identifier: Bouscarrat, D. (2019). Time-Dependent Damage in Woven-Ply Thermoplastic Composites Above Glass Transition Temperature  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les composites associant matrice organique et renfort fibreux, le couplage entre com-portements visqueux (viscoélasticité, viscoplasticité) et mécanismes d'endommagement est très peu étudié à l'échelle mésoscopique et se limite principalement à des analyses post-mortem. Pour des applications aéronautiques à haute température (e.g., nacelle de moteur d'avion), la problématique est encore plus complexe. Notamment au sein de stratifiés à matrice thermoplastique haute performance PPS renforcés par des tissus de fibres de car-bone. Ces matériaux sont caractérisés par des zones riches en matrice dont les comporte-ments visqueux sont amplifiés pour des températures d'utilisation en service (i.e., 120 °C) supérieures à la température de transition vitreuse de la matrice (environ 95 °C). La question fondamentale qui se pose alors est de comprendre comment mettre en évidence et quantifier l'endommagement d'origine visqueuse lorsque le comportement de stratifiés C/PPS est piloté par la réponse mécanique de la matrice. Pour apporter des réponses à cette prob-lématique, on peut évaluer : (1) l'influence de la viscosité de la matrice sur le comportement en rupture translaminaire - (2) le visco-endommagement lors de chargements de type fluage-recouvrement. Ces deux axes d'étude reposent notamment sur la mise au point de protocoles expérimentaux adaptés à des essais mécaniques à haute température. Ainsi, l'originalité de ces travaux est de combiner différentes techniques complémentaires (émission acoustique, réplique de bords, analyse fractographique, tomographie) qui permettent une analyse in-situ en temps réel des mécanismes d'endommagement qui coexistent et interagissent lors des différentes phases du chargement. En utilisant le protocole mis au point dans des conditions de température supérieure à la Tg du matériau, ces techniques apportent des informations pour quantifier et dissocier les différents comportements matériaux (viscoélasticité, viscoplasticité, endommagements) ainsi que des effets structures (rotation des fibres). Des analyses d'images basées sur des algorithmes de dilatation/érosion implémentées dans Matlab permettent d'évaluer la densité de fissuration (intra- et inter-torons) surfacique à partir des répliques de bords. A l'échelle macroscopique, la réponse thermomécanique du C/PPS est peu influencée par les comportements visqueux du C/PSS que ce soit pour des stratifiés quasi-isotrope (com-portement majoritairement piloté par les fibres à 0°) ou à plis orientés (comportement ma-joritairement piloté par la matrice PPS). Enfin, la rupture translaminaire ductile est caractérisée par l'évolution de l'énergie acoustique cumulée en fonction du taux de restitution d'énergie. L'instabilité de la rupture translaminaire ne permet pas d'évaluer l'influence des e˙ets visqueux sur la ténacité en mode I du matériau à l'initiation. Aux échelles micro- et mésoscopiques, les résultats obtenus montrent clairement le visco-endommagement au sein de stratifiés C/PPS à plis orientés sollicités en fluage à T > Tg. En mettant en oeuvre ce protocole, la pertinence/complémentarité démontrées de l'émission acoustique associée à la quantification de la densité de fissuration permettent d'envisager l'étude du couplage entre effets visqueux et endommagement au sein de stratifiés C/PPS soumis à des chargements à haute température. Cette problématique est essentielle du point de vue de la durabilité des structures composites dans un environnement moteur.  ABSTRACT: In fiber-reinforced polymer matrix composite materials, the coupling between viscous behaviour (viscoelasticity, viscoplasticity) and damage mechanisms is very little studied at the mesoscopic scale and is mainly limited to port-mortem analyses. For high-temperature aero-nautical applications (e.g., aircraft engine nacelle), the problem is even more complex within high performance thermoplastic matrix laminates PPS (Polyphenylene Sulfide) reinforced with carbon fiber fabrics. Indeed, these materials are characterized by matrix-rich zones whose viscous behaviors are exacerbated for service temperatures (i.e., 120 °C) higher than the matrix glass transition temperature (about 95 °C). It is therfore necessary to develop specific experimental procedures to highlight and quantify the viscous damage when the behaviour of C/PPS laminates is driven by the mechanical response of the matrix. In order to provide answers to this problem, one can evaluate :(1) the influence of the matrix viscosity on the translaminar fracture behaviour - (2) the time-dependent damage during creep-type loading. These two lines of study are based on the development of experimental protocols adapted to high temperature mechanical testing. Thus, the originality of this work is to combine different complementary techniques (acoustic emission, edge replication, fractographic analysis, tomography) which allow in-situ and in real time analyses of the damage mechanisms that coexist and interact during the di˙erent loading phases. Using the protocol developed under conditions of temperature higher than the Tg of the material, these techniques provide information to quantify and dissociate the different material behaviours (viscoelasticity, viscoplasticity, damage) as well as structural effects (fibre rotation). Image analyses based on dilatation/erosion algorithms implemented in Matlab allow the evaluation of the surface cracking density (intra- and inter-strand) from edge replicas. On a macroscopic scale, the thermomechanical response of C/PPS is little influenced by the viscous behaviour of C/PSS, whether for quasi-isotropic laminates (behaviour mainly driven by 0° fibres) or with oriented plies (behaviour mainly driven by the PPS matrix). Finally, the ductile translaminar fracture is characterized by the evolution of the cumulative acoustic energy as a function of the energy restitution rate. The instability of the translaminar fracture does not allow the quantification of the influence of viscous effects on the mode I toughness of the material at initiation. At micro and mesoscopic scales, the results obtained clearly show time-dependent damage within oriented plies C/PPS laminates subjected to creep loadings at T > Tg.


identifier: Mohammed Zia Ullah Khan, M. Z. U. K. (2019). Dual Gate Black Phosphorous Photodetectors Using a Polymer Electrolyte for Integrated Photonics and Optoelectronics Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

creator: Mohammed Zia Ullah Khan, Mohammed Zia Ullah Khan

abstract: RÉSUMÉ: Les photodétecteurs occupent une place prépondérante dans un nombre important de dispositifs. Ceux-ci sont utilisés dans plusieurs pour les communications optiques, la détection d'images, la vision nocturne, l'inspection alimentaire, l'imagerie médicale, etc. La conception de détecteurs infrarouges requiert l'utilisation de matériaux autre que le silicium démontrant une haute efficacité, détectivité et un temps de réponse rapide. Ceux-ci sont typiquement couteux et difficiles à intégrés avec des substrats flexibles ou des circuits photoniques et optoélectroniques conventionnels. Dans cette thèse, nous présentons un photodétecteur à base de phosphore noir avec une architecture à double grille basé sur sur un électrolyte polymère solide pour des applications en photonique intégrée et en optoélectronique. La combinaison de la grille électrolytique et du photodétecteur BP conventionnel permet un contrôle efficace du transport électrique et de la modulation de la densité de porteurs dans le canal BP. Les détecteurs à double grille fabriqués avec cette approche améliorent le rapport ON / OFF de 50 fois par rapport à l'architecture conventionnelle. Ceux-ci présentent également du courant de drain avec la configuration de contact source-drain orthogonale. Finalement, l'électrolyte polymère protège les flocons de BP de l'oxydation de surface et présentent des caractéristiques électriques stables dans les conditions ambiantes. Nous obtenons une modulation du photocourant par un facteur de 4 pour des puissances incidentes variant de 0.5 mW à 5 mW. Dans cette gamme de puissance, une modulation du photocourant par un facteur de 2 est obtenu en variant la tension de grille supérieure (variée de 3V à -3V) à une longueur d'onde de 808 nm. À plus faible puissance, le photodétecteur donne une modulation de photocourant largement supérieure à l'architecture conventionnelle: environ 16 fois avec une tension de grille d'électrolyte ajustée de -2 V à 2 V par rapport au dispositif à grille inférieure qui est d'environ 2.5 fois avec une tension de grille variant de -10 V 10 V dans le proche infrarouge. Des sensibilités de centaines de mA / W sont obtenues pour les photodétecteurs BP dans les régimes visible et proche-infrarouge.  ABSTRACT: Visible and infrared photodetectors have become important in a multitude of present-day devices that find emerging applications in several fields: optical communications, image sensing, night vision, food monitoring and medical imaging etc. However, photodetection beyond the visible region of spectrum requires investigating unconventional materials and designs that deliver superior performance in terms of photocurrent/responsivity, detectivity and response speed, that also allow ultra-low weight, low-cost, flexible and easy integration with the photonic and optoelectronic circuits. In this thesis, we report on a dual-gate black phosphorous photodetector based on solid polymer electrolyte for integrated photonics and optoelectronic applications. The combination of polymer electrolyte gate with the conventional back-gate black phosphorous (BP) photodetector allows for efficient control of electrical transport and carrier-density modulation in the BP channel. Our dual-gate field effect transistors provide a 50-fold enhancement in the drain currents that lead to high ON/OFF ratio as compared to the conventional SiO2 bottom gating. The BP FETs with polymer electrolyte film also protect BP flake from surface oxidation and show stable electrical characteristics under ambient conditions. The polymer electrolyte-based FETs also show an enhancement in the drain current with the orthogonal source-drain contact configuration. Photocurrent modulation by a factor of four by incident powers (varied from 0.5 to 5 mW) at a wavelength of 808 nm. At these modest powers, a factor of two modulation in the photocurrent is achieved by varying the top-gate voltage (from 3 V to -3 V). At lower powers, the dual-gate polymer electrolyte based BP photodetector shows a photocurrent a substantial enhancement of the photocurrent by 16 when the electrolyte gate voltage tuned from -2 V to 2 V as compared to the bottom gate device which is 2.5 times, when the gate voltage varied from -10 V to 10 V. Responsivities of the order of hundreds of mA/W are obtained for the BP photodetectors in both visible and NIR regimes.


