprend 18 activités distinctes qui proviennent autant de l'approche de la CCU que de l'approche Scrum. Il tente de respecter les principes de chaque approche dans le choix des activités et dans la séquence appliquée durant les étapes de conception et de développement d'un logiciel.  ABSTRACT: This work deals with the integration of a user-centered design (UCD) approach to an agile software development approach, specifically the Scrum approach. It starts by describing the key elements of each approach and offers a convenient way to link them together so that the result of integration is easy to implement by software development teams. We highlight similarities between the approaches that promote integration of practices and the challenges to overcome to succeed in this integration. To meet this integration goal, we describe a method to integrate UCD activities with those of the Scrum approach in a guide presented to software development teams. The guide is primarily intended for software development teams using a Scrum approach that wish to integrate user-centered design practices. Our experience working with a Scrum approach and trying to apply user-centered design practices have motivated this work. Projects brought questions that were left without a satisfactory response by the work of other authors. Some work did not lead to answers, but rather brought an argument for the integration of approaches. Others who were trying possible solutions did not to fully endorse the principles of an agile approach. Despite this, the work of different authors contributed some clues that can be brought together. These are the elements that contributed to the design of this guide. The proposed guide includes 18 separate activities. These activities come from both a UCD approach and the Scrum approach. The guide tries to respect the principles of each approach in the choice of activities and sequence of steps applied during the design and development software.


identifier: Langlois, A. (2010). Pompes à chaleur géothermiques utilisant des banques thermiques à matériau à changement de phase  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un mode d'emploi pour le dimensionnement de champs de puits géothermiques verticaux en boucle fermée selon la méthode d'ASHRAE est présenté. Un bâtiment en construction à Montréal est utilisé à titre d'exemple. Ce mode d'emploi permet à un ingénieur concepteur de dimensionner convenablement un échangeur géothermique sans l'utilisation de logiciels spécialisés. Le même bâtiment sert à la réalisation d'une étude pour évaluer l'impact de l'ajout de réservoirs d'eau servant de stockage thermique tampon sur les systèmes géothermiques. Les résultats de cette étude montrent que la longueur des puits peut être réduite d'environ 15 % en utilisant des réservoirs d'eau de 120 m3. Toutefois, l'impact sur la consommation énergétique des pompes à chaleur est considérée négligeable. Dans un autre volet de cette étude, un nouveau modèle de réservoir de stockage thermique utilisant les matériaux à changement de phase (MCP) est proposé pour une utilisation dans l'environnement TRNSYS. Ce modèle transitoire est basé sur la méthode « enthalpie » à une dimension et considère des conteneurs rectangulaires remplis de MCP. Ces conteneurs sont empilés les uns sur les autres de façon à permettre le passage d'un fluide caloporteur entre eux. Le modèle proposé est vérifié à l'aide de solutions analytiques et une comparaison inter modèle est réalisée avec la méthode de la « capacité thermique équivalente ». Pour toutes ses vérifications, de très bons résultats sont obtenus. Finalement, le modèle proposé est utilisé afin d`évaluer l'impact du stockage thermique à MCP sur les systèmes géothermiques. Des simulations TRNSYS sont réalisées et le même bâtiment est encore une fois utilisé à cette fin. Les performances du modèle proposé sont comparées à celles des réservoirs d'eau utilisés précédemment. La réduction du volume de stockage réalisable par l'utilisation de MCP comme médium de stockage est évalué à 69 %. Le transfert de chaleur entre le MCP et le fluide caloporteur et celui dans le MCP sont analysés grâce aux simulations réalisées afin de mieux comprendre le stockage d'énergie sous forme latente. La distribution de température dans le MCP à l'entrée et à la sortie du réservoir et l'impact de celle-ci sur la température du fluide caloporteur à différents moments est montrée.  ABSTRACT: A detailed calculation methodology for the sizing of a vertical, closed loop geothermal borefield based on the ASHRAE method is presented. A building under construction located in Montreal is used as an example. This simple calculation procedure allows design engineers to conveniently size a geothermal heat exchanger without the use of specialized software. The same building is used to estimate the impact of water tanks, used as short term thermal storage, on geothermal systems. The results of this study show that the length can be reduced by 15 % but that the impact on energy consumption is negligible. A new model of thermal storage tanks using phase change materials (PCM) is proposed for use within the TRNSYS environment. This one-dimensional transient model is based on the « enthalpy » method and considers a rectangular container filled with PCM. These containers are stacked such as to allow a heat transfer fluid to pass through them. The model is verified with analytical solutions and an inter model comparison is achieved with the « heat capacity » method. These verification tests show a very good agreement between the results. Finally, the proposed model is used to evaluate the impact of PCM thermal storage tanks on geothermal systems. TRNSYS simulations are run using the same building loads. Performances of the proposed PCM thermal storage tanks are compared to those of the water tanks previously studied. When compare to water tanks, PCM tanks can achieve a volume reduction of 69 %. The heat transfer processes between the PCM and the heat transfer fluid as well as within the PCM itself are also analyzed. Temperature distribution within the PCM at the entrance and exit of the tank and its influence on the heat transfer fluid for different times is presented.


identifier: Berton, N. (2010). Formation de nano-structures lors de l'ablation du silicium par laser femtoseconde  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'irradiation d'un matériau à des fluences proches de son seuil d'ablation fait naitre à sa surface des structures cohérentes périodiques de période de l'ordre de la longueur d'onde,s'étendant perpendiculairement à la polarisation. Celles-ci ont attirées l'attention des chercheurs depuis plus de trente années et leurs origines sont maintenant bien comprises. Cependant,plus récemment, l'utilisation de laser à impulsions ultra-brèves a relancé l'intérêt pour le sujet, suite à l'apparition de nouveaux types de structure et la modification de certaines caractéristiques des "structures classiques". Dans ce mémoire nous proposons des explications permettant de comprendre l'origine de ces modifications et la naissance de ces nouvelles structures. Des expériences de formation de nanostructures périodiques en irradiant du silicium avec un laser femtoseconde Ti-Sapphire ont été effectuées. Celles-ci ont été réalisées en variant la fluence, le nombre d'impulsion, la durée de l'impulsion et en changeant le milieu environnant. Des divergences avec la théorie établie de Sipe ont été observées dans le cas des "structures classiques", notamment une certaine instabilité de la période mesurée et une baisse significative de celle-ci, ainsi que l'apparition de structure se développant en deux dimensions. Celles-ci ont été expliquées en modifiant le modèle précédemment cité en prennant en compte l'excitation du matériau pendant la durée de l'impulsion à travers un terme de Drude,c'est le modèle que l'on appelle Sipe-Drude. Nous avons aussi observé des structures plus exotiques,notamment des structures haute fréquence lors de l'irradiation dans les liquides. Leur période est de l'ordre de 100nm et elles se développent perpendiculairement à la polarisation, et ne sont pas observées lors de l'irradiation dans l'air. L'apparition de structures parallèles à la polarisation par dessus les rides classiques pour des fluences élevées a aussi été reportée. Leur période est supérieure à la longueur d'onde incidente. Des explications plus qualitatives basées sur l'interaction entre deux ondes de surface ont été proposées pour ces phénomènes.Cette étude montre que dans le cas de l'irradiation par une impulsion ultra-brève, il ne faut pas négliger l'excitation du matériau qui a lieu pendant la durée de l'impulsion. Elle indique aussi qu'il existe des phénomènes qui ne sont pas toujours pris en compte et qui vont conduire à la formation de nouvelles structures. Des hypothèses quand à la nature de ceux-ci sont aussi proposées.  ABSTRACT: When a material is irradiated with a laser fluence near its ablation threshold, periodic surface structures appear on its surface. Those structures are perpendicular to the polarisation vector and their periods are close to the laser wavelength. They have been extensively studied for more than thirty years, and their origins are quite well understood. However, the recent use of ultra-short laser sources has renewed the subject. Because of the appearance of other structures and the modication of previously observed surface structures having slightly dierent characteristics. In that master thesis, we will propose explanations concerning the origins of those modi fications and the growth of these new structures. Experiments were performed on silicon irradiated by a titanium/sapphire femtosecond laser, by varying several parameters including the fluence, number of pulses, pulse duration and the ambient medium. Some discrepancies with the previous theory of J.Sipe have been observed in the case of \classical ripples", the period obtained after irradiating is slightly random, and denitely lower than the laser incident wavelength; within certain conditions even two dimensional structures can be observed. Those features have been explained using a Sipe-Drude model which takes the electronic excitation during the pulse into account. Irradiating in a liquid medium, more exotic structures have been observed. In deed, ripples with higher frequency period approching 100 nm and perpendicular to the polarisation are also formed. Structures growing on the classical ripples are also formed that are parallels to the polarisation and their period is more important than the laser wavelength. These structures are probably due to interference between two surface waves. This study shows that the effect of the excited electron gaz during the laser irradiation cannot be ignored and that other phenomena, previously not taken into account, leads to new structures. Hypothesis on their origins are also discussed.


