identifier: Toche Fumchum, L. B. (2017). Set-Based Prototyping in the Context of the Configurable Virtual Product: The Construction of the Learning Value Streams (LVS) Model  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La présente thèse de doctorat est le résultat de sept années de recherche intervention dans les domaines de la conception et du développement de produits suivant le paradigme lean en aérospatial. Cette recherche action est motivée par la nécessité de développer les connaissances ainsi que les outils appropriés pour le développement de produits suivant l'approche lean (LPD pour Lean Product Development) et en particulier celle de l' « ingénierie concourante fondée sur les options de conception » (SBCE pour Set-Based Concurrent Engineering) en aérospatial. Une telle nécessité se justifie par les facteurs socioéconomiques du 21ème siècle qui imposent des approches de conception et développement toujours plus robustes, résilientes, réactives, flexibles, innovantes et adaptables face aux fluctuations du marché et à la demande des consommateurs qui évolue rapidement, ceci afin de permettre aux compagnies de demeurer  compétitives. L'objectif principal de la recherche, au vue de tels impératifs, est d'identifier, pour ensuite développer et intégrer dans un modèle holistique, les aspects, les caractéristiques et les catalyseurs essentiels des approches LPD et SBCE appliquées à l'industrie aérospatiale de façon à supporter l'implémentation à grande échelle de telles approches, et ce, dans une optique sousjacente de gestion de cycle de vie du produit (PLM pour Product Lifecycle Management). La planification et l'exécution du projet de recherche sont réalisées en respectant une méthodologie éprouvée en conception (DRM pour Design Research Methodology) afin de focaliser les résultats sur l'avancement des  connaissances et de la pratique du LPD et SBCE en tant qu'approches de conception. La recherche apporte en conséquence des contributions majeures à ces champs d'étude tout en prescrivant une méthodologie de transformation des processus et outils de développement de produits dans l'industrie par le biais de l'implémentation du modèle de « chaines de valeur apprenantes » (LVS pour Learning Value Streams). Plus en détails, les contributions aux avancées scientifiques et pratiques dans le domaine vont comme suit : (1) La proposition d'un nouveau cadre d'analyse de la littérature SBCE, ainsi qu'une méthodologie de revue systématique fondée sur des données probantes; (2) L'avancement des connaissances théoriques et pratiques du LPD et SBCE des aspects les plus généraux aux plus significatifs; (3) L'avancement des connaissances théoriques et pratiques sur la modélisation et les structures de produit requises dans une optique de gestion de cycle de vie du produit  ABSTRACT: The work reported in this thesis is the result of seven years of participatory action research in the field of Lean Product Development (LPD) in aerospace engineering. This research is motivated by the necessity to develop understanding and support for practical implementations of lean product development and especially Set-Based Concurrent Engineering (SBCE) in industry. Such necessity is justified by 21st century compelling socioeconomic factors that demand robust, resilient, responsive, flexible, innovative, adaptable and lean product development processes in order for companies to stay competitive in rapidly changing markets. The main purpose of the research is to identify and develop the essential SBCE and LPD aspects, characteristics, features and catalysts as they relate to aerospace large-scale industrial product development in order to form a holistic model that can support practical implementations of LPD in industry from a product lifecycle perspective. A design research methodology (DRM) is used for planning and executing the design research project while ensuring that focus is placed on achieving progress with regards to understanding and implementation of SBCE and LPD as Design practices. As a result, this thesis work provides substantial contribution to understanding of LPD and SBCE and furthermore, entails valuable proposal for the practice in industry through the CCS model and the construction of the Learning Value Streams (LVS) model. Major contributions to the advancement of scientific knowledge and practice in the fields are as follows: (1) The proposal of a new SBCE dual analysis framework combined with an evidence-based systematic review methodology; (2) The advancement of theoretical and practical understanding of LPD and SBCE from the larger to the most significant aspects; (3) The advancement of theoretical and practical understanding of product models and product structure progression requirements for lean product lifecycle management; (4) the proposal of a new methodology, including new as-tested structure to support cross-collaboration during prototyping and testing in lifecycle management contexts; (5) The proposal of a new existential domain alongside the functional, technological and physical domains in order to address the lack of product modelling constructs and methodology when it comes to service or as-tested configurations, hardware testing transactions and prototype information tracking on the basis of