identifier: Msika, S. (2020). Renforcement de systèmes de détection d'intrusions par des attaques GAN et métaheuristiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un système de détection d'intrusion est un outil capital en cybersécurité. Il sert aux administrateurs réseau d'identifier le traffic internet malicieux, et les cyberattaques : une fois celle-ci détectée, l'administrateur prend des décisions afin d'arrêter l'attaque en cours. Grâce au développement de l'Intelligence artificielle, de plus en plus de système de détection d'intrusion sont basés sur des algorithmes d'apprentissage automatique. Ces algorithmes ont en effet la particularité d'être capable de traiter des données rapidement une fois entraînés, ce qui est un facteur important dans le cadre de la détection d'attaques. Ces algorithmes de détection se basent sur des métriques issues du réseau, comme le débit entrant par seconde, le port de destination, ... Des ensembles de données des métriques lors de différents types d'attaques informatiques existent, et c'est sur l'un d'eux que nous nous baserons pour notre étude. Néanmoins, diverses études ont montré que ces algorithmes sont peu robustes lorsque confrontés à des types d'attaques nouveaux. Considérant le nombre croissant de nouvelles attaques informatiques ainsi que la possibilité de générer des attaques grâce à des algorithmes d'apprentissage, disposer d'un outil de détection capable de déceler ces attaques inhabituelles devient une nécessité. Ce travail explore la possibilité d'utiliser des modèles génératifs dans le but de rendre des systèmes de détection basés sur des algorithmes d'intelligence artificielle plus robuste. Nous avons développé la méthode SIGMA, utilisant des Generative Adversarial Networks (GANs) et des métaheuristiques afin de confronter des IDS à de nouveaux types d'attaques. L'usage de ces deux méthodes permet en effet d'explorer un espace de solutions trop grand pour effectuer des méthodes de résolution exactes. SIGMA génère des exemples d'attaques, itérativement, et les utilise pour réentraîner le système de détection jusqu'à convergence, c'est à dire jusqu'à ce qu'il ne soit plus possible d'améliorer l'IDS.  ABSTRACT: An Intrusion Detection System (IDS) is a key cybersecurity tool for network administrators as it identifies malicious traffic and cyberattacks. With the recent successes of machine learning techniques such as deep learning, more and more IDS are now using machine learning algorithms to detect attacks faster. However, these systems lack robustness when facing previously unseen types of attacks. With the increasing number of new attacks, especially against Internet of Things devices, having a robust IDS able to spot unusual and new attacks becomes necessary. Those algorithms are trained with data from the network, such as the destination port, the incoming data rate, ... Datasets of network data during cyberattack are accessible, and we'll be using a recent dataset for our study. This work explores the possibility of leveraging generative adversarial models to improve the robustness of machine learning based IDS. More specifically, we propose a new method named SIGMA, that leverages adversarial examples to strengthen IDS against new types of attacks. Using Generative Adversarial Networks (GAN) and metaheuristics, SIGMA generates adversarial examples, iteratively, and uses it to retrain a machine learning-based IDS, until a convergence of the detection rate (i.e. until the detection system is not improving anymore). Using metaheuristics and GANs allow to efficiently explore the solution space of a problem too complex to use exhaustive search methods. A round of improvement consists of a generative phase, in which we use GANs and metaheuristics to generate instances ; an evaluation phase in which we calculate the detection rate of those newly generated attacks ; and a training phase, in which we train the IDS with those attacks.


identifier: Knoch, S. (2020). Sur la modification du PLA en vue de son application pour filet d'exclusion  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'agriculture contemporaine fait usage de grandes quantités de pesticides de synthèse pour contrôler les dégâts causés par les ravageurs. Bien que l'efficacité soit avérée pour permettre de nourrir une population grandissante, cette pratique entraîne de nombreux effets négatifs sur l'environnement, qui se répercutent ensuite sur les cultures et sur la biosphère, comprenant l'humain. Dans cette optique, la réduction de l'usage de composés actifs de synthèse est une voie à suivre pour permettre une production agricole pérenne sur le long terme. Pour permettre cette réduction, l'usage de méthodes innovatrices et efficaces est nécessaire dans l'industrie agricole. La technique dite d'exclusion, utilisant un filet de polymère drapé sur les cultures pour empêcher les ravageurs d'atteindre les plantes, se sont révélés efficaces et économiquement viables pour un bon nombre de cas autour du globe. Au Canada, et particulièrement au Québec, la pomme est une culture modèle de par sa sensibilité aux ravageurs ce qui entraîne un nombre d'interventions phytosanitaires élevé. Ainsi, le présent projet tend à l'amélioration de filets d'exclusion pour la protection de la pomme.  ABSTRACT: Contemporary agriculture uses large amounts of synthetic pesticides to reduce yield losses induced by pests and pathogens. Despite these methods' significant efficiency to feed a growing human population, they induce severe degradation of the environment, which affects the biosphere including humans. To allow a sustainable form of agriculture that maintains the quality and quantity of biodiversity, a reduction in the use of active ingredients use should be targeted. In that context, innovative and efficient methods need to be developed and implemented for industrial agriculture. Exclusion techniques, whereby a polymeric net is draped over a crop, create a physical barrier between pests and plants and have demonstrated their phytosanitary and economically beneficial outcomes. In Canada, and particularly in Québec, apples are widely grown and are a pests-sensitive crop. Therefore, the present project targets the improvement of exclusion nets to protect this culture.


identifier: Amar, H. (2020). Tri des stériles miniers comme nouvelle approche de gestion intégrée : contrôle du drainage minier et valorisation  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation de gisements miniers est de plus en plus confrontée à des défis d'ordre environnementaux dont ceux liés à la gestion des rejets miniers (résidus et stériles). Le drainage minier, qui se caractérise par de concentrations plus ou moins fortes en métaux et parfois une baisse du pH en l'absence d'un potentiel de neutralisation, est produit lorsque les sulfures contenus dans les rejets miniers sont exposés à l'eau et à l'oxygène. Les stériles miniers sont caractérisés par une grande hétérogénéité de leurs propriétés physiques, chimiques et minéralogiques. Ces dernières ont un effet direct sur les propriétés hydrogéochimiques de ces matériaux. Plusieurs facteurs influencent la gestion de ces rejets, entre autres la géologie du gisement et le type de l'exploitation minière. Les mines à ciel ouvert qui exploitent des gisements polymétalliques et à métaux précieux génèrent de grandes quantités de stériles qui sont déposés sous forme de haldes en surface impactant grandement l'empreinte écologique. Les exploitations souterraines génèrent quant à elles moins de stériles et ceux-ci sont employés le plus souvent comme remblai rocheux. L'évaluation précise du potentiel de génération d'acide des stériles miniers détermine la faisabilité des projets miniers, l'exploitation minière ainsi que le mode de gestion des stériles qui en résultent. Dans ce mémoire de maitrise, on y présente une étude réalisée sur des stériles miniers afin de proposer une méthode de gestion intégrée de ceux-ci visant la décontamination des phases problématiques (sulfures) et la valorisation des métaux précieux résiduels. Ainsi, le principal objectif de l'étude a consisté en le développement d'une nouvelle approche permettant la gestion intégrée des stériles (en trois lithologie) de la mine d'or Canadian Malartic (Abitibi, Québec, Canada). Les trois lithologies en question ont été échantillonnées après l'abattage par explosif tout en s'assurant de leur homogénéité et représentativité. Chaque lithologie a d'abord été débarrassée de sa fraction inerte (supérieure à 2,4 mm, représentant le diamètre physique d'encapsulation des sulfures DPLS). La fraction fine, qui ne représente que 10% environ de l'échantillon total, a ensuite été divisée en deux fractions afin d'optimiser le retraitement de ces stériles en vue de leur décontamination/valorisation: la fraction 0-1 mm dite fine et la fraction 1-2.4 mm comme fraction dite grossière. La méthodologie proposée repose sur une caractérisation fine des trois principales lithologies classifiées comme étant des stériles dans cette mine et par la suite sur l'application d'un procédé de désulfuration environnementale afin de réduire le potentiel de génération d'acide et de récupérer les métaux précieux résiduels que sont l'or et l'argent. Enfin, le comportement géochimique des matériaux désulfurés en comparaison avec les échantillons de tête a été évalués à l'aide d'essais cinétiques en mini-cellules d'altération. Les analyses chimiques et minéralogiques ont montré que les trois lithologies (<2,4 mm) sont plus riches en carbonates (principalement la calcite) qu'en sulfures (pyrite). Le bilan acide base et le test NAG montrent que les trois lithologies et leurs deux fractions correspondantes sont non génératrices d'acide, à l'exception de trois fractions incertaines selon ces tests statiques ABA (Acid base accounting). La désulfuration en laboratoire menée avec la méthode gravimétrique (séparateur de Knelson et table de Mozley) s'est avérée plus efficace que celle menée avec la méthode de flottation sachant la distribution granulométrique grossière des matériaux traités. La méthode gravimétrique a offert un bon taux de récupération des sulfures (supérieur à 80 %). Sur la base des tests statiques, les matériaux ainsi désulfurés ont été prouvés non générateurs d'acide et peuvent être réutilisés comme matériaux de réhabilitation lors de la phase de fermeture de la mine. Pour chaque lithologie étudiée, des essais cinétiques en mini-cellules d'altération ont été effectués afin de confirmer les résultats de la désulfuration relativement à la non génération d'acide et afin d'évaluer le comportement géochimique des lithologies à long terme. Durant toute la durée du test (84 jours), les analyses géochimiques ont montré des valeurs de pH entre 7,4 et 8,9 et les concentrations des éléments de fer (Fe) et de zinc (Zn) ont tout le temps été au-dessous des limites environnementales fixées par la Directive 019 au Québec. Le contenu en soufre et en carbone des matériaux suite au démantèlement des tests et le degré de libération des sulfures déterminent le comportement géochimique des stériles miniers étudiés. Les images prises par le microscope optique ont montré que les sulfures observés dans les matériaux issus du démantèlement sont généralement encapsulés totalement dans la gangue ou bien semi libérés. Enfin, les concentrés de désulfuration obtenus présentent des contenus significatifs en or et en argent (> 3 g/t et > 4 g/t, respectivement). La pyroanalyse a montré, quant à elle, que la récupération des métaux précieux peut compenser une partie des coûts du retraitement des stériles et permettre une gestion intégrée. Ainsi, après un criblage suivant le DPLS, un deuxième criblage est recommandé à 1 mm pour récupérer et traiter la fraction fine (6 % de l'échantillon total), riche en métaux précieux, alors que la fraction grossière (4 % de l'échantillon total) sera valorisée dans les travaux de réhabilitation et/ou dans des travaux de génie civil comme sable. Mots clés : Stériles miniers, drainage minier acide, désulfuration environnementale, méthode gravimétrique, flottation, or-argent, essais cinétiques, mini-cellules d'altération.  ABSTRACT: Management of solid mine wastes, including waste rock (WR) from mining operation and tailings form ore processing, represents an important challenge for the mine industry. Mine drainage, characterized by high metal concentrations and low pH if no neutralizing potential exist, is the main environmental problem facing the mine industry. It results from the oxidation that occurs when sulfides are exposed to water and oxygen. WR are characterized by a high heterogeneity in its, physical, chemical and mineralogical properties. The later have significant impacts on the hydrogeochemical behaviors of these materials. Many factors influence mine waste management, such as the deposit's geological characteristics and the extraction methods. Open-pit mines generate large volume of WR that are generally deposited as unsaturated piles on the surface with important impact on the ecological footprint of the operation. However, underground operations generate less waste rocks, as the later are often reused as rock fill. The accurate assessment of the acid-generating potential of mine wastes determines the feasibility of mining projects, the mine exploitation, and the implementation of waste rock management. This study took a new look at waste rock management in order to propose a novel integrated management method of WR to ensure their decontamination and precious metals valorisation. The main objectives of this study consisted on a deep geological analysis of waste rock from the Canadian Malartic mine (Abitibi, Quebec, Canada). Representative and homogeneous samples of these WR materials were sampled after blasting operations. Each lithology was first screened based on the diameter of physical locking of sulphides (DPLS) to remove the inert fraction, being coarse rocks larger than 2.4 mm. Then, finer fractions were separated into two fractions to optimize their integrated management: 0–1 mm referenced as fine fraction and 1–2.4 mm referenced as coarse fraction. Environmental desulphurization of waste rocks from three classified lithologies was applied, in order to reduce their acid-generating potential and to tentatively recover the residual precious metals amounts (gold and silver). The geochemical behaviour of desulfurized material and corresponding feed samples for comparison was evaluated through kinetic testing by using weathering cells. The chemical and mineralogical analyses showed that the three lithologies were richer in carbonates (mainly calcite) than in sulphides (mainly pyrite). The acid base accounting (ABA) and the net acid generation (NAG) determinations both allowed to state that these lithologies (<2.4 mm) and their corresponding fractions are all non-acid-generating, except for three fractions which displayed uncertain classification regarding their acid generation potential. Desulphurization using laboratory gravity separation (Knelson separator and Mozley table) was more efficient than flotation due the coarse particle size distribution of the material. Based on static tests, all desulphurized materials by either the gravity or flotation processes were demonstrated as being non-acid-generating, with some having downright no acid-generating potential at all. Kinetic testing was used to confirm the result of static tests and the efficiency of desulphurization to control acid generation. The weathering cells allowed to study the long-term geochemical behaviour of the material. Geochemical analysis of the obtained leachates showed that pH values remained neutral to subalkaline (between 7.4 and 8.9) and that metals concentrations of the iron (Fe) and zinc (Zn) were below the environmental criteria (Directive 019 in Québec) all along the entire test period (84 days). The key factors that determined geochemical behaviour of the studied waste rock were sulfide and carbonate contents and the way they were liberated. The sulphides found within post-testing waste rocks were studied with optical microscopy and were found generally occuring encapsulated in non-sulphide gangue (NSG) minerals, or only partially liberated. The gravity method offered a sulphur recovery rate (over than 80 wt. %). The pyroanalysis of gold (Au) and silver (Ag) on the concentrate that underwent desulphurization by gravity methods displayed significant gold and silver content (> 3 g/t and > 4 g/t respectively). The pyroanalysis showed that precious metal recovery could offset partially the costs related to waste handling and reprocessing, allowing for an integrated management approach. After screening according to the DPLS, an additional screening is recommended at 1 mm to recover and treat the fine fraction (6 % of total sample), which is rich in precious metals, while the coarse fraction (4 % of total sample) can be recovered for rehabilitation and/or for civil engineering workings. Keywords: Waste rock, acid mine drainage, environmental desulphurization, gravity method, ore-argent, flotation, kinetic test, weathering cells.