identifier: Lagravière, R. (2010). Analyse de la conversion des exigences à la planification de projets technologiques: études de cas  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche porte sur la relation entre l'ingénierie des exigences et la planification de projets technologiques. Elle s'intéresse plus particulièrement aux processus mis en place dans les projets, ainsi qu'aux facteurs influençant leur implantation. À la lumière de la littérature en gestion de projets, il n'existe que très peu d'informations sur la conversion des exigences à la planification de projet. Même si le lien entre « exigences » et « planification » est incontestable, très peu de recherches ont été effectuées sur le sujet. De plus, ce processus n'est que très peu formalisé et l'industrie démontre un intérêt certain à une meilleure maîtrise de ce processus. Il s'est donc avéré pertinent d'effectuer une recherche sur ce thème. Cette recherche emprunte la voie de l'exploration afin d'examiner comment s'effectue ce lien en pratique. Pour ce faire, des études de cas ont été effectuées au sein d'entreprises montréalaises. L'interprétation des données, obtenues à partir de 12 entrevues semi-dirigées réalisées auprès des principaux acteurs de ces processus a permis de cartographier les processus d'ingénierie des exigences et de planification utilisés, pour en apprendre plus sur la réalité des entreprises. Par la suite, les principaux facteurs influençant la mise en place de ces processus en entreprise ont été identifiés. Les résultats montrent que non seulement le processus de développement des exigences influence la planification de projets, mais que le premier dépend également de la méthode de gestion de projets utilisée. Le choix de la méthode de gestion de projets revient généralement aux hautsdirigeants de l'entreprise, prenant en considération le contexte des projets et l'orientation stratégique de l'entreprise. Ainsi, le lien entre l'ingénierie des exigences et la planification de projets est fortement influencé par la méthode de gestion utilisée dans le projet.  ABSTRACT: This research examines the relationship between requirements engineering and planning for technologic projects. This research is particularly interested in the processes as well as factors influencing their implantation. In the literature about project management, there is very little information on the conversion of the requirements to the project planning. Although the relationship between "requirements" and "planning" is undeniable, very few researches have been done on the subject. Moreover, this process is not formalized and industry demonstrates a clear interest in better control this process. It was therefore appropriate to conduct a search on this topic. This research is considering how this link occurs in practice. To do this, case studies were conducted in four Montreal companies. The interpretation of data obtained from 12 semistructured interviews and from key players in these processes, has enabled the mapping of engineering requirements and planning processes. Subsequently, the main factors influencing the implementation of these business processes were identified. The results show that not only the requirements development process influences the planning of projects, but also requirements development process depends on the project management method used. The choice of the project management method is generally made by the senior executives of the company, taking into consideration the context of projects and strategic direction of the company.


identifier: Versailles, P. (2010). Contrôle du retour de flamme dans le prémélangeur des turbines à gaz.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ces dernières années, plusieurs recherches ont porté sur l'étude du potentiel des chambres de combustion prémélangées opérant avec des mélanges pauvres à réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx) en comparaison aux chambres de combustion avec flamme de diffusion largement utilisées dans les domaines du transport et industriel. Toutefois, le fait que les carburants et le comburant soient mélangés en amont de la zone de réaction rend les chambres de combustion prémélangées sujettes à la propagation de la flamme dans le prémélangeur qui n'est généralement pas conçu pour soutenir de hautes températures. De plus, un intérêt grandissant est porté par l'industrie vers les turbines à gaz pouvant fonctionner avec une multitude de carburants, dont ceux contenant de l'hydrogène, ainsi qu'avec du gaz naturel provenant de différentes sources. Cependant, une chambre de combustion qui est originalement conçue pour opérer avec un carburant à cinétique lente, comme le gaz naturel, peut souffrir de certains problèmes d'opération, particulièrement le retour de flamme, lorsqu'opérée avec un carburant à cinétique rapide, par exemple l'hydrogène. Il y a donc un besoin réel pour un système de contrôle du retour de flamme qui préviendra d'onéreux dommages à la chambre de combustion et agrandira la plage d'opération des turbines à gaz. Le retour de flamme est défini comme la propagation de la flamme à partir de la chambre de combustion au travers du prémélangeur se traduisant par une importante génération de chaleur dans cette partie du réacteur. Des recherches antérieures ont montré qu'il se produit si la vitesse locale de l'écoulement est inférieure à la vitesse de flamme. Il semble donc possible qu'en modifiant de façon judicieuse l'écoulement dans le prémélangeur à l'aide de dispositifs comme les décharges à barrière diélectrique (DBD) on puisse y prévenir le retour de flamme. Les DBD, aussi connues sous le nom d'actionneur plasma, sont des appareils électrofluidiques comprenant deux électrodes placées de façon asymétrique de part et d'autre d'un matériau isolant (diélectrique). Lorsqu'une tension alternative de haute fréquence et de plusieurs kilovolts est appliquée entre les électrodes, l'air dans leur voisinage est partiellement ionisé ce qui génère du plasma. En raison de la présence du champ électrique, les particules chargées dans cette mince région sont accélérées et transfèrent leur quantité de mouvement aux molécules neutres avoisinantes par des collisions entraînant une accélération nette de l'écoulement près de la surface  ABSTRACT: In recent years, many studies have demonstrated the potential of lean-premixed (LP) combustors in reducing NOx emissions in comparison to diffusion-type combustors operating at higher flame temperatures. However, since the fuels and oxidizers are mixed upstream of the combustion zone, LP-type combustors are prone to upstream flame propagation (i.e., flashback) in the premixer, which is not typically designed to sustain high temperatures. Moreover, there is a recent demand for fuel-flexible gas turbines that can operate on hydrogen-enriched fuels such as Syngas and with natural gas from various supplies. Combustors originally designed for slower kinetics fuels like natural gas can potentially encounter flashback if operated with faster burning fuels like those containing hydrogen as a constituent. Hence, there exists a clear need in fuel-flexible lean-premixed combustors to control flashback that will not only prevent costly components damage but will also enhance the operability margin of engines. Flashback is defined as the propagation of the flame, from the combustion chamber into the premixer, causing a significant heat release in this section of the combustor. It occurs if the local flow velocity is lower that the flame speed. Hence it seems possible to prevent flashback by properly modifying the flow field in the premixer with flow control devices as Dielectric Barrier Discharges (DBD). DBD actuators, also known as plasma actuators, are electro-fluidic devices comprising two offset electrodes placed on each side of a dielectric (insulating) material. When a high-frequency AC electric signal of several kilovolts is applied to the electrodes, the gas in their vicinity gets partially ionized generating plasma. Due to the electric field, the charged particles in this thin region are accelerated and they transfer their kinetic energy via collisions to the neutral gas molecules around them resulting in a net flow acceleration near the surface (ionic wind). In opposition to other flow control devices, DBD do not involve the introduction of additional fluid flow. The momentum is only increased through the rise of flow velocity induced by the body force imparted on the fluid by the plasma actuator. In the present research, a low-power DBD actuator was designed, fabricated and integrated into a premixer made out of quartz. The actuator was tuned to produce a low magnitude ionic wind in the downstream direction in order to modify the velocity profile in the