identifier: Bitar-Nehme, E. (2017). Modélisation des erreurs thermiques des machines-outils numériques à cinq-axes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les erreurs thermiques des machines-outils numériques à cinq-axes sont la cause principale des erreurs quasi-statiques qui limitent la précision d'usinage de ces machines. Ce travail de recherche présente la méthodologie adoptée pour mesurer, modéliser et compenser les erreurs thermiques d'un centre d'usinage dues à la variation de son état thermique et de l'historique de son activité. Une approche expérimentale est adoptée, qui consiste à varier l'état thermique de la machine en exerçant ses axes selon différents cycles de chauffage et de refroidissement. Les écarts volumétriques dans le volume de travail de la machine sont périodiquement mesurés, ainsi que la puissance réelle des 5 axes et de la broche. Plusieurs capteurs et accessoires sont spécialement conçus ou adaptés pour garantir une stabilité thermique et permettre une mesure rapide et nette de l'erreur thermique. Une analyse volumétrique détaillée des erreurs thermiques permet de comprendre le comportement thermique volumétrique de la machine-outil, en particulier les axes qui causent les erreurs les plus importantes, les effets observés sur le comportement volumétrique de la machine, ainsi que les interactions thermiques des axes voisins. L'analyse volumétrique a permis d'identifier les axes rotatifs comme étant les causes principales des erreurs thermiques de la machine. Une étude plus approfondie des erreurs géométriques paramétriques utilise la méthode SAMBA, qui modélise ces erreurs et permet leur estimation. Les résultats permettent d'identifier les paramètres dominants d'erreurs thermiques. La modélisation de ces paramètres dominants est faite en fonction de la mesure de la consommation de puissance des axes rotatifs par la superposition de fonctions de transfert de 1er ordre à une entrée et une sortie. L'efficacité du modèle thermique est validée par deux méthodes. La première validation est faite par la comparaison de la simulation du modèle avec les mesures obtenues par un nouveau test qui utilise des séquences de chauffage complètement différentes. La deuxième validation consiste en un test d'usinage exécuté à la suite d'une routine de chauffage aléatoire, où la comparaison des coupes compensées et non-compensées met en évidence l'efficacité du modèle thermique. En résumé, cette recherche a contribué à la compréhension du comportement thermique de la machine-outil. Elle a aussi définit une méthodologie efficace de mesure, de modélisation et de compensation des erreurs thermiques.  ABSTRACT: Thermal errors of five-axis numerical machine tools are the main cause of quasi-static errors which limit the machining accuracy of these machines. This research presents the methodology adopted to measure, model and compensate the thermal errors of a machining center caused by the variation of its thermal state and its activity history. An experimental approach is adopted, in which the thermal state of the machine is altered by different heating and cooling routines of all machine axes. Volumetric errors in the machine work volume are measured periodically, as well as the true power of the 5 axes and the spindle. Several sensors and accessories are specifically designed or adapted to assure a thermal stability and allow a quick and clear measurement of the thermal error. A detailed volumetric analysis of thermal errors allows a comprehension of the thermal volumetric behavior of the machine tool, in particular the axes causing the biggest errors, the observed effects on the machine's behavior and the thermal interactions between neighboring axes. The volumetric analysis identified the rotary axes as the main cause of machine's volumetric error. A more detailed study of the parametric geometric errors is performed using the SAMBA method, which models these errors and estimates them. The results allowed the identification of dominant thermal error parameters. These dominant parameters are modelled as functions of the measured rotary axes power consumption by the superposition of single-input single-output first order transfer functions. The thermal model efficiency is validated using two methods. The first validation is done by comparing the model simulation to the measurements of a new test having different heating sequences. The second validation consists of a machining test that follows an arbitrary heating routine, where the comparison of compensated and uncompensated cuts highlights the thermal model's efficiency. In summary, this research contributed to the understanding of the thermal behavior of the machine tool. It also defined an efficient methodology for measuring, modelling and compensating thermal errors.