identifier: Moussavi Karimi, S. A. (2020). Design Framework for Plant-Wide Energy Analysis Using the Bridge Method  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les changements majeurs et les modernisations des procédés industriels sont des opportunités importantes pour améliorer l'efficacité énergétique à l'échelle de l'usine, tout en augmentant la rentabilité économique en accédant à de nouveaux marchés grâce à des stratégies de bioraffinage. Ces dernières années, le secteur forestier s'est concentré sur la mise en oeuvre de la cogénération basée sur la biomasse, et cela continuera d'être important à mesure que le réchauffement climatique s'installera. D'autre part, surtout à la lumière de la baisse de la demande de produits dans plusieurs segments importants du secteur forestier et de l'importance des impacts des changements climatiques, l'industrie des pâtes et papiers envisage maintenant de faire la transition vers le bioraffinage forestier : de nombreuses entreprises font les premiers pas en développant des technologies pré-commerciales pour produire de nouveaux bioproduits.  ABSTRACT: Major changes and modernizations of industrial processes are important opportunities for improving plant-wide energy efficiency, while at the same time increasing economic profitability by tapping into new markets with biorefinery strategies. In recent years, the focus of the forestry sector has been on implementing biomass-based cogeneration, and this will continue to be important as global warming increasingly takes hold. On the other hand, especially in light of the decrease in product demand in several important segments of the forestry sector and increasing importance of climate change, the pulp and paper industry is now considering transformation into forest biorefineries to produce biomass-based products, and many companies are taking the first steps by developing pre-commercial scale technologies to produce new bioproducts.


identifier: Xing, J. (2020). Implementation and Evaluation of Counting-Based Search for Table Constraints in the OscaR Solver  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce mémoire, nous allons nous intéresser à la programmation par contraintes, un outil efficace en ce qui concerne la résolution de problèmes combinatoires. Nous allons nous intéresser aux problèmes utilisant les contraintes table et plus particulièrement leur implémentation compacte qui a été grandement améliorée par l'utilisation de la structure de données «sparse bit set» réversible. Nous contribuerons en créant une heuristique de recherche basée sur le dénombrement utilisant l'information sur les supports des contraintes table. Nous allons implémenter puis évaluer un algorithme de dénombrement sur Oscar, une librairie de résolution de problèmes par contraintes créée pour résoudre les problèmes combinatoires. Nous définirons alors un algorithme pour obtenir les supports et un algorithme pour réaliser une heuristique de recherche utilisant les informations précédentes. Tous ces algorithmes ont un but commun, mettre en place une recherche basée sur le dénombrement. Nous allons expliquer les modifications faites à Oscar et les heuristiques de recherche que nous avons créées dans Oscar. Finalement, nous présenterons nos résultats sur différents exemplaires de problèmes et nous analyserons les résultats comparés à l'état de l'art pour en déduire les améliorations apportées. Nous utiliserons pour cela les algorithmes suivants: dom et dom/deg. L'expérience montrera que notre recherche basée sur le dénombrement est compétitive pour les exemplaires complexes mais qu'elle coûte plus de temps dans certains cas, même si nous avons moins d'échecs.  ABSTRACT: In this thesis, we work on constraint programming, an efficient approach to solve combinatorial problems. We consider problems using table constraints and in particular the compact table implementation. Reversible sparse bit sets have been used for the compact table implementation recently, and it improves its efficiency. We contribute by making the heuristic search more efficient for such problems by using counting-based search. Counting-based search uses the supports information from the reversible sparse bit set data structure (used to maintain supports in the table constraints). We implement and evaluate our contribution in Oscar, a constraint programming solver to solve combinatorial problems. We explain the modifications we made in Oscar and the heuristic searches we created in Oscar. We define an algorithm to get the supports from table constraints, a variable ordering heuristic search, and a value ordering heuristic search. All of these algorithms work toward the same goal, counting-based search. Finally, we present our results on different instances of problems and analyze the results and improvements. We compare our methods with dom and dom/deg. The experiment shows counting-based search is competitive if the instances are hard and it costs more time in some instances even if we have fewer failures.