identifier: Boucherit, J.-B. (2010). Ordonnancement de projets internationaux avec contraintes de matériel et de ressources  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution des processus d'affaires, rendue nécessaire par une globalisation des marchés toujours plus importante, a encouragé les firmes internationales à se tourner vers le fonctionnement par projet, qui s'est peu à peu généralisé. Mais la gestion de projets demeure une discipline complexe, impliquant de nombreux acteurs, sous-traitants et parties prenantes, et nécessitant le transport, l'approvisionnement et la livraison d'équipement et de matériel. Dans ce contexte, des délais d'approvisionnement et des contraintes de capacité de stockage peuvent amener des retards dans l'avancement des projets et des dépassements de budget. En effet, en dépit des tous les efforts accomplis en recherche pour développer des outils efficaces, la prise en compte des contraintes de livraison et d'approvisionnement lors de la phase de planification de projets demeure pour l'essentiel gérée manuellement par le gestionnaire de projets, selon son intuition et son expérience. Ainsi, les méthodes et algorithmes développés ne sont utilisés en pratique que pour la gestion dite « traditionnelle » de projet, ne considérant qu'un unique projet de faible portée, sans contraintes logistiques. Reconnaissant cette nouvelle réalité et les besoins qui en découlent, ce mémoire envisage une approche de résolution plus intégrée où l'on considère le problème de planification de projets avec des contraintes liées au stockage et à la livraison de matériel. Pour cela, un générateur aléatoire de contraintes logistiques a été développé, permettant de définir les données du problème relatives aux contraintes logistiques, tout en jouant sur leur poids relatif. La résolution du problème ainsi formulé est effectuée par le biais d'un algorithme génétique optimisé afin de déterminer un échéancier de projet réalisable. L'algorithme, par des opérations de sélection, croisement et mutation sur une population de solutions admissibles, améliore globalement la qualité de celle-ci au fil des itérations et converge peu à peu vers un optimum.  ABSTRACT: With globalization of markets, new business models have emerged and international companies started using project management technics. However, the management of international projects remains complex as it involves several sub-contractors and requires the transportation of lots of construction equipment and materials. In that context, long material delivery times and storage capacity constraints may lead to project delays and budget overruns. Indeed, in spite of all research efforts accomplished to develop strong project management tools, project plans taking into account space and equipment availability for the execution of tasks are mostly manually developed on the basis of planner's intuition and experience. Unfortunately, this task is nearly infeasible to perform in the case of large projects, due to the combinational nature of the resource allocation problem. Methods and algorithms are only used for project management in a “traditional” way, with a single small project and without any logistic constraint.  The proposed model addresses this issue by formulating this problem as a scheduling problem with limited resources - resources can be either employees or storage areas - and by defining material delivery constraints. To that purpose, a random logistic constraints generator was developed, in order to create the problem data and to choose its relative weight. The resolution of the formulated problem is performed by a genetic algorithm, which determines a feasible project plan. This algorithm applies many operators on a population of solutions, such as selection crossover and mutation, to improve the population global quality and make the solutions converge towards a local optimum.


identifier: Kilani, R. (2010). Nouveaux résultats sur les arbres, forêts et forêts linéaires maximum ainsi que sur la distance moyenne dans un graphe.  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la recherche scientifique assistée par l'ordinateur. Ce domaine est en pleine expansion depuis quelques années grâce aux récents développements des systèmes informatiques. En théorie des graphes plusieurs systèmes ont été développés afin de générer de nouvelles conjectures entre les différents invariants d'un graphe. Nous citons par exemple les systèmes AutoGraphiX, Graffiti et GraPHedron. Après un premier chapitre consacré à l'introduction, nous proposons dans le deuxième chapitre une revue de littérature sur les théorèmes connus ainsi que les conjectures qui bornent inférieurement ou supérieurement des invariants de graphe. Notre intérêt porte essentiellement sur la cardinalité des sous-graphes induits par un bistable, une forêt, une forêt linéaire et un arbre. Rappelons que ces problèmes sont NP-complets. Fajtlowicz a posé, respectivement pendant les années 1986 et 1992, les conjectures suivantes (générées par Graffiti et listées, parmi plusieurs, dans le document Written on the Wall): μ(G) ≤ α(G) (WoW 2) et μ(G) ≤ α2(G)/2 (WoW 747). Où μ(G) dénote la distance moyenne d'un graphe connexe, α(G) le nombre de stabilité et α2(G) la cardinalité du plus grand sous-graphe biparti induit. Il est clair que la deuxième conjecture est plus forte que la première, qui a été prouvée par Chung. Une autre preuve de la première conjecture a été proposée par Dankelmann, qui a aussi donné une description du graphe G qui maximise la distance moyenne pour un ordre donné et une valeur de α(G) donnée.  ABSTRACT: There are many discovery systems in graph theory that have been designed to generate new conjectures and explore graphs. For instance the systems AutoGraphiX, Graffiti and GraPHedron. After the introduction, we present in the second chapter a survey on theorems and conjectures that give bounds on some graph invariants. We are concerned by the order of a largest induced subgraph (bipartite, forest, linear forest, tree). We recall that these problems are NP-hard. With the help of the Graffiti system, Fajtlowicz conjectured around 1992 [36] that the average distance between two vertices of a connected graph G is at most half the maximum order of an induced bipartite subgraph of G, denoted α2(G). We prove in the third chapter a strengthening of this conjecture by showing that the average distance between two vertices of a connected graph G is at most half the maximum order of an induced forest, denoted F(G). It is the main result of this thesis. Finally, we conjecture that the average distance between two vertices of a connected graph is at most half the maximum order of an induced linear forest (where a linear forest is a union of paths). Moreover, we characterize the graphs maximizing the average distance among all graphs G having a fixed number of vertices and a fixed value of F(G) or α2(G).