identifier: Hidouche, A. (2017). Étude des écoulements critiques (bloqués) pour des fluides aux états sous et sur critiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les investissements en R & D au niveau mondial sont déterminés pour permettre le développement d'une filière nucléaire plus moderne, c.-à-d. qu'elle doit remplacer la technologie actuelle. Le forum international de Génération IV a proposé six concepts nouveaux de réacteurs nucléaires dont les enjeux sont la compétitivité économique, la sûreté et la résistance par rapport à la prolifération. Le concept du SCWR, «Supercritical Water-Cooled Reactors», un des réacteurs proposés par le forum, utilise de l'eau dans son état supercritique c.-à-d. au-dessus de son point critique thermodynamique comme fluide de refroidissement. Il est envisagé que ceci permettra une température du caloporteur à la sortie qui peut varier entre 773K à 898 K, l'enthalpie du flux de sortie sera beaucoup plus élevée et donc le rendement sera augmenté sans la crise d'ébullition qui conduit à des risques de flux de chaleur critique (assèchement et/ou caléfaction). Par contre les analyses de sûreté pour les SCWR sont peu nombreuses. Le présent travail de recherche s'inscrit dans ce cadre, en proposant une étude de phénomènes physiques qui peuvent avoir lieu lors d'un accident de fuite de caloporteur pour les réacteurs à hautes pressions, suite à une rupture au niveau du circuit de refroidissement. D'abord on étudiera les cas des débits bloqués (choking flow), c.-à-d. le flux massique maximal atteint par un fluide compressible qui s'écoule d'un milieu sous pression vers un autre de pression plus faible. Ceci se produit lorsque la vitesse de l'écoulement atteint la vitesse sonique. Par la suite on abordera la présence de l'onde de choc, signifiant des variations très rapides de la masse volumique, de la pression et de la vitesse du fluide sur des distances très faibles. Une modélisation réelle du comportement thermo-hydraulique est donc importante si un pareil accident se produit. Une étude sur le débit bloqué pour le mélange diphasique eau-vapeur est effectuée en utilisant les modèles hydrodynamiques et aussi par le biais de l'estimation de la vitesse sonique, ainsi qu'en considérant l'hypothèse d'une masse volumique homogène pour le mélange. Pour les écoulements d'eau supercritique, nous proposons deux modèles pour calculer le débit maximal de fuite et nous présentons des résultats originaux du débit bloqué mesuré en utilisant une section d'essais divergente. Le premier modèle développé, considère que le fluide à l'état supercritique subit une détente polytropique qui lui permet de rester dans un état monophasique lors de sa décharge.  ABSTRACT: Global R&D investments were proposed to allow the nuclear industry to be developed, by replacing the current power reactor technologies. Within this framework, the International Forum of Generation IV proposed six new concepts of nuclear reactors focusing on economic competitiveness, safety and proliferation resistance. The concept of SWCR, "Supercritical Water-Cooled Reactors", one of the reactors proposed by the forum, uses water at supercritical conditions, i.e. above its thermodynamic critical state. It is expected that this condition will permit an outlet coolant temperature ranging between 773K to 898K to be achieved. Therefore, the enthalpy of the exit flow will be much higher and thus, the efficiency will be increased without the boiling crisis which can lead to risks of critical heat flux. Nevertheless, there are few safety analyses for SCWR's. To this aim, this thesis tackles the development of quantitative and qualitative studies of physical phenomena that can occur during a loss of coolant accident due to the eventual rupture of the cooling system, which can provoke a reactor vessel depressurization, compromising the integrity of the reactor core. One problem is related to the choking flow, which is the maximum mass flow rate of a compressible fluid flowing through nozzles, orifices and sudden expansions, i.e. when the flow's velocity reaches sonic speed. A second quite complex physical process is the presence of shock waves, which means very rapid variations in the density, pressure and velocity of the fluid over very small distances. A real modeling of the thermo-hydraulic behavior is therefore important to perform safety analyses for such types of accident A study on the choked flow phenomena for the two-phase liquid-vapor mixture is carried out using hydrodynamic models, also by estimating the sonic speed and considering the hypothesis of a homogeneous density for the mixture. In this work, we proposed two models to estimate the critical mass flux of supercritical water and we present original results of the choked flow measured using a divergent test section installed in a supercritical facility. In a first step we developed a simple model based on a polytropic thermodynamics process. We assumed that the flow can expand between complete thermal equilibrium fully irreversible and completely isentropic. It is obvious that such an approach means a transformation of the thermodynamic of the fluid remaining in a monophasic state along the discharge. A quite good agreement between the theoretical and experimental results was obtained using expansion coefficient n =1,15. A second model that includes viscosity effects is also presented in this thesis.