identifier: Karydes, F. (2020). Autonomous Navigation of Quadrotor Swarms  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mise sur le marché de composants toujours plus performants et compétitifs en termes de coût, ainsi que le développement rapide des technologies de commande et de navigation en robotique, nous ont amenés à envisager le contrôle d'un large essaim de quadrirotors. Di-verses solutions impliquant des drones existent déjà pour différentes applications: inventaire forestier, gestion du littoral, suivi du trafic, etc. Parmi celles-ci, la recherche et le sauvetage en situation d'urgence représentent à nos yeux la possibilité la plus intéressante et constitue, de fait, la première motivation de notre travail. Par conséquent, une large revue de littérature sur la question est fournie. Ce travail se concentre sur le contrôle de l'essaim lui-même, et non sur l'application finale. Tout d'abord, un modèle mathématique de la dynamique du quadrirotor est présenté et plusieurs lois de commande numérique sont synthétisées. Ces dernières implémentent les modes de fonctionnement nécessaires aux algorithmes de navigation, à savoir : commande en vitesse, commande en position et commande en suivi. Ensuite, deux solutions originales et complémentaires de contrôle d'essaim sont proposées. D'une part, un algorithme d'essaimage pour la navigation extérieure est développé. Contrairement à la plupart des travaux trouvés dans la littérature, la solution proposée ici gère non seulement le maintien, mais aussi l'initialisation de la formation. Plus spécifiquement, un modèle de formation hexagonale est introduit. Ensuite, les places en formation sont attribuées de façon optimale à l'aide de l'algorithme hongrois. Enfin, les agents se déplacent jusqu'à la place qui leur est assignée tout en évitant les autres agents avec un algorithme de navigation inspiré du Artificial Potential Field. De plus, cette solution tient compte de contraintes de conception réalistes et a été intégrée avec succès dans un logiciel embarqué de quadrotor déjà existant et opérationnel. Les résultats de simulations Software-In-The-Loop sont fournis. D'autre part, une solution d'essaimage pour la navigation intérieure est étudiée. L'algorithme proposé implémente un certain nombre de comportements individuels simples, de sorte qu'un grand essaim peut suivre un meneur dans des environnements encombrés en se fiant uniquement aux informations locales. Des simulations préliminaires sont effectuées et les résultats montrent qu'il serait possible de faire fonctionner, conformément au besoin étudié, un essaim de cent quadrirotors avec l'algorithme proposé. En particulier, l'essaim est capable de suivre le meneur, de maintenir la connectivité, d'éviter les collisions entre agents, d'éviter les obstacles et même de se faufiler dans des espaces étroits.  ABSTRACT: The ever-growing hardware capabilities and the rapid development of robotic control and navigation technologies have led us to consider the control of an entire swarm of quadrotors. Drone-based solutions have been developed for different applications: forest inventory, coastal management, traÿc monitoring, etc... Among these, the Search And Rescue application represents for us a very promising field of application and constitutes the first motivation of our work. As a result, a wide literature review on the matter is provided. Nevertheless, this work focuses on the swarm control itself, and not on the end user application. First, a mathematical model of the quadrotor dynamics is presented and several digital control laws are designed. The latter provide operating modes useful for the navigation algorithms, namely: velocity control, position control and tracking control. Then, two original and complimentary swarming solutions are proposed. On the one hand, a swarming algorithm for outdoor navigation is developed. Unlike most of the works reviewed in the literature, our solution handles not only the maintenance but also the initialization of the formation. More specifically, an hexagonal formation pattern is intro-duced. Then, positions are optimally assigned using the Hungarian algorithm. Finally, the agents move to their assigned position while avoiding collisions with the other fleet members thanks to a navigation algorithm inspired from Artificial Potential Field. In addition, this solution accounts for realistic design constraints and was successfully integrated into already existing quadrotor onboard software. Software-In-The-Loop simulation results are provided. On the other hand, a swarming solution for indoor navigation is investigated. The proposed algorithm enforces a certain set of expected individual simple behaviors such that a large swarm can follow a leader through cluttered environments relying only on local information. Preliminary simulations are run and the results show that it is possible to operate a swarm of a hundred quadrotors with the proposed algorithm. In particular, the swarm is able to follow the leader, maintain connectivity, avoid collisions with the other agents, avoid obstacles, and even squeeze to pass through narrow spaces.


identifier: Haouas, M. N. (2020). Résolution exacte du problème de partitionnement de données avec minimisation de variance sous contraintes de cardinalité par programmation par contraintes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le partitionnement de données représente une procédure destinée à regrouper un ensemble d'observations dans plusieurs sous ensembles homogènes et/ou bien séparés. L'idée derrière une telle activité est de simplifier l'extraction d'information utile en étudiant les groupes résultants plutôt que les observations elles-mêmes. Cela dit, plusieurs situations appellent à ce que la solution générée respecte un ensemble de contraintes données. En particulier, on exige parfois que les groupes résultants comportent un nombre prédéfini d'éléments. On parle de partitionnement avec contraintes de cardinalité. On présente alors, dans ce travail, une approche de résolution exacte pour le partitionnement de données avec minimisation de la variance sous contraintes de cardinalité. En utilisant le paradigme de la Programmation par Contraintes, on propose d'abord un modèle adéquat du problème selon celui-ci. Ensuite, on suggère à la fois une stratégie de recherche rehaussée ainsi que deux algorithmes de filtrage. Ces outils ainsi développés tirent avantage de la structure particulière du problème afin de naviguer l'espace de recherche de façon efficace, à la recherche d'une solution globalement optimale. Des expérimentations pratiques montrent que notre approche procure un avantage important par rapport aux autres méthodes exactes existantes lors de la résolution de plusieurs exemplaires du problème.  ABSTRACT: Data clustering is a procedure designed to group a set of observations into subsets that are homogeneous and/or well separated. The idea behind such an endeavor is to simplify extraction of useful information by studying the resulting groups instead of directly dealing with the observations themselves. However, many situations mandate that the answer conform to a set of constraints. Particularly one that involves the target number of elements each group must possess. This is known as cardinality constrained clustering. In this work we present an exact approach to solve the cardinality constrained Euclidian minimum sum-of-squares clustering. Based on the Constraint Programming paradigm, we first present an adequate model for this problem in the aforementioned framework. We then suggest both an upgraded search heuristic as well as two filtering algorithms. We take advantage of the structure of the problem in designing these tools to efficiently navigate the search space, looking for a globally optimal solution. Computational experiments show that our approach provides a substantial boost to the resolution of several instances of the problem in comparison to existing exact methods.