identifier: Jantzen, J. (2010). Détermination de l'hydrogramme de rupture par déversement en crête pour un barrage en terre et en enrochement disposant d'un rideau en béton  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Il existe une relation directe entre les caractéristiques de l'inondation qui découle de la rupture d'un barrage lors de sa submersion et la brèche qui se forme au sein de l'ouvrage. Afin d'appréhender le risque de rupture par submersion des barrages en remblai, une approche normative a été développée au Québec. Cette norme se base sur des ruptures existantes et prévoit, pour les barrages en remblai, la formation, en trente minutes, d'une brèche trapézoïdale de hauteur H et de largeur au fond 4H. L'utilisation de cette norme ne permet toutefois pas de prendre en compte les caractéristiques propres de chaque barrage et notamment l'utilisation d'un noyau en béton comme élément d'étanchéité. Toutefois, les incertitudes sur la prévision de la brèche font que dans l'état actuel des connaissances, l'utilisation de cette norme reste la solution la plus fiable. Ce mémoire présente un modèle de rupture par submersion du barrage Nemiscau-1, le premier barrage à noyau en béton bitumineux du Québec. La rupture est abordée sous l'angle géotechnique et structural par le calcul de facteurs de sécurité. Un premier facteur de sécurité au glissement est calculé par la méthode du « Multiple Wedge Analyses » mise en place par l'U.S. Bureau of Reclamation en 1995. Un second facteur de sécurité traduit la résistance structurale du rideau en béton aux contraintes de flexion et de cisaillement qui lui sont appliquées. La submersion du barrage entraine une érosion en surface. La progression de l'érosion intervient dans le calcul des facteurs de sécurité et fait l'objet d'une analyse finale. L'étude aboutit à un hydrogramme de rupture par paliers qui traduit le caractère hybride de l'ouvrage et le rôle sécuritaire du rideau qui résiste aux contraintes qui lui sont appliquées pendant l'évolution de son enrobage. La pertinence de l'analyse de la rupture de ce barrage est évaluée par la comparaison entre l'hydrogramme de rupture résultant de ce modèle et l'hydrogramme obtenu par la norme.  ABSTRACT: There is a direct connection between the breach developed within a dam subjected to an overflow based on statistical studies has been developed in the Province of Quebec to initialize the process of the flood: it predicts a breach width four times as long as the breach height and a maximal breach discharge that occurs in 30 minutes. This norm is applied for all the earth and rockfill dams without any consideration of their own particular characteristics. However, the prediction of the breach's characteristics is still uncertain, which explain that this norm is not over yet and is still the most reliable and secure process to use. A theoretical model is presented in this dissertation predicting the dam failure of the first earth and rockfill dam in Quebec using a bituminous core: Nemiscau-1 dam. Three potential damages have been analysed: - Potential planes of failure into the dam have been tested with the Multiple Wedge Analyses method. - The strength of the bituminous core has been determined with a structural method based on the calculation of bend and shear stresses that applied within the bituminous wall. The geotechnical analyse as well as the structural analyse consist in the calculation of safety factors. - The dam's degradation is mostly caused by surface erosion. This erosion is calculated at the end of the study but it appears in all the procedures as a variable. The results are encouraging: the resulting hydrograph seems to predict the degradation of the dam more precisely and more faithfully than the normative model. The proposed model is more suited for hybrid dams than the safety standards of Hydro-Québec.


identifier: Chiganne, F. (2010). Prévision de l'hydrogramme de rupture par submersion d'un barrage en enrochement avec masque amont de béton  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les normes concernant les ruptures de barrage en remblai par submersion prévoient une rupture en 30 minutes et la formation d'une brèche de largeur égale à quatre fois la hauteur maximale du barrage, sans considérations des caractéristiques du barrage.Laurent Masson, dans son mémoire « Évaluation du gain de sécurité relié au rehaussement d'une digue munie d'un élément d'étanchéité rigide » propose une méthode pour évaluer l'hydrogramme de rupture dans le cas de la submersion d'un barrage en remblai avec un rideau de béton. Dans sa continuité, l'objectif de se mémoire est de réaliser un modèle de calcul afin de traduire le comportement d'un barrage en remblai à masque amont en béton dans le cas de sa submersion. Partant de la méthode du « Multiple WedgeAnalysis » utilisée par la U.S. Bureau of Reclamation, ce modèle incorpore des composantes géotechniques dans l'étude du glissement, hydraulique dans l'étude de la mise en mouvement des enrochements sous l'effet de la vitesse de l'eau et du gradient hydraulique, et également des composantes structurales dans l'étude de comportement du parapet et du masque de béton sous l'effet de la lame d'eau. Une fois que les tableurs de calcul des facteurs de sécurité sont établis, nous étudions les mécanismes de rupture et les hydrogrammes de rupture pour différentes scénarios afin de le comparer à la norme. Les résultats obtenus dans ce mémoire tendent à infirmer l'applicabilité de la norme des (4H, 30 min) aux barrages en enrochements à masque amont de béton, la rupture du barrage étant beaucoup plus rapide que ne le prévoit la norme. Une meilleure connaissance des scénarios de rupture dans le cas des barrages en remblai, et notamment des barrages hybrides alliant les propriétés des sols et du béton, permet d'améliorer la gestion des ressources et l'efficience des mesures de sécurité.  ABSTRACT: Safety standards about dam security predict a30 minute long failure of embankment dams by overflowing and a breach width equal to four times the dam height. In this thesis « Évaluation du gain de sécuritérelié au rehaussementd'unediguemunie d'un élémentd'étanchéitérigide », Laurent Masson gives a method to calculate the flooding failure hydrograph of an embankment dam with a concrete seal curtain. The purpose of this thesis is to make a calculation model to predict the impact of overflow on arockfill dam with a concrete mask in the upstream facing. Beginning with the « Multiple Wedge Analysis » method used by the U.S. Bureau of Reclamation, this model has geotechnical components which are used to establish a model of sliding line, hydraulic components to study of incipient movement of rocks by high velocity gradients and drag forces, and finally structural components with the calculation of stresses in the mask and the parapet. With the different models which give security factors for each failure mechanism, we study how these mechanism interfere with each other and once the failure scenario are done, we calculate failure hydrographs. In order to evaluate the applicability of safety standards used by Hydro-Québec, we compare these hyrographs with the one we obtain by using the (4H, 30 min) standards. The results tend to invalidate the (4H, 30 min) norm by giving faster failures. A better knowledge of failure mechanism and scenarios for embankment dams and hybrid dams using both soil and concrete properties allows to improve the resources management and the efficiency of safety measures.


identifier: Corbeil, J.-S. (2010). Conception d'une source de photons annoncés générés dans une fibre microstructurée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce m´emoire présente la démarche entreprise pour la conception et la caractérisation d'une source de photons annoncés générés par une fibre microstructurée. L'objectif du projet n'est pas seulement de réaliser une source de photons annoncés, mais également de procéder à la validation du caractère quantique de la source. Différentes avenues permettent d'obtenir une source de photons et sont passées en revue. La méthode proposée ici exploite un mécanisme de conversion de signaux en optique non-linéaire, le mélange à quatre ondes, pour la production de paires de photons. Un de ces photons est utilisé pour générer un signal annonçant la présence de l'autre photon. Les phénomènes en optique non-linéaire demandent une connaissance appropriée des propriétés de guidage de la fibre. Une implémentation de la m´ethode des éléments finis a permis d'extraire, à partir du profil d'indice transverse de la fibre, les diverses grandeurs physiques reliées au processus de conversion. Les informations obtenues ainsi que les calculs préliminaires présentés viennent supporter notre d´emarche expérimentale. Le design de la source et les étapes menant à sa réalisation sont expliqués en détail et accompagnés des résultats préliminaires. Enfin, le document regroupe l'analyse des différents résultats expérimentaux attestant du caractère non classique de la source. La source obtenue est une source de photons annoncés accordable en débit. Ce type de source peut trouver des applications en information et en télécommunication quantique.  ABSTRACT: This thesis reports the development and the characterization of a heralded single-photons source using a microstructured fibre. The objective of the project is not only to assemble the source but also to demonstrate its quantum properties. There are several ways of obtaining an heralded single photon source. The method suggested herein is therefore compared to various others found in the literature. Our source takes advantage of pairs of photons generated in a microstructured fibre via an optical non-linear process known as four-wave mixing. One photon of the generated pair is used to attest the presence of the other. Mastering such non-linear processes in waveguides requires a good knowledge of the waveguide dispersion properties. Given the index profile of a microstructured fibre, an automated numerical approach, involving the finite-element method, enabled us to extract the values of important physical parameters. Theoretical development and calculations used to support the design of our source are presented as well as preliminary results. The analysis of the various experimental data confirm the non-classical nature of the source for different power regimes. Hence, a heralded single-photon source with a tunable production rate has been realised. Such a source is useful for quantum communication and quantum information applications.