identifier: Morada, G. (2017). Experimental and Numerical Analysis of Impact Damage Progression in Sandwich Structures Designated for Stay Vane Extensions in Hydraulic Turbines  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Après des décennies de fonctionnement, une réhabilitation majeure des turbines hydrauliques existantes est nécessaire pour maximiser leur efficacité et leur rendement. Pour atteindre cet objectif, la meilleure solution est de modifier les profils hydrauliques d'avant-directrice en ajoutant une extension en matériaux composites. Malgré leur utilisation croissante, les matériaux composites sont sensibles aux dommages causés par les objets extérieurs. La détection des dommages internes, la prédiction de la propagation de dommages et l'amélioration de la résistance aux dommages restent la principale préoccupation dans le domaine des matériaux composites. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier, à l'aide d'outils expérimentaux et numériques, la résistance aux dommages des panneaux sandwich avec une âme hybride soumise aux impacts à faible vitesse. Le comportement de structures sandwiches soumises aux impacts à faible vitesse a été évalué en termes de force de contact, d'absorption d'énergie, de propagation des dommages et de modes de rupture. En premier lieu, la réponse au choc de la peau du sandwich fabriquée avec un stratifié non-tissé (NCF) a été étudiée à l'aide d'une tour de chute instrumentée. Un modèle 3D de viscoplastique-dommage a été développé pour prédire la propagation de dommages dans un stratifié NCF. Le modèle numérique a été implémenté dans le logiciel de calcul d'éléments finis LS-DYNA/explicit. Le comportement non-linéaire en cisaillement du modèle proposé a été défini en considérant la dépendance au taux de déformation et la charge d'inversion symétrique. L'efficacité et la précision du modèle ont été vérifiées en comparant les résultats numériques avec ceux obtenus à partir des essais de cisaillement et des essais d'impact à faible vitesse. De plus, les effets de vitesse de déformation sur la résistance aux dommages des stratifiés NCF a été étudié. En second lieu, des analyses expérimentales et numériques pour structures sandwiches avec une âme en ATH/époxy soumises aux impacts à haute énergie et à faible vitesse ont été réalisées. La raison de cette recherche est que pour une nouvelle solution de réhabilitation de la turbine est fortement requis d'utiliser des matériaux qui peuvent absorber les charges d'impact à haute énergie et préserver un niveau d'intégrité structurale élevé. vi  ABSTRACT: After decades of operation, a major rehabilitation of existing hydraulic turbines is required to maximize their efficiency and output. To achieve this aim, the best solution is to modify the hydraulic profiles of stay vanes by adding composite extension structures to the original stay vanes. Nowadays, composite materials have found their way into different industrial fields due to their advantage over metals or metal alloys. Despite their increasing use, composite materials are sensitive to impact damage induced by foreign objects. Detecting internal damage, predicting damage progression and improving damage resistance is still the major concern of composite materials. The main objective of this thesis was to investigate low-velocity impact damage resistance of sandwich panels with a hybrid core using experimental and numerical tools. The impact behavior of sandwich panels was evaluated in terms of contact force, energy absorption, damage propagation and failure modes. First, the impact response of sandwich face sheets made with non-crimp fabrics (NCF) laminate was studied using an instrumented drop weight impact machine. A 3D viscoplastic-damage model was developed to predict damage growth in NCF laminate. The numerical model was implemented in LS-DYNA/explicit. The nonlinear shear-strain behaviour of numerical model was defined by considering the strain rate dependence and symmetric reversal load. Efficiency and accuracy of the model were verified by comparing the numerical results with the experimental results obtained from shear tests and low-velocity impact tests. In addition, the effects of strain rate on impact resistance of NCF laminate was studied. Second, experimental and numerical analysis of ATH/epoxy core sandwich panels subjected to low-velocity impact loads were performed. The reason for this investigation is that, for a new solution of turbine rehabilitation is strongly required to choose the composition materials which can absorb higher impact loads and preserve a high margin of structural integrity. The numerical model includes a viscoplastic model for describing the ATH/epoxy core behavior. The capability of the proposed model in the prediction of damage growth was demonstrated by comparing the numerical results with experimental data. Additionally, the contribution of each sandwich component in energy absorption was evaluated.