identifier: Le Bourre, B. (2020). Géochimie du manganèse : immobilisation dans les solides des eaux naturelles et du drainage minier  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La contamination par le drainage minier (DM) est la conséquence de l'infiltration des précipitations à travers les rejets miniers, notamment ceux issus des haldes à stériles et des parcs à résidus. Ces eaux contaminées sont caractérisées par un pH variable et des concentrations en métaux, métalloïdes et sulfates souvent supérieures aux critères réglementaires. La prévention de la formation du DM et la gestion responsable des eaux contaminées représentent un défi environnemental majeur pour l'industrie minière et les gouvernements. Les contaminants présents dans le DM soulèvent des préoccupations croissantes à cause de leur toxicité pour la santé humaine, la faune et la flore. Le manganèse (Mn) est l'un de ces contaminants « émergents », dont le comportement chimique complexe dans le DM ainsi que le manque de connaissances sur les conditions optimales de son enlèvement limitent l'efficacité de son traitement. De plus, le milieu naturel est l'exutoire final de ces effluents miniers et peu d'études ont été menées sur le comportement du Mn dans les eaux réceptrices. Les systèmes de traitement passif actuels du DM permettent l'enlèvement du Mn par des processus physicochimiques ou biologiques, et doivent dans certains cas être combinés pour améliorer l'efficacité du traitement. Ces procédés utilisent pour principal mécanisme d'enlèvement des métaux la précipitation sous forme d'oxyhydroxydes, de sulfures et de sulfates. Le Mn pose toutefois des problèmes, dans la mesure où il ne forme pas facilement des minéraux sulfureux et nécessite un pH élevé (> 8) pour une oxydation abiotique de Mn(II) en Mn(III) ou Mn(IV), peu solubles. La mobilité et la cinétique de réaction du Mn sont très dépendantes des paramètres comme le pH, le potentiel d'oxydoréduction (Eh), la température et l'alcalinité. De plus, sa précipitation est inhibée par la présence de certains éléments, tel que le fer (Fe), consommant l'agent oxydant dans l'eau, ou encore par le phénomène de dissolution réductrice. Le Mn(IV) y joue le rôle d'accepteur d'électrons en présence de sulfures, de nitrites, de composés organiques et de Fe(II) qui eux s'oxydent, tandis que le Mn est solubilisé et réintroduit en solution sous forme de Mn(II). C'est pourquoi, l'enlèvement du Mn est généralement réalisé après celui des autres éléments métalliques ou des contaminants inhibiteurs, et nécessite donc une seconde unité de traitement (polissage) pour permettre une oxydation et une précipitation efficaces. Des essais de traitement de DM antérieurs à ce projet et réalisés dans des réacteurs à colonnes (avec écoulement), utilisant un matériau alcalin modifié, la dolomite mi-calcinée, ont donné des résultats très prometteurs pour l'enlèvement du Mn. En effet, il a été rapporté que les essais sur un drainage neutre contaminé (DNC) synthétique (S-DNC; pH 6,8; 46,1 mg/L Mn) permettaient un enlèvement du Mn à hauteur de plus de 95% et ce, sur 225 jours de traitement. Les tests effectués sur un DNC réel (R-DNC; pH 6,7; Mn : 0,6 mg/L; Fe : 0,05 mg/L) ont, quant à eux, révélé une diminution de 90% du Mn en solution et ce, pendant 176 jours de traitement. En revanche, sur un drainage minier acide (DMA) réel, fortement contaminé en fer (pH 2,4; 623 mg/L Fe; 22 mg/L Mn), l'enlèvement du Mn s'est avéré inefficace après une semaine seulement, tandis que le Fe était toujours traité même après 8 semaines. Ces résultats encourageants ont néanmoins soulevé des questionnements et mis les bases des besoins en recherche concernant la compréhension des mécanismes qui interviennent dans les processus de mobilisation et d'immobilisation du Mn dans le DM. De plus, comme évoqué précédemment, le comportement du Mn dans les eaux de surface après son rejet dans l'environnement demeure assez peu documenté. Dans ce contexte, le premier axe de recherche de la présente étude est de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité et du changement de forme du Mn dans le DM. La caractérisation de la surface des solides formés lors du traitement de DM contaminé au Mn étant insuffisamment explorée, mais nécessaire pour mieux définir les paramètres de traitement de l'élimination du Mn de l'eau de mine. Pour cela, l'étude s'est basée sur une évaluation comparative des mécanismes d'élimination et d'immobilisation du Mn sur les solides modifiés provenant des essais de traitement en colonnes de DMA et de DNC synthétiques en laboratoire (dolomite mi-calcinée; Calugaru et al., 2016). Des solides issus d'un traitement passif de DMA (calcite) existant sur un site minier réhabilité en Abitibi-Témiscamingue ont également été utilisés. Cette évaluation a été accomplie au moyen d'une caractérisation chimique et minéralogique des solides étudiés, complétée par des essais de lixiviation destinés à déterminer la mobilité du Mn à long terme. Une des étapes majeures dans la conception d'un traitement adéquat étant la caractérisation de l'effluent et du contaminant à traiter, ainsi que de la stabilité du solide immobilisant le contaminant. En parallèle, un deuxième axe de recherche a été mené avec pour objectif d'étudier la mobilité du Mn dans le milieu naturel. Plus spécifiquement, les mécanismes associés au transport du Mn et à son comportement hydrogéochimique dans un environnement potentiellement influencé par les activités minières : la rivière Harricana en Abitibi-Témiscamingue. Les investigations ont été réalisées sur la base de mesures des paramètres physicochimiques, d'échantillons d'eau de surface, de sédiments en suspension (SES) et de carottages de sédiments de fonds. Le suivi de la mobilité spatiale et saisonnière du Mn dissous et solide a été établi sur la base de quatre campagnes d'échantillonnage. Enfin, la modélisation géochimique obtenue via les analyses chimique et physicochimique a permis de déterminer les formes solides du Mn susceptibles d'être rencontrées dans ces eaux naturelles et d'en étudier leur mobilité. Les résultats de l'évaluation comparative des quatre résidus provenant de systèmes de traitement passifs de DMA et de DNC réels, ainsi que de DNC synthétique, ont permis d'avancer plusieurs conclusions. Les caractérisations minéralogiques des solides post-traitements ont démontré que, dans le DM, le Mn était immobilisé sous la forme d'oxydes de Mn [MnO] retenu en surface de la dolomite mi-calcinée. Pour les résidus de dolomite mi-calcinée confrontée à un DMA réel, les analyses minéralogiques et la modélisation à l'équilibre géochimique ont révélé que le Fe et les SO42- précipitaient abondamment en surface de la dolomite sous forme d'oxydes de fer et d'hydroxysulfates (gypse, schwertmannite). Ce phénomène est responsable de la diminution rapide de la capacité de neutralisation du matériau et de l'inhibition de l'enlèvement du Mn dans le traitement du DMA contaminé en Fe. À l'inverse, les analyses chimiques de la dolomite mi-calcinée confrontée au DNC synthétique ont révélé que le Mn a été immobilisé avec une augmentation de 87% de sa concentration dans le matériau. De plus, la dolomite mi-calcinée a conservé des propriétés neutralisantes importantes dans le temps. Le pH de la pâte le plus élevé a été trouvé pour les résidus de R-DNC et de S-DNC, avec des valeurs de 8,5 et 8,8, respectivement. Ceci a été attribué à la présence de brucite [Mg(OH)2] dans les échantillons, probablement produite par l'hydratation de la périclase (MgO), détectée durant les analyses. À la lumière de ces résultats, deux mécanismes d'immobilisation du Mn se produisant dans les résidus S-DNC ont été identifiés : i) l'oxydation du Mn(II) dissous en Mn(III)→Mn(IV), peu solubles, puis sa précipitation en surface de la dolomite sous forme d'oxydes [MnO2(s)], à pH > 8; ii) l'adsorption du Mn(II) sur la surface du minéral résultant [MnO2(s)]. Dans le DMA, l'incapacité du Mn à s'oxyder puis à précipiter sur la surface de la dolomite a été attribuée à la présence d'agents réducteurs, responsables du processus de dissolution réductrice de Mn(II), tels que le Fe et les sulfures (S2-), ces derniers se servant des oxydes de Mn fraîchement formés comme accepteurs d'électrons (e-) finaux pour leur propre oxydation. Le deuxième axe de recherche portant sur l'étude de la mobilité et les formes du Mn présent dans la rivière Harricana a permis d'établir plusieurs constats. Les analyses réalisées sur les eaux de surface et les SES ont démontré que le Mn dissous est la phase dominante dans les eaux de la rivière Harricana et ce, sur l'ensemble des périodes étudiées à savoir août-octobre 2018 et mars-mai 2019. La répartition des concentrations en Mn dans la colonne d'eau, sa mobilité et sa spéciation (dissous vs. particulaire) est tributaire des variations hydrologiques saisonnières, en particulier des changements de température, du pH et des conditions d'oxydoréduction. Les concentrations les plus élevées en Mn particulaire présent dans les SES ont été mesurées durant le mois d'août 2018. Les calculs thermodynamiques indiquent que les oxyhydroxydes de Mn sont les formes les plus susceptibles de précipiter à cette période de l'année avec par ordre d'importance du champ de stabilité : pyrolusite > bixbyite > birnessite > manganite > hausmannite. Les analyses μXRF des carottes de sédiments ont révélé que les concentrations les plus élevées en Mn se trouvent dans les vingt premiers centimètres de sédiments, proches de l'interface eau-sédiments. La répartition géochimique du Mn dans les sédiments a révélé des concentrations moyennes comprises entre 0,05 et 0,06 ppm dans les carottes des sédiments de fonds échantillonnées. L'incorporation permanente du Mn dans les sédiments semble un processus mineur et contrôlé par la dissolution réductrice du Mn particulaire fraîchement oxydé, rapidement remis en solution dans la colonne d'eau. Ainsi, la caractérisation des complexes de surfaces formés sur les solides issus de post-traitement passif ont permis de mieux appréhender les mécanismes et les formes de Mn arrivant dans ces procédés de traitement. Les connaissances acquises sur les conditions d'immobilisation par sorption et précipitation du Mn dans le DM vont ainsi permettre d'optimiser les essais de traitement futur. De plus, l'étude a permis de confirmer que les matériaux modifiés comme la dolomite sont viables et prometteurs pour le traitement des métaux et métalloïdes dans le DNC contaminé. L'utilisation de ces matériaux locaux facilement disponibles à l'état naturel et peu dispendieux, même après modification, est aussi un moyen de diminuer les coûts des traitements passifs. L'évaluation de l'occurrence et du comportement du Mn dans le milieu naturel, effectué en parallèle de celui réalisé en contexte minier, a également permis d'avoir une vision globale sur la mobilité de ce contaminant dans des milieux potentiellement impactés. Cette évaluation du comportement hydrogéochimique du Mn en milieu naturel constitue un élément d'originalité du projet. À la suite de ces travaux, il est recommandé d'évaluer les performances et la longévité de la dolomite mi-calcinée dans des conditions d'écoulement continu et à plus grande échelle. Le recours à des bactéries oxydant le Mn serait également une piste à étudier pour accroître la cinétique d'oxydation du Mn(II). La stabilité à long terme et le comportement géochimique des résidus de traitement et des contaminants immobilisés devra également être pris en considération dans le cas de nouveaux essais. Enfin, des investigations supplémentaires devront être réalisées pour approfondir les connaissances sur le comportement hydrogéochimique du Mn dans son ensemble. Mots clés : Manganèse, drainage minier, eaux naturelles, résidus post-traitement, sédiments.  ABSTRACT: Contamination by mining drainage (MD) is the consequence of precipitation infiltrating through mine tailings, especially those from waste rock piles and tailings pounds. These contaminated waters are characterized by a variable pH and a concentration of metals, metalloids and sulfate often higher to regulations. The prediction of MD production and responsible management of contaminated water represents an important environmental challenge for the mining industry and for the governments. The presence of common contaminants in MD raise increasing concern because of their toxicity for human health and the environment. Manganese (Mn) is one of these "emerging" contaminants, whose complex chemical behaviour in MD and the lack of knowledge about the optimal conditions for its removal limits the effectiveness of its treatment. In addition, the natural environment is the final outlet for these mining effluents and few studies have been conducted on the behaviour of Mn in receiving waters. Current passive MD treatment systems allow removal of Mn by physicochemical or biological processes, and, in some cases, need to be combined to improve the treatment effectiveness. The processes use precipitation as oxyhydroxide, sulfides and sulfate. Mn poses problems, as it does not easily form sulfurous minerals and requires a high pH (> 8) for abiotic oxidation of Mn (II) to Mn (III) or Mn (IV), which are poorly soluble. The mobility and reaction kinetics of Mn are highly dependent on parameters such as pH, redox potential (Eh), temperature and alkalinity. In addition, its precipitation is inhibited by the presence of some elements, such as iron (Fe), consuming the oxidizing agent in water, or by the phenomenon of reductive dissolution. Mn (IV) plays the role of electron acceptors in the presence of sulfides, nitrites, organic compounds and Fe (II) that oxidize, while Mn is dissolved and reintroduced in solution in the form of Mn (II). Therefore, the removal of the Mn is generally carried out after the removal of the other metallic elements or the inhibiting contaminants, and therefore requires a second treatment unit (polishing) to allow efficient oxidation and precipitation. MD treatment trials prior to this project and carried out in column reactors (with the flow), using a modified alkaline material - half-calcined dolomite, gave promising results for the removal of Mn. Indeed, it has been reported that the tests on a synthetic neutral contaminated drainage (CND) (S-CND; pH 6.8; 46.1 mg / L Mn) allowed removal of Mn up to more than 95% and this during 225 days of treatment. Tests carried out on a real CND (R-CND; pH 6.7; Mn: 0.6 mg / L; Fe: 0.05 mg / L) revealed a 90% decrease of the Mn in solution during 176 days of treatment. On the other hand, on a real acid mine drainage (AMD), highly contaminated with iron (pH 2.4; 623 mg/L Fe; 22 mg/L Mn), the removal of Mn was ineffective after only one week, while Fe was still treated even after 8 weeks. These encouraging results raised questions and laid to the foundations for research concerning the understanding of the mechanisms involved in the processes of mobilization and immobilization of Mn in MD. In addition, as mentioned above, the behaviour of Mn in surface water after its release into the environment remains relatively poorly documented. In this context, the first axis of research of this study is to determine the mechanisms responsible for the mobility and the change of form of Mn in MD. The characterization of the surface of the solids formed during the treatment of MD contaminated with Mn are insufficiently explored, but necessary to better define the treatment parameters for the removal of Mn from mine water. In that purpose, the study was based on a comparative evaluation of the mechanisms of elimination and immobilization of Mn on the modified solids coming from treatment tests in columns of synthetic AMD and CND in laboratories (half-calcined dolomite; Calugaru et al., 2016). Solids from passive treatment of AMD (calcite) existing in a rehabilitated mine site in Abitibi-Témiscamingue were also used. This evaluation was carried out by a chemical and mineralogical characterization of the studied solids, supplemented by leaching tests intended to determine the mobility of Mn in the long term. One of the major steps in the design of an adequate treatment is the characterization of the effluent and the contaminant to be treated, as well as the stability of the solid immobilizing contaminant. In parallel, a second axis of research was carried out with the aim of studying the mobility of Mn in the natural environment. Specifically, the mechanisms associated with the transport of Mn and its hydrogeochemical behavior in an environment potentially influenced by mining activities: the Harricana River in Abitibi-Témiscamingue. The investigations were carried out based on measurements of physicochemical parameters, samples of surface water, suspended sediment (SS) and cores of bottom sediments. The monitoring of the spatial and seasonal mobility of the dissolved and solid Mn was established based on four sampling campaigns. Finally, the geochemical modelling obtained via chemicals and physicochemical analyzes made it possible to determine the solid forms of Mn likely to be encountered in these natural waters and to study their mobility. The results of the comparative assessment of the four residues from passive treatment systems of real AMD and CND, as well as synthetic CND, led to several conclusions. The mineralogical characterizations of the post-treatment solids demonstrated that, in the MD, the Mn was immobilized in the form of Mn oxides [MnO] retained on the surface of the half-calcined dolomite. For the residues of half-calcined dolomite confronted with a real AMD, mineralogical analyzes and modelling at geochemical equilibrium revealed that Fe and SO42- precipitated abundantly on the surface of the dolomite in the form of oxides of iron and (oxy)hydroxysulfates (gypsum, schwertmannite). This phenomenon is responsible for the rapid decrease in the neutralization capacity of the material and for the inhibition of the removal of Mn in the treatment of AMD contaminated with Fe. In the contrary, chemical analyzes of the semi-calcined dolomite confronted to synthetic CND revealed that Mn was immobilized with an 87% increase in its concentration in the material. In addition, the half-calcined dolomite retained significant neutralizing properties over time. The highest paste's pH was found for the residues of R-CND and S-CND, with values of 8.5 and 8.8, respectively. This was attributed to the presence of brucite [Mg(OH)2] in the samples, probably produced by hydration of periclase (MgO), detected during the analyzes. In the light of these results, two mechanisms of immobilization of Mn occurring in S-CND residues have been identified: i) the oxidation of Mn (II) dissolved in Mn (III) → Mn (IV), poorly soluble, then its precipitation on the surface of the dolomite in the form of oxides [MnO2(s)], at pH> 8; ii) adsorption of Mn (II) on the surface of the resulting mineral [MnO2(s)]. In DMA, the inability of Mn to oxidize and then precipitate on the surface of the dolomite has been attributed to the presence of reducing agents responsible for the reductive dissolution process of Mn (II), such as Fe and sulfides (S2-), those using the newly formed oxides of Mn as final acceptors of electrons (e-) for their own oxidation. The second axis of research on the study of mobility and the forms of Mn present in the Harricana River made possible to establish several observations. Analyzes carried out on surface waters and the SES has demonstrated that dissolved Mn is the dominant phase in the waters of the Harricana River over all the periods studied, namely August-October 2018 and March-May 2019. The distribution of Mn concentrations in the water column, its mobility and its speciation (dissolved vs. particulates) is dependent on seasonal hydrological variations and changes depending on temperature, pH and redox conditions. The highest concentrations of particulate Mn present in the SES were measured during the month of August 2018. Thermodynamic calculations indicate that the oxyhydroxides of Mn are the forms most likely to precipitate at this period of the year with in order importance of the stability field: pyrolusite> bixbyite> birnessite> manganite> hausmannite. XRF analyzes of the sediment cores revealed that the highest concentrations of Mn are found in the first twenty centimetres of sediment, close to the water-sediment interface. The geochemical distribution of Mn in the sediments revealed average concentrations between 0.05 and 0.06 ppm in the cores of the bottom sediments sampled. The permanent incorporation of Mn into the sediment seems to be a minor process and controlled by the reducing dissolution of the freshly oxidized particulate Mn, quickly re-dissolved in the water column. Thus, the characterization of the surface complexes formed on the solids resulting from passive post-treatment made it possible to better understand the mechanisms and the forms of Mn arriving in these treatment processes. The knowledge acquired on the conditions of immobilization by sorption and precipitation of Mn in the DM will thus make it possible to optimize future treatment trials. In addition, the study confirmed that modified material such as dolomite is viable and promising for the treatment of metals and metalloids contaminated CND. The use of these local materials, readily available in their natural state and inexpensive, even after modification, is also a way of reducing the costs of passive treatments. The evaluation of the occurrence and behaviour of Mn in the natural environment, carried out in parallel in a mining context, also made it possible to have a global vision on the mobility of this contaminant in potentially impacted environments and constitutes an element of originality of the project. Following this work, it is recommended to assess the performance and longevity of semi-calcined dolomite under continuous flow conditions and on a larger scale. The use of bacteria oxidizing Mn would also be a track to study to increase the kinetics of oxidation of Mn(II). The long-term stability and geochemical behaviour of the treatment residues and immobilized contaminants will also have to be considered in the case of new tests. Finally, additional investigations should be carried out to deepen knowledge of the hydrogeochemical behaviour of Mn as a whole. Keywords : Manganese, mine drainage, natural waters, post-traitement residus, sediments.