identifier: Tam, S. K. (2010). Physicochemical Characterization and Biocompatibility of Alginate-Polycation Microcapsules Designed for Islet Transplantation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La microencapsulation représente une stratégie visant à protéger les cellules ou les tissus thérapeutiques du rejet de greffe à l'aide d'une barrière physique. Cette approche est avantageuse puisqu'elle ne nécessite pas l'administration d'immunosuppresseurs à long terme et qu'elle permet l'option d'exploiter des sources de cellules non-cadavériques (ex. les cellules d'animaux). Les microcapsules que nous étudions sont conçues pour l'immunoprotection des îlots de Langerhans (qui sont responsables de sécréter l'insuline) dans le but de traiter le diabète insulino-dépendant. La transplantation d'îlots microencapsulés n'est pas encore utilisée régulièrement en clinique parce que la survie et le fonctionnement des cellules greffées restent limités. Un facteur qui contribue à l'échec de la greffe est la biocompatibilité inadéquate des microcapsules ellesmêmes. Dans ce cas, les cellules immunitaires adhèrent à la surface du dispositif et sécrètent des substances cytotoxiques pouvant pénétrer la barrière protectrice et endommager les cellules à l'intérieur. Ensuite, du tissu fibrotique se développe autour de l'implant, ce qui peut obstruer ou limiter la diffusion des nutriments, de l'oxygène, du glucose et de l'insuline à travers la membrane et ultimement mener au dysfonctionnement et/ou la mort des cellules encapsulées. Au moins deux groupes de recherche ont démontré la faisabilité, sous conditions optimales, de fabriquer des microcapsules d'alginate-polycation biocompatibles. Cependant, la plupart des laboratoires ont de la difficulté à reproduire de tels résultats. Ceci souligne notre manque de connaissances à propos des paramètres importants qui déterminent la biocompatibilité de la microcapsule. Cette situation est fortement reliée au fait qu'aucun standard n'existe pouvant nous guider dans la fabrication des microcapsules afin d'atteindre une biocompatibilité et une bioperformance optimales. A l'aide des techniques d'analyses physicochimiques, cette recherche cherchait à comprendre quelles propriétés de la microcapsule sont importantes pour déterminer sa biocompatibilité. L'objectif de ce travail était d'élucider les corrélations entre la structure chimique, les propriétés physicochimiques, et la biocompatibilité in vivo des microcapsules à base d'alginate. Ces informations aideront la communauté scientifique à comprendre les facteurs  ABSTRACT: Microencapsulation represents a method for immunoprotecting transplanted therapeutic cells or tissues from graft rejection using a physical barrier. This approach is advantageous in that it eliminates the need to induce long-term immunosuppression and allows the option of transplanting non-cadaveric cell sources, such as animal cells and stem cell-derived tissues. The microcapsules that we have investigated are designed to immunoprotect islets of Langerhans (i.e. clusters of insulin-secreting cells), with the goal of treating insulin-dependent diabetes. Microencapsulated islet transplantation has not yet reached regular clinical application because graft survival and function remains limited and variable. One of the main factors that contribute to graft failure is an inadequate biocompatibility of the microcapsule itself. Upon recognition of the microcapsule, host immune cells adhere to the device and secrete cytotoxic substances that are small enough to penetrate the protective barrier and potentially harm the cells within. As the inflammatory response persists, fibrotic tissue develops around the implant and can hinder the diffusion of cell nutrients, oxygen, glucose and insulin into and out of the microcapsule, thereby leading to encapsulated cell dysfunction and death. At least two research groups have demonstrated the feasibility of producing alginatepolycation microcapsules that are biocompatible. However, most labs have had difficulty reproducing such results. This underlines our lack of understanding about the parameters that are important for determining the biocompatibility of the microcapsule. This situation is intimately related to the fact that no standards currently exist to guide the fabrication process of microcapsules in order to achieve optimal biocompatibility and bioperformance. With the aid of techniques for physicochemical analysis, this research focused on understanding which properties of the microcapsule are the most important for determining its biocompatibility. The objective of this work was to elucidate correlations between the chemical make-up, physicochemical properties, and in vivo biocompatibility of alginate-based microcapsules. This information is expected to help the research community understand what factors must be controlled and standardized in order to achieve optimal biocompatibility. Our approach was based on the hypothesis that the immune response to the microcapsules is


identifier: Kramer, O. (2010). Conception et réalisation d'un récepteur composé de réseau d'antennes YAGI multicouches verticales et de composants en ondes millimétriques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications en ondes millimétriques telles que les réseaux sans-fils haute vitesse demandent des composants de hautes performances, faibles coûts de revient, modulaires et compacts. Ce mémoire présente la conception d'une chaine de démodulation en ondes millimétriques utilisant le concept du multicouche.  Tout d'abord, une antenne Yagi multicouche est proposée et démontrée à 5.8 GHz. La structure utilise pour la première fois les éléments parasites des antennes Yagi dans une structure de substrats empilés verticalement. Cela permet d'atteindre un gain de 12 dBi. Deux configuration sont présentées : une première basée sur un dipôle et une deuxième basée sur un patch circulaire afin d'avoir une double polarisation. Les résultats mesurés montrent un très bon accord avec les simulations.  Basé sur les principes démontrés précédemment, l'antenne est adaptée à 60 GHz, puis un réseau d'antennes Yagi verticales en ondes millimétriques est introduit pour la première fois exploitant les technologies multicouches. Une analyse est faite pour définir les limites du design. L'antenne élément mesurée atteint un gain de 11 dBi. Le réseau 4x4 a une taille 50x50x60 mm3, et atteint un gain mesuré de 18 dBi sur 7% de bande passante. Une autre configuration du réseau utilisant des antennes Yagi inclinées permet d'avoir une réduction des lobes secondaires tout en ayant un impact minimum sur le gain. Les antennes proposées sont d'excellents candidats pour des systèmes intégrés, faibles coûts, demandant une petite empreinte en ondes millimétriques. Finalement, un nouveau six-port double couche utilisant des Guides Intégrés au Substrats (GIS) est présenté et démontré. Celui-ci permet de faire la démodulation QPSK. Son architecture utilise des coupleurs multicouches, fournissant une grande surface de couplage à travers deux fentes ; un déphaseur inédit, large bande composé de deux stubs plan-H et une ligne de référence ; ainsi que de deux diviseurs de puissance. Les simulations et mesures montrent que le circuit fonctionne correctement sur toute la bande V. La démodulation QPSK complète est testée sous le logiciel de simulation ADS et montre les excellentes performances du système.  ABSTRACT: Millimeter wave applications such as high-speed wireless connections require modular, compact-size, low-cost and high-performance systems. In order to realize a complete receiver satisfying those requirements, compact stacked multilayered designs are presented in this thesis. First, high-gain compact stacked multilayered Yagi designs are proposed and demonstrated at 5.8 GHz. The structure makes use for the first time of vertically stacked Yagi-like parasitic director elements that allow easily obtaining a simulated gain of 12 dBi. Two different antenna configurations are presented, one based on dipole geometry for single polarization, and the other on a circular patch to achieve dual polarization. Measured results of the fabricated antenna prototypes are in good agreement with simulated results. Second, based on the above-demonstrated principle, the antenna is redesigned and adapted for 60 GHz applications, and a novel design showing for the first time an array of Yagi elements in millimeter wave stacked structure is presented. An analysis is performed to define the structure limits. The measured element attains 11 dBi of gain. The proposed 4x4 array has a size of 50x50x60 mm3, and reaches a measured gain of 18 dBi over 7% of bandwidth. An alternative configuration of the array using angled Yagi antenna elements allows for a significant improvement of the side lobe level without a visible impact on the gain. The proposed antennas present excellent candidates for integrated low-cost millimeter-wave systems that require small footprint. Third, a novel dual layered six-port front-end circuit using the Substrate Integrated Waveguide (SIW) technology is presented and demonstrated. The six-port architecture makes use of multilayer couplers, providing a wide coupling area through two slots; a new broadband SIW phase shifter composed of two H-plane stub lines and one reference line; and two SIW power dividers. Simulation and measurement results show that the proposed six-port circuit can easily operate at 60 GHz for V-band system applications. The complete QPSK demodulation is tested through the ADS simulation platform to prove the good performances of the designed circuits.