identifier: Karimi Alavijeh, D. (2020). Development of Films/Fibrous Nanostructures with Gas and Volatiles Detection Ability  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La détection colorimétrique de composés organiques volatils libérés lors de l'altération des aliments est l'une des méthodes les plus prometteuses pour indiquer le niveau de qualité d'un produit à base de viande lors de son conditionnement. Récemment, l'emballage intelligent a été introduit comme un outil fonctionnel prometteur dans l'emballage traditionnel et integrant des fonctions de communication. Il peut donc fournir des informations utiles sur la sécurité sanitaire et la qualité des aliments en surveillant l'évolution de l'environnement alimentaire. À cet égard, l'amélioration des techniques de détection a également fait progresser les emballages intelligents, ce qui permet aux clients de faire de meilleurs choix et d'éviter d'éventuels risques de maladie. Le capteur utilisé dans un emballage alimentaire doit être rapide, sensible, sélectif, peu coûteux et convivial.  ABSTRACT: Colorimetric detection of volatile organic compounds in food spoilage is one of the most promising methods to indicate the quality level of a meat product during packaging. Recently, intelligent packaging has been introduced as a promising functional tool to the integration of traditional packaging and communication. Hence, it can provide useful information about food safety and quality by monitoring the changes in the food environment and its headspace. In this respect, the improvement in sensing techniques has also advanced intelligent packaging which leads to customers making better choices and avoiding possible risks of sickness. The applied sensor in a food packaging should be fast, sensitive, selective, low-priced and user-friendly.


identifier: Couture-Peck, D. (2020). Une application de la méthode des vitesses et de l'interpolation transfinie à la modélisation de l'interaction fluide-structure d'un cylindre elliptique oscillant  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Comme le dit son nom, un problème d'interaction fluide-structure est principalement caractérisé par l'interaction entre les équations du domaine fluide et celles du domaine solide. Selon le niveau de couplage entre ces deux domaines, différents problèmes numériques peuvent survenir lorsque l'effet de masse ajoutée est important. On vise donc à développer une méthode de résolution entièrement monolithique permettant de contourner ces problèmes tout en arrivant à mieux représenter la physique du problème. Cette approche vise ainsi à éviter le coût de calcul important que représente le remaillage en déplaçant plutôt les nœuds du maillage selon le mouvement de l'objet solide dans le domaine fluide. De cette façon, la position des nœuds du maillage représente une nouvelle inconnue du problème. En ce qui concerne le déplacement des nœuds, plusieurs méthodes sont déjà bien établies. Il y a les méthodes basées sur les équations aux dérivées partielles, dont font partie la méthode du pseudo-solide et la MMPDE, ainsi que les méthodes algébriques. Vu leur potentiel de recherche et la facilité avec laquelle celles-ci peuvent être implémentées dans un programme d'éléments finis déjà existant, les méthodes algébriques sont particulièrement intéressantes. Ce sont plus précisément IDW, ITM et ITB qui sont testées ici. Avant de se plonger dans le développement de la méthode de résolution monolithique, IDW, ITM et ITB sont étudiées en profondeur pour arriver à conclure qu'aucune d'entre elles ne se démarquent clairement des deux autres. En effet, selon le type de mouvement étudié, la précision de chacune varie. ITM se démarque légèrement dans les cas de rotation et de déformation pure, mais sous certaines conditions seulement. En ce qui concerne la translation, toutes les méthodes semblent équivalentes. Ces tests préliminaires mettent aussi de l'avant l'importance de la méthode d'intégration utilisée. En effet, le lien est très fort entre la méthode d'intégration et la méthode d'interpolation puisque le programme intègre d'abord la position des nœuds pour ensuite interpoler la vitesse de ceux-ci. Ainsi, une méthode d'intégration comme Runge-Kutta 4 permet d'obtenir des résultats beaucoup plus précis que la méthode d'Euler et ce pour une charge d'intégration, communément appelée workload, équivalente. La meilleure méthode de déplacement des nœuds à implémenter peut donc varier selon le mouvement étudié ainsi que selon différentes contraintes externes, comme la nécessité ou non d'implémenter une méthode linéairement exacte ou bien la limitation de la méthode d'intégration à utiliser. Il demeure important de souligner qu'ITM et ITB se démarquent d'IDW par le fait que celles-ci sont transfinies. Cela signifie que la représentation exacte de l'objet est considérée lors du déplacement des nœuds et non seulement le nuage de points formant celui-ci. Il s'avère d'ailleurs que ces deux méthodes convergent plus rapidement qu'IDW, c'est-à-dire qu'un moins grand nombre de sous-étapes de déplacement est nécessaire, ce qui est particulièrement utile lors de l'étude d'un mouvement imprévisible. Le mouvement auquel on s'intéresse ici correspond au comportement chaotique d'un cylindre elliptique solide dans un écoulement fluide qui ne peut que tourner autour d'un certain centre de rotation. À la suite de plusieurs tests, le pas de temps dt=0.05 avec BDF2 a été choisi comme étant suffisamment précis sans nécessiter un coût de calcul trop important. Le modèle ALE/FFI avec l'approximation 4-ITM-IE_1  a été choisie comme étant le modèle le plus précis pour ce type de mouvement; ce dernier n'a été appliqué qu'à une certaine partie du domaine afin de minimiser le temps de calcul sans compromettre la précision des résultats. Une fois toutes les équations nécessaires à la méthode de résolution monolithique implémentées, vérifiées et validées dans EF8, la simulation de l'ellipse dans un écoulement à Re={200,300,400} et où la distance entre le point de pivot et le centre géométrique de l'ellipse varie telle que r={0.1,0.12,0.13,0.14,0.16} a été effectuée.  ABSTRACT: A fluid-structure interaction problem, as the name says, is mainly characterized by the interaction between the equations of the fluid domain and those of the solid domain. Depending on the level of the coupling between these two domains, different numerical problems can arise when the added mass effect is significant. We therefore aim to develop an entirely monolithic resolution method able to circumvent these problems while representing more accurately the physics of the problem. This approach thus aims to avoid the significant computation cost that the remeshing represents by rather moving the nodes of the mesh according to the motion of the solid object in the fluid domain. Hence, the position of the nodes of the mesh represents a new unknown of the problem. With regard to the displacement of the nodes, several methods are already well established. There are the methods based on partial differential equations, which include the pseudo-solid method and the MMPDE, as well as the algebraic methods. Given their research potential and the ease with which these can be implemented in an already existing finite element program, algebraic methods are particularly interesting. More specifically, IDW, TMI and TBI are the ones tested here. Before diving into the development of the monolithic resolution method, IDW, TMI and TBI are studied in greater depth to conclude that neither of them clearly stands out from the other two. Indeed, depending on the type of motion studied, the precision of each varies. TMI slightly stands out in the case of pure rotation and deformation, but only under certain conditions. As far as translation is concerned, all the methods seem to be equivalent. These preliminary tests also highlight the importance of the integration method used. Indeed, the link is very strong between the integration method and the interpolation method since the program first integrates the position of the nodes and then interpolates their velocity. Thus, an integration method like Runge-Kutta 4 makes it possible to obtain much more precise results than the Euler method for an equivalent workload. The best method for the displacement of the nodes to be implemented can therefore vary according to the motion studied as well as according to various external constraints, such as the need or not to implement a linearly exact method or the limitation of the integration method used. It is important to emphasize that TMI and TBI differ from IDW since they are transfinite. This means that the exact representation of the object is considered when moving the nodes and not only the cloud of points forming it. It also turns out that these two methods converge faster than IDW, that is to say that a smaller number of displacement sub-steps is necessary, which is particularly useful for the study of highly irregular motion. The motion we are looking into here corresponds to the chaotic behavior of a solid elliptical cylinder in a fluid flow which can only rotate around a certain pivot. Following several tests, the time step of dt = 0.05 with BDF2 was chosen as being sufficiently precise without requiring an important computation cost. The ALE/FFI model with the 4-TMI- IE_1   approximation was chosen as being the most precise model for this type of motion; it has only been applied to a certain part of the domain in order to minimize the computation time without compromising the accuracy of the results. Once all the equations needed for the monolithic resolution method have been implemented, verified and validated in EF8, the simulation of the ellipse in a flow at Re = {200,300,400} and where the distance between the pivot point and the geometric center of the ellipse varies as r={0.1,0.12,0.13,0.14,0.16} was completed.


identifier: Gutierrez Ortega, J. A. (2020). Example-Based Synthesis of 2D and Solid Textures  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif des algorithmes de synthèse de textures par l'exemple est d'automatiser la génération de textures. L'exemple est une image 2D qui définit les caractéristiques visuelles à reproduire (couleurs, motifs, arrangements, etc.). Les méthodes dites “2D” génèrent de nouvelles images, typiquement plus grandes, semblables à l'exemple sans être des copies évidentes. Les méthodes de synthèse de textures “solides” quant à elles doivent inférer une structure tridimensionnelle des motifs présents dans l'exemple 2D. Il est attendu que les coupes du solide généré ressemblent à l'exemple 2D correspondant. Dans les deux cas, les textures synthétisées peuvent contenir des artefacts indésirés : manque de structures locales pour les motifs générés, régions floues ou uniformes, ou encore répétition de parties de texture identiques. Dans ce travail nous proposons deux méthodes pour la synthèse de textures 2D et solides. Ces méthodes ont pour objectif d'améliorer l'état de l'art concernant la qualité visuelle et la complexité algorithmique. En comparaison des textures solides, les images sont légères à stocker et manipuler, donc l'aspect le plus important pour la synthèse de textures 2D est la qualité visuelle. Les méthodes par patchs sont typiquement basées sur une affectation au plus proche voisin et reproduisent généralement la structure des motifs dans l'exemple avec succès. Cependant, ces méthodes ne garantissent pas une synthèse exempte de régions floues ou de répétitions non désirées. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons un algorithme de synthèse 2D par patchs basé sur l'affectation optimale. L'algorithme proposé reproduit la structure locale et garantit dans une certaine mesure l'absence de régions uniformes ou floues. Nos expériences montrent la capacité du modèle à générer des résultats de haute qualité visuelle pour différents types de textures. De plus, nous proposons des variantes pour réduire la répétition causée typiquement par la formulation par patchs. Nous obtenons des résultats satisfaisants en utilisant un échantillonnage aléatoire des patchs de l'exemple à la place de l'échantillonnage régulier. Finalement nous étudions deux mécanismes de relaxation pour contrôler la répétition des motifs et accélérer les calculs.  ABSTRACT: Example-based texture synthesis algorithms aim at automating the generation of textures. An example is a 2D image defining the visual characteristics that need to be reproduced in the new samples (colors, patterns, spatial arrangements, etc.). 2D texture synthesis methods generate new samples, usually larger, that look like the example without being a noticeable copy. Solid texture synthesis methods, on the other hand, need to infer a plausible threedimensional structure. In this setting, it is usually required that some cross-sections of the generated solid texture look like a corresponding 2D example. In both cases, synthesized textures can suffer from noticeable artifacts that hamper the visual quality: lack of local structure in the generated patterns, blurry or constant regions, and repetitions of identical portions of textures. In this work we propose two new methods for 2D and solid texture synthesis. They aim at improving the current state of the art regarding computational complexity and visual quality. Because 2D images are light and efficient to store and retrieve, the most important aspect of 2D texture synthesis is visual quality. Patch-based methods are usually based on a nearestneighbor matching and achieve a good reproduction of the example's patterns structure. However, they do not guarantee a synthesis free of blurry regions or undesirable repetitions. In the first part of this thesis, we propose a 2D patch algorithm based on optimal assignment, that reproduces the local structures while guaranteeing to some degree the absence of blurry/constant regions. Experiments show the capability of the proposed model for reaching high visual quality for different kinds of textures. Additionally, we explore ways to reduce the repetition commonly caused by patch-based formulations. We show successful results using a random sampling of patches from the example instead of a egular one. We also investigate two relaxing mechanisms to control the repetition of patterns and to accelerate computation.


identifier: Waghen, K. R. L. (2020). A Novel Data-Driven Fault Tree Methodology for Fault Diagnosis and Prognosis  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La thèse développe une nouvelle méthodologie de diagnostic et de pronostic de défauts dans un système complexe, nommée Interpretable logic tree analysis (ILTA), qui combine les techniques d'extraction de connaissances à partir des bases de données « knowledge discovery in database (KDD) » et l'analyse d'arbre de défaut « fault tree analysis (FTA) ». La méthodologie capitalise les avantages des deux techniques pour appréhender la problématique de diagnostic et de pronostic de défauts. Bien que les arbres de défauts offrent des modèles interprétables pour déterminer les causes possibles à l'origine d'un défaut, leur utilisation pour le diagnostic de défauts dans un système industriel est limitée, en raison de la nécessité de faire appel à des connaissances expertes pour décrire les relations de cause-à-effet entre les processus internes du système. Cependant, il sera intéressant d'exploiter la puissance d'analyse des arbres de défaut mais construit à partir des connaissances explicites et non biaisées extraites directement des bases de données sur la causalité des fautes. Par conséquent, la méthodologie ILTA fonctionne de manière analogue à la logique du modèle d'analyse d'arbre de défaut (FTA) mais avec une implication minimale des experts. Cette approche de modélisation doit rejoindre la logique des experts pour représenter la structure hiérarchique des défauts dans un système complexe. La méthodologie ILTA est appliquée à la gestion des risques de défaillance en fournissant deux modèles d'arborescence avancés interprétables à plusieurs niveaux (MILTA) et au cours du temps (ITCA). Le modèle MILTA est conçu pour accomplir la tâche de diagnostic de défaillance dans les systèmes complexes. Il est capable de décomposer un défaut complexe et de modéliser graphiquement sa structure de causalité dans un arbre à plusieurs niveaux. Par conséquent, un expert est en mesure de visualiser l'influence des relations hiérarchiques de cause à effet menant à la défaillance principale. De plus, quantifier ces causes en attribuant des probabilités aide à comprendre leur contribution dans l'occurrence de la défaillance du système. Le modèle ITCA est conçu pour réaliser la tâche de pronostic de défaillance dans les systèmes complexes. Basé sur une répartition des données au cours du temps, le modèle ITCA capture l'effet du vieillissement du système à travers de l'évolution de la structure de causalité des fautes. Ainsi, il décrit les changements de causalité résultant de la détérioration et du vieillissement au cours de la vie du système.  ABSTRACT: The thesis develops a new methodology for diagnosis and prognosis of faults in a complex system, called Interpretable logic tree analysis (ILTA), which combines knowledge extraction techniques from knowledge discovery in databases (KDD) and the fault tree analysis (FTA). The methodology combined the advantages of the both techniques for understanding the problem of diagnosis and prognosis of faults. Although fault trees provide interpretable models for determining the possible causes of a fault, its use for fault diagnosis in an industrial system is limited, due to the need for expert knowledge to describe cause-and-effect relationships between internal system processes. However, it will be interesting to exploit the analytical power of fault trees but built from explicit and unbiased knowledge extracted directly from databases on the causality of faults. Therefore, the ILTA methodology works analogously to the logic of the fault tree analysis model (FTA) but with minimal involvement of experts. This modeling approach joins the logic of experts to represent the hierarchical structure of faults in a complex system. The ILTA methodology is applied to failure risk management by providing two interpretable advanced logic models: a multi-level tree (MILTA) and a multilevel tree over time (ITCA). The MILTA model is designed to accomplish the task of diagnosing failure in complex systems. It is able to decompose a complex defect and graphically model its causal structure in a tree on several levels. As a result, an expert is able to visualize the influence of hierarchical cause and effect relationships leading to the main failure. In addition, quantifying these causes by assigning probabilities helps to understand their contribution to the occurrence of system failure. The second model is a logical tree interpretable in time (ITCA), designed to perform the task of prognosis of failure in complex systems. Based on a distribution of data over time, the ITCA model captures the effect of the aging of the system through the evolution of the fault causation structure. Thus, it describes the causal changes resulting from deterioration and aging over the life of the system.