identifier: Gascon, A. (2010). Fabrication et caractérisation de cristaux photoniques pour exaltation de fluorescence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La société actuelle a un besoin de plus en plus pressant d'analyses moléculaires rapides, peu coûteuses et transportables. Ce besoin motive à concevoir des laboratoires sur puce : ce sont des microsystèmes fabriqués selon les techniques de la microélectronique et qui utilisent les différentes propriétés physiques des molécules pour détecter leur présence dans des échantillons liquides. Pour cela, ces molécules peuvent être attachées à des points quantiques, nanoparticules semi-conductrices à bande de fluorescence étroite. Dans ce projet, nous utilisons un système accordable à deux couches de cristaux photoniques, qui sert de filtre optique variable pour détecter la présence et la longueur d'onde des points quantiques. Les cristaux photoniques sont des diélectriques dont l'indice de réfraction varie de façon périodique, selon une période proche de la longueur d'onde de la lumière visible. On les nomme cristaux photoniques car ils peuvent posséder une bande interdite photonique, tout comme les cristaux atomiques - arrangements périodiques d'atomes – peuvent posséder une bande interdite électronique. Ils sont photoniques puisque ce sont des photons et non des électrons qui s'y propagent. Ils permettent aussi d'exalter la fluorescence des points quantiques à la longueur d'onde de résonance guidée des cristaux photoniques. Mes objectifs pour ce projet sont de fabriquer des cristaux photoniques à double couche, de les caractériser, d'y déposer des points quantiques et de mesurer l'exaltation de fluorescence. Le dispositif fabriqué dans le cadre de ce projet consiste en une gaufre de silicium sur laquelle on dépose une première couche de 200 nm de nitrure de silicium, suivie d'une couche de 200 nm d'oxyde de silicium et d'une autre de 200 nm nitrure de silicium. Une étape de lithographie par faisceaux électroniques permet de définir les cristaux photoniques et les microsystèmes. Les cristaux photoniques fabriqués pour ce projet sont un réseau à maille carrée de trous de 180 nm de diamètre, répartis selon une période de 460 nm et percés dans les deux couches minces de nitrure de silicium. La gravure des deux couches de nitrure de silicium se fait en une seule étape de gravure ionique réactive ou RIE. Ensuite, le silicium sous les cristaux photoniques est gravé par l'arrière par gravure profonde DRIE, jusqu'au nitrure. Finalement, la couche d'oxyde est retirée pour suspendre complètement les deux couches de cristaux photoniques. Le microsystème permet de modifier l'espacement entre les deux cristaux photoniques afin d'ajuster la longueur d'onde de la résonance guidée.  ABSTRACT: In today's world, there is a pressing need for point-of-care molecular analysis that is fast, inexpensive and transportable. Lab-on-a-chips are designed to fulfill that need. They are micro-electromechanical systems (MEMS), fabricated with microelectronic techniques, that use the analytes physical properties to detect their presence in liquid samples. This detection can be performed by attaching the analyte to quantum dots. These quantum dots are semiconducting nanoparticles with narrow fluorescence band. In our project, we use a tuneable system with a two-slab photonic crystal that serves as a tuneable optical filter, detecting the presence and wavelength of these quantum dots. Photonic crystals are dielectrics with a variable refractive index, with a period near the visible light wavelength. They are called photonic crystals because they have a photonic band gap just as atomic crystals, periodic structure of atoms, have an electronic band gap. They are photonic because photons instead of electrons propagate through them. They can also enhance fluorescence from quantum dots at the photonic crystals guided resonance wavelength. My project objectives are to: - Fabricate two-slab photonic crystal, - Characterize photonic crystals, - Place quantum dots on photonic crystals, - Measure fluorescence enhancement. The device made during this project consists of a silicon wafer on which were deposited a 200 nm silicon nitride layer, then a 200 nm silicon dioxide layer and finally another 200 nm silicon nitride layer. An electron-beam lithography defines the photonic crystals and the MEMS. The photonic crystals are square lattices of holes 180 nm in diameter, at a period of 460 nm, etched through the two silicon nitride slabs. The two slabs are etched in a single step of Reactive Ion Etching (RIE). Then, the silicon under the photonic crystal is etched from the backside up to the nitride by deep-RIE. Finally, the oxide layer is removed in order to completely suspend the two-slab photonic crystal. The MEMS can change the gap between the two slabs in order to tune the guided resonance wavelength.


identifier: Recuerda, M. (2010). Caractérisation des propriétés mécaniques des disques intervertébraux et de leurs relations avec l'imagerie quantitative par résonance magnétique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les pathologies du disque intervertébral étant un problème de santé majeur dans les pays occidentaux, établir des diagnostics précoces par des outils non invasifs est nécessaire. Les premiers signes de dégénérescence s'accompagnent d'un changement du comportement mécanique des disques intervertébraux qui pourrait être détecté par l'imagerie par résonance magnétique (IRM) quantitative. Afin d'estimer les changements mécaniques précoces du disque intervertébral, il est indispensable d'établir de fortes corrélations entre les propriétés mécaniques et les paramètres IRM. Notre étude se base sur l'hypothèse que l'IRM est sensible aux propriétés mécaniques du disque et que chacune des données mécaniques du disque intervertébral peut enfin être reliée à une combinaison de paramètres IRM. Pour réaliser les corrélations, les propriétés mécaniques doivent être définies. Or, dans la littérature, les caractéristiques mécaniques sont sujettes à des variations à cause des protocoles utilisés principalement pour la compression non confinée. À cause de l'absence d'études sur le sujet, la première partie du projet a consisté à définir quel protocole mécanique était le plus fiable, et le plus pertinent pour déterminer les propriétés mécaniques de l'annulus fibrosus et du nucléus pulposus. Pour mener à bien cette étude, des disques caudaux bovins ont été testés et des modèles mathématiques (viscoélastique, BPVE) ont été adaptés au type de données expérimentales. Il en résulte que l'annulus et le nucléus doivent être testés selon deux protocoles différents et que l'application d'une précontrainte et d'un gonflement libre avant le test fournit de meilleures données expérimentales. L'application de la précontrainte et le gonflement du tissu permettent de se rapprocher des conditions physiologiques du disque lors du test mécanique. Dans la littérature, les corrélations entre propriétés mécaniques et paramètres IRM sont modérées, ce qui justifie la réalisation d'une nouvelle étude prenant en considération plus de paramètres mécaniques et des régressions multiples avec les paramètres IRM pour une meilleure compréhension des relations entre le comportement mécanique du disque et l'imagerie. Pour cette étude, des disques intervertébraux ont été extraits des queues de bovins puis digérés ex-vivo par la trypsine. Trois types de digestion ont été réalisés avec des concentrations et des durées différentes, et un groupe in-situ était conservé comme groupe témoin. Ensuite, l'annulus et le nucléus de chaque disque ont été testés par un ensemble de tests mécaniques (compression non  ABSTRACT: Intervertebral disc pathologies are a major health problem in occidental countries and thus the use of early non-invasive diagnostic tool is necessary. The first signs of intervertebral discs (IVD) degeneration is a change in their mechanical behavior and this can be detected by quantitative magnetic resonance imaging (MRI). To assess the early mechanical changes in the IVD, it is essential to establish strong correlations between mechanical properties and MRI parameters. The hypothesis of our study is that MRI parameters are sensitive to changes in IVD mechanical properties and that each mechanical parameter will be strongly correlated to a set of MRI parameters. To investigate correlations between the two parameters, mechanical properties need to be defined; however, several reports have shown that mechanical properties vary accordingly to the protocols used principally in unconfined compression. Therefore, the first part of this project consisted in defining the most reliable and the most relevant protocol to assess the mechanical properties of the annulus fibrosus and the nucleus pulposus. To this aim, caudal bovine discs were tested and mathematical models (viscoelastic, BPVE) were suited to the experimental data. The results showed that annulus and nucleus should not be tested with the same protocol, and the best experimental data were obtained with a pre-loading and a swelling of the sample. The pre-load and the swelling represent the closer physiological conditions of the disc during the mechanical test. In the literature, mechanical properties correlate moderately to MRI parameters, therefore there is a need for studying more mechanical parameters and multi-linear regression with MRI parameters for a better understanding of the relationships between the mechanical and MRI properties of the disc. Isolated discs were digested by trypsin in an ex-vivo condition. Discs digestion was performed by three different ways with varying trypsin concentrations and time of digestion, and an in-situ group was used as a control. Then, the annulus and the nucleus for each disc were subjected to a set of mechanical tests (unconfined, confined, and direct measure of permeability) associated with the MRI and biochemical assays (proteoglycan content). The novelty of the study is that the direct permeability measurement is related to MRI acquisitions of the intervertebral discs. MRI parameters used were the relaxation times (T1, T2, T2*), the magnetization transfer ratio (MTR) and the diffusion (FA and ADC) and the biochemical assays


identifier: Rifay, M. (2010). Fabrication de panneaux auto-raidis par injection flexible  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La fabrication des composites par injection flexible selon le procédé Polyflex1 présente de nombreux avantages comparativement aux autres procédés tels que l'infusion ou l'injection en moule rigide (RTM). Des pièces à haute performance ayant un taux de fibres élevé et un faible taux de porosité (inférieur à 1%) peuvent être fabriquées avec ce nouveau procédé. De plus, la qualité de surface coté moule est très bonne. Le procédé Polyflex a donc été choisi pour ce projet, qui consiste à fabriquer une gamme de nouveaux composites autoraidis de type « sandwich ». Ceci répond à un besoin très répandu dans les industries automobile et aéronautique. L'objectif général de cette maitrise est de développer une nouvelle méthode de fabrication de panneaux « sandwich » par injection flexible. À cette fin, plusieurs éléments devront être mis en place dont la procédure de fabrication du composite par injection. L'évaluation de la performance du procédé selon des résultats d'uniformité d'épaisseur des pièces, la présence ou non de zones sèches ou riches en résine, ainsi que le taux de porosité local. Sur le plan mécanique, les pièces fabriquées seront évaluées suivant des critères de performance tels que la rigidité en flexion, la résistance de l'écrasement de l'âme du « sandwich », l'épaisseur et le poids comparativement à une pièce composite standard. Afin d'assurer la qualité de la pièce composite, un point capital devra être considéré, soit la préparation de la préforme avant son insertion dans le moule. Ce projet de recherche aura donc également pour objectif d'étudier les méthodes de préformage des renforts « sandwich » et d'analyser la relation entre le préformage et la qualité des pièces fabriquées. Le travail prévu comprend une série d'essais expérimentaux destinés à fabriquer deux types de pièce : 1) plaques composites de 400 x 140 x 3 mm renforcées par une nervure centrale simple sous forme d'oméga; 2) plaques composites de 600 x 600 x 3 mm renforcées par deux nervures disposées en croix au milieu. Le travail comprend différentes étapes dont voici une brève description :  ABSTRACT: The production of composites using the patent pending flexible injection technology called "Polyflex" can produce high performance composites with high fiber volume fractions and low void contents, (less than 1%). In addition, the surface quality on the mold side of the part is generally very good compared to other processes such as infusion or Resin Transfer Molding (RTM), due to the continuous application of pressure, up to 10 bars, during curing. For these reasons, flexible injection will be used to develop a new procedure to fabricate stiffened “sandwich” panels using integrated three-dimensional cores. These integrated sandwich structures offer an opportunity to simplify the design of complex and large structures by reducing the number of components and manufacturing steps. As a result sandwich structures are becoming widely used in the automotive and aerospace industries. The objective of this study is to develop a new manufacturing method of self-stiffened composite panels using flexible injection. To assess the quality of manufactured parts, their performance will be characterized using the following criteria: thickness uniformity, presence or absence of dry spots and resin-rich zones and void content analysis. Some of the key mechanical properties will be evaluated, such as stiffness and compressive strength of the core. A crucial stage that governs the quality of composite parts made by resin injection through fibrous reinforcements is the preparation of the preform. This research project will therefore also study preforming methods, and analyze the relationship between the preform and the quality of the final part. The planned work includes a series of experimental tests designed to produce the following plates: 1. Composite plates of size 400 x 140 x 3 mm reinforced with a centrally located Omega feature. 2. Composite plates of size 600 x 600 x 3 mm reinforced with a more complex crossed Omega feature. The work involves various steps as described below:


identifier: Wosu, R. (2010). Extraction et analyse comparative des propriétés mécaniques intrinsèques des plaques de croissance porcines à quatre stades développementaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La croissance longitudinale du tissu osseux est régulée par les hormones, la nutrition, l‘environnement génétique et les forces mécaniques. L‘environnement mécanique constitue un élément clé dans ce processus, car des forces excessives peuvent être impliquées dans la progression des maladies musculosquelettiques infantiles et juvéniles. L‘accentuation de leurs progressions coïncide souvent avec des périodes de croissance accélérées, notamment, les poussées de croissance juvéniles et adolescentes. La croissance longitudinale des os longs et des vertèbres s‘opère au droit des plaques de croissance qui sont divisées en trois zones histologiques distinctes (réserve, proliférative, hypertrophique). Des études antérieures ont investigué le comportement biomécanique des plaques de croissance, ainsi que leurs zones histologiques, mais aucune étude n‘a, à ce jour, caractérisé la variation de ce comportement avec le stade de développement. Cette étude vise à extraire les propriétés mécaniques intrinsèques des plaques de croissance porcines à quatre stades de développement afin de caractériser la sensibilité biomécanique des plaques de croissance en fonction du stade développemental. Dans des expériences antérieures, des explants de plaques de croissance porcines à quatre stades de développement (nouveau-né, quatre, huit et 18 semaines) ont été testés sous compression non confinée en relaxation de contraintes. Ces explants ont été soumis à une déformation de 1.5x10-3 s-1 jusqu‘à l‘obtention de l‘équilibre, suivant un critère de relaxation de 0.05 g/min. Les données expérimentales ont été récupérées et modélisées selon une loi de comportement biphasique isotrope transverse décrit par les perméabilités transverse (k1) et hors plan (k3), les modules d‘Young transverse (E1) et hors plan (E3), et les coefficients de Poisson transverse (ν21) et hors plan (ν31). Le module d‘Young hors plan (E3) a été déterminé expérimentalement et la perméabilité hors plan (k3) n‘a pas été étudiée car elle est seulement déterminée de la compression confinée. L‘extraction des quatre autres propriétés mécaniques (k1, E1, ν21, ν31) a été réalisée par un recalage des courbes expérimentales avec ce modèle mathématique en utilisant un algorithme d‘optimisation. Afin d‘améliorer la corrélation graphique avec les courbes expérimentales, une étude de sensibilité a été effectuée pour déterminer les propriétés mécaniques les plus influentes sur le comportement de ce modèle avec le but de potentiellement modifier la définition de la fonction d‘erreur. Une procédure d‘extraction des propriétés mécaniques intrinsèques a été développée pour ce recalage en utilisant  ABSTRACT: Bone growth is a process regulated by hormones, nutrition, genetics and mechanical forces. When excessive, mechanical forces have key implications in the progression of infantile and juvenile musculoskeletal deformities, where marked progression is clinically observed during periods of rapid growth, notably, the juvenile and adolescent growth spurts. Longitudinal growth of long bones and vertebrae occurs in growth plates, which are divided into three distinct histological zones (reserve, proliferative and hypertrophic). Previous studies have investigated the biomechanical behaviour of growth plates and its histological zones, but no study has characterized the variation of this behaviour with developmental stage. The objective of this study is to extract the intrinsic mechanical properties of the porcine growth plate at four developmental stages in order to characterize the biomechanical sensitivity of growth plates as a function of developmental stage. In previous experiments, porcine growth plate explants at four developmental stages (newborn, four, eight and 18 weeks) were tested in unconfined compression under stress relaxation. These explants were subjected to a deformation of 1.5x10-3 s-1 until equilibrium; corresponding to relaxation criteria of 0.05 g/min. Experimental data obtained from these experiments were modeled with a transversely isotropic biphasic mathematical model which is described by the transverse and out-of-plane permeabilities (k1, k3), Young‘s moduli (E1, E3), and Poisson‘s ratios (ν21, ν31). The out-of-plane Young‘s modulus (E3) was determined experimentally and the out-of-plane permeability (k3) was not studied as it is only determined from confined compression. Extraction of the four remaining mechanical properties (k1, E1, ν21, ν31) was done by curve fitting experimental curves with this mathematical model using an optimization algorithm. In order to improve graphical correlation with experimental curves, a sensitivity study was done to determine the mechanical properties that have the greatest effect on the behaviour of this model, with the goal of potentially modifying the error function. A procedure to extract intrinsic mechanical properties was developed for curve fitting using a global optimization algorithm and a new error function based the relative error and the maximal stress. The criteria necessary for the use of this algorithm were determined though a rigorous process that evaluated their performance with analytical and experimental curves. Using this curve fitting procedure, mechanical properties were extracted for all samples, at all developmental ages


identifier: Berchtikou, A. (2010). Décharges à barrière diélectrique dans l'hélium et le néon à la pression atmosphérique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les décharges à barrière diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique font partie des plasmas hors-équilibre thermodynamique. Elles peuvent être opérées en mode « filamentaire » ainsi que Townsend. Une des spécificités de cette décharge est qu'une électrode (ou les deux) est recouverte par un matériau diélectrique. Généralement, une DBD à la pression atmosphérique est une décharge filamentaire, mais en 1968 Bartnikas a rapporté l'existence d'une décharge luminescente uniforme dans He, maintenant dite « Atmospheric Pressure Glow Discharge (APGD)», c'est-à-dire «décharge luminescente à la pression atmosphérique », caractérisée par une seule impulsion de courant par demi-cycle de la tension alternative appliquée. Postérieurement, plusieurs chercheurs ont rapporté des décharges homogènes à la pression atmosphérique dans d'autres gaz ou mélanges gazeux. La majorité des études ont été faites dans He puisqu'il représente un milieu gazeux inerte, c'est-à-dire essentiellement sans réactivité chimique et sans problèmes de décomposition, donc un gaz qui peut être relativement facilement étudié et modélisé, au moins en première approximation. Parmi les caractéristiques essentielles du plasma, la température du gaz est évidemment un paramètre très important à contrôler. Par exemple, pour le traitement ou modification de matériaux par plasma, une température trop élevée peut causer des dommages substantiels, particulièrement aux matériaux thermosensibles comme les polymères. Les objectifs de cette recherche sont : 1) déterminer la température du gaz dans une APGD d'un gaz rare (He et Ne), en utilisant la spectroscopie d'émission optique (OES), qui a l'avantage d'être une technique de diagnostique non perturbatrice. Ceci a été accompli en utilisant le spectre rotationnel provenant du « First Negative System » (FNS) N2+(B2Σu+,ν′=0→X2Σg+,ν′′=0) qui a l'avantage de pouvoir être résolu même avec un spectrographe de résolution moyenne. La température rotationnelle, Trot, peut alors être estimée simplement à partir d'un graphique de Boltzmann ; 2) étudier les effets thermiques liés au transfert de chaleur dans ces deux gaz rares, He et Ne ; 3) Finalement, étudier l'évolution spatio-temporelle de l'émission lumineuse provenant des espèces excitées dans les décharges de He et Ne, en utilisant une caméra numérique ultra-rapide. La décharge APGD faisant l'objet du présent travail, est créée entre une électrode plane recouverte d'une mince (1 mm d'épaisseur) lame diélectrique circulaire d'alumine (Al2O3), reliée  ABSTRACT: The purpose of this research has been to measure temperature, T, in dielectric barrier discharges (DBD) using optical emission spectroscopy (OES), which has the great advantage of being non-intrusive and non-perturbing. This is accomplished by analyzing high-resolution rotational bands in the emission spectra of suitable electronically-excited molecular species in the discharge. Several molecules have in the past been used for this purpose, but the most frequently studied are nitrogen bands from the Second Positive System (SPS) of N2 and the First Negative System (FNS) of N2+. In this work, we measure the temperature, T, of dielectric barrier discharges (DBD) in noble gases using OES by analysing rotational bands in the emission spectra of the FNS of N2+. This has the advantage that rotational structure can be fully resolved even with a spectrograph of average performance, and that the rotational temperature, Trot (~ Tgas), can then be determined from a conventional Boltzmann plot. Ionisation of N2 occurs mainly via Penning transfer from metastable excited states of He (ca. 20 eV) or Ne (ca. 16.6 eV). Using a glass-walled DBD chamber of volume 0.1 litter, we have studied atmospheric-pressure discharges in flowing helium (He) or neon (Ne) containing traces of nitrogen. Discharges were excited by audio-frequency (10 kHz) high voltage (HV) using a needle as the HV electrode and a dielectric (alumina)-covered planar grounded counter-electrode. OE spectra were acquired with a 0.5 m focal length spectrograph, coupled to an intensified charge coupled device (ICCD) detector. Using the (0-0) R-branch of the FNS N2+ (B2Σu+ - X2Σg+) bands near a wavelength of 391.4 nm, we have measured axial (inter-electrode) distributions of Trot in both He and Ne. Trot values were found to be highest at the needle electrode, of about 450 K and 740 K for He and Ne, respectively; in He, Trot dropped to a minimum of about 408 K at the mid-gap position. We conclude that temperatures in noble gas discharges depend critically on thermal conductivities of the particular gases (KHe = 1.9; KNe = 0.6, both in mW.cm-1.K-1) and on other experimental factors that influence heat transfer. Even in flows of nominally very pure He or Ne, N2 impurity at the ppm level is sufficient to yield high enough spectral intensity for accurate Trot measurements, Trot increasing linearly with rising N2 flow. We measured the effect of gas flow rate, D, on T in these atmospheric-pressure discharges: D values were varied between ca. 50 and 400 sccm., and they showed that for both gases the temperature at the mid-point in the gap, z = 1.5 mm, dropped near-linearly with rising