identifier: Azevedo da Costa, L. C. (2020). Improvements on Column-Generation-Based Algorithms for Vehicle Routing and Other Combinatorial Problems  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs applications dans le contexte de la logistique et de la planification de la production peuvent être modélisées comme des problèmes d'optimisation combinatoire (POC). En particulier,l'un des problèmes les plus étudiés dans ce domaine est le problème de tournées de véhicules (PTV). Le PTV consiste à trouver des tournées de véhicules qui minimisent le coût total de transport pour visiter un ensemble de clients, de telle sorte que leur demande soit complètement satisfaite en une seule visite, et que la capacité des véhicules ne soit jamais dépassée. Présentement, la principale méthode de résolution exacte pour les PTVs est la génération de colonnes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude des algorithmes de génération de colonnes et proposons de nouvelles idées pour améliorer leur efficacité. Dans le Chapitre 4, nous présentons une revue de littérature très exhaustive dans laquelle nous mettons en évidence les principales contributions algorithmiques et de modélisation apportées au cours des dernières années dans la cadre du développent des algorithmes de génération de colonnes et de plans coupants intégrés à des méthodes d'énumération implicite pour le PTV. Notre étude est divisée en deux parties principales. Dans la première partie, nous présentons des aspects qui peuvent s'appliquer à la plupart des variantes de PTV, à savoir : des algorithmes de résolution du sous-problème de la génération de colonnes, la séparation de plans coupants, les stratégies de branchement et la stabilisation des variables duales dans le problème-maître. La deuxième partie est dédiée à la résolution de problèmes spécifiques. Dans cette partie, nous discutons comment les spécificités de chaque problème peuvent êtres traitées lors du développement des algorithmes d'énumération implicite combinant génération de colonnes et plans coupants. On étude les attributs suivants : l'existence d'une flotte hétérogène et des dépôts multiples, la considération de fenêtres de temps souples chez les clients, la possibilité d'effectuer des livraisons fractionnées, les coûts dépendant du temps, la réalisation de cueillettes et livraisons, la présence d'incertitude dans les données et des aspects environnementaux. Dans le Chapitre 5, nous proposons un algorithme sélectif pour résoudre des sous-problèmes de la génération de colonnes afin de générer des routes relaxées de type arc-ng. Notre méthode considère une généralisation de la dominance par ensemble proposée par Bulhões et al. [1]. Les résultats numériques obtenus sur des instances du PTV avec fenêtres de temps montrent que le nouveau mécanisme aide à réduire le nombre d'étiquettes non-dominées dans l'algorithme d'étiquetage utilisé pour résoudre le sous-problème et, par conséquent, le temps de calcul. Enfin, dans le Chapitre 6, nous présentons une nouvelle méthode de stabilisation pour des POCs avec des structures qui favorisent l'parution de dégénérescence. Le nouvel algorithme de stabilisation, appelé dyn-SAR, est basé sur la séparation dynamique de contraintes agrégées, qui sont obtenues en additionnant des contraintes du problème maître de génération de colonnes. L'effet de stabilisation induit par dyn-SAR provient des fortes interactions qui surviennent entre les variables duales, ce qui n'est pas observé lors de la résolution explicite d'une formulation de partition d'ensemble (recouvrement / empaquetage). L'intérêt principal pour l'utilisation du dyn-SAR est dû à sa simplicité et généralité. Ce dernier aspect est confirmé dans nos expériences, où nous considérons des problèmes dont la fonction objectif et le sous-problème de génération de colonnes sont considérablement différents. Les résultats numériques montrent un avantage important du dyn-SAR par rapport à une méthode de génération de colonnes standard en termes de nombre d'itérations et de temps de calcul.  ABSTRACT: Several applications arising in the context of logistics and production planning can be modeled as combinatorial optimization problems (COPs). In particular, one of the most studied problems in this field is the vehicle routing problem (VRP). The VRP is the problem of finding least-cost routes to visit a set of customers in such a way that their demand is completely satisfied in a single visit, and the capacity of vehicles is not exceeded. Nowadays, the leading exact method to cope with different classes of VRPs is column generation (CG). In this thesis, we are interested in studying CG algorithms and propose new ideas to enhance their efficiency. In Chapter 4, we present a methodological survey in which we highlight and discuss the main algorithmic and modeling contributions made over the years in the context of branch-priceand-cut methods for VRPs. Our study is divided into two main parts. In the first part, we discuss topics that may apply to most VRPs variants, namely: pricing algorithms, cut separation, branching strategies, and dual variable stabilization. The second part is more problem-oriented and describes how aspects such as heterogeneous fleet, multi-depots, soft time windows, split deliveries, time dependency, pickups and deliveries, uncertainty, and environmental aspects can be handled in devising branch-price-and-cut algorithms. In Chapter 5, we propose a selective pricing algorithm to solve pricing subproblems defined in terms of arc-ng-route relaxations. Our method extends the set-based dominance rule proposed by Bulhões et al. [1], making it more general and stronger. Computational experiments performed over instances of the VRP with time windows show that the proposed mechanism helps in reducing the number of non-dominated labels kept by the labeling algorithm and, as a consequence, the CPU time. Finally, in Chapter 6, we develop a new stabilization framework to tackle COPs with degenerate structures. The new stabilization method, called dyn-SAR, relies on the dynamic separation of aggregated constraints, which are obtained by summing up constraints from the CG master problem. The stabilization effect induced by dyn-SAR is due to strong interactions that arise from dual variables, which is not observed when solving explicitly a set-partitioning (covering/packing) formulation. The main interests in using the dyn-SAR method are its simplicity and generality. The latter aspect is confirmed in our experiments, where we solve instances from problems differing considerably in their objective function and pricing subproblem. Numerical results show a clear advantage of dyn-SAR over a standard CG method in terms of both the number of iterations and running time.


identifier: Visentin, F. (2020). Drinking water treatment of sources containing cyanobacterial blooms with Vacuum UV (VUV)  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Assurer l'accès à l'eau potable peut être difficile pour les services d'approvisionnement en eau lorsque leur source d'eau est périodiquement affectée par les proliférations d'algues. Une solution potentielle à court terme ou temporaire est de changer la source d'eau à une autre source exempte d'algues. Cependant, cette solution est souvent impossible en raison des vestissements requis pour modifier les infrastructures hydrauliques existantes ainsi que par manque de ressources financières.  ABSTRACT: Ensuring access to safe drinking water can be challenging for water utilities when their source water is periodically impacted by algae blooms. A potential short-term solution is to change the water supply to another source free of algae. However, this is most often impossible due to the investments required to modify the existing water infrastructures and the lack of financial resources.Seasonal algal bloom usually occurs in summer and early autumn. During a bloom event, the production of compounds responsible for taste and odor (T&O), such as 2-Methylisoborneol (MIB) and geosmin (GSM), and the potential production of toxins must be monitored and controlled.


identifier: Gharib, I. (2020). Portable 3D Interferometric Microscopy for Microfluidic-Based Platforms  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de maitrise s'intitule dans le cadre de la technologie des Organes-sur-puces visant comme perspective l'examen de médicaments. Prenant un cas concret celui du traitement du Cancer, l'idée constructive est de créer un microenvironnement 3D simulant les interactions entre les cellules cancéreuses, il s'est avéré que leurs comportements est similaire à celles vivantes dans le vrai environnement biologique. Un réseau de microcapteurs doit être réalisé pour mesurer les di˙érents paramètres de l'activité cellulaire, à savoir le pH, Glucose, Lactate et l'urée. Ces paramètres permettent d'évaluer le degré de l'eÿcacité du médicament ajouté tout en mesurant le niveau d'activité de ces cellules, leur métabolisme ainsi que leur pro-lifération. Outre que cela, pour éviter toute intervention risquée sur l'animal ou sur le corps humain, cette plateforme conçue représente une solution alternative pour le développement et la vérification de nouveaux médicaments. La mesure de ces paramètres biochimiques en 3D et en temps réel représente le défi majeur de ce projet. A ce propos, un système hybride optique-microfluidique non invasif est proposé mesurant les valeurs de la durée de vie de la fluorescence dans chaque endroit de l'environnement 3D et en se basant sur la technolo-gie DMD (digital micromirror device) pour deviser et diriger la lumière vers les directions voulues. Tout changement dans la valeur de cette durée de vie donne des informations sur le changement des spécifications biochimiques dans l'échantillon. Les déférentes parties de ce système ont été conçues de telle sorte qu'elles soient intégrables et donc permettre d'avoir un instrument facile à utiliser transportable dans des endroits de températures et d'oxygènes présentant des milieux favorables pour les cellules biologiques.  ABSTRACT: This master degree project is within the context of Organs-On-Chip technology for the main purpose of drug testing related to Cancer treatment, for example. This can be done by cre-ating a 3D micro-environment in which Cancer cells could interact like those who are in the real biological environment. A sensor network should be designed to measure the variation of cells activities, such as pH, Glucose, Lactate and urea. The measurement of these parameters is a strong tool to validate the eÿciency of the injected drug, by determining the level of cells activity, their metabolism and their proliferation. Thus, to avoid any intervention risk on an-imal or human body, this designed platform represents an alternative solution for developing and verification of new drugs. The measurement of these biochemical parameters in 3D and in real time is the main challenge in this project. Therefore, a new hybrid opto-microfluidic non invasive system was proposed while measuring the fluorescence lifetime in every location inside the 3D environment and based on DMD (digital micromirror device) technology to drive the excitation light beams to the desired directions. Any change in this lifetime value gives information about biochemical specifications change in the sample. This proposed system was designed and fabricated in a way that we can have a full integrated instrument that can be easily introduced inside cell culture incubators for a specific temperature and oxygen required by biological cells to survive.