identifier: Arbaiza Guzman, A. (2017). Dynamic Numerical Analysis of the Response of the Franklin Falls Dam to the 1982 Gaza (New Hampshire) Earthquake  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les effets néfastes des tremblements de terre sur les structures sont connus depuis des millénaires. Cependant, il a été récemment reconnu que les conditions régionales et locales influent de manière significative sur l'intensité et les caractéristiques du tremblement de terre, et donc sur l'ampleur et la structure des dommages (Seed et Idriss 1969). Par exemple, des différences importantes dans les caractéristiques sismiques de la côte ouest et de la côte est de l'Amérique du Nord sont attribuées aux différences dans les structures géologiques régionales. Les mouvements du sol sur la côte est sont caractérisés par des fréquences plus élevées et une atténuation moindre de l'énergie (p. ex. accélération du sol ou contenu énergétique) avec la distance de la source du tremblement de terre que sur la côte ouest (Tremblay et Atkinson 2001).  ABSTRACT: The damaging effects of earthquakes on structures have been known for millennia. However, it has been recently acknowledged that regional and local conditions significantly influence the intensity and characteristics of earthquake shaking and thus the magnitude and pattern of damage (Seed and Idriss 1969). For instance, important differences in earthquake characteristics in the west coast and east coast of North America are attributed to the differences in the regional geological structures. Due to relatively harder and more intact bedrock, ground motions on the east coast are characterized by higher frequencies and less attenuation of the energy (e.g. peak ground acceleration or energy content) with distance from the earthquake source than those on the west coast (Tremblay and Atkinson 2001).


identifier: Ouellet, L.-D. (2017). Impact de l'utilisation d'un polymère biosourcé sur la réduction du colmatage en filtration granulaire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Afin de faciliter la filtration, l'eau potable subit généralement un prétraitement chimique. Bien souvent, le floculant utilisé dans les installations est un polyacrylamide (PAM), un polymère organique synthétique efficace, mais visqueux et colmatant. De plus, le PAM contient une concentration résiduelle du monomère, l'acrylamide, qui est susceptible d'être cancérigène pour l'être humain. Son utilisation en eau potable est donc réglementée, typiquement en limitant le dosage maximal de PAM applicable durant le traitement en fonction de la pureté du produit. Alternativement au PAM, des polymères à base d'amidon activée sont disponibles commercialement depuis quelques années. Ces produits ne contiennent pas d'acrylamide et possèdent des caractéristiques distinctes du PAM.  ABSTRACT: To facilitate filtration, drinking water generally undergoes a chemical pretreatment. The flocculant used in the facilities is often a polyacrylamide (PAM), an effective synthetic organic polymer, but also viscous and causes clogging. Furthermore, PAM contains a residual concentration of the monomer, acrylamide, which is likely to be carcinogenic to humans. Its use in drinking water is therefore regulated, typically by limiting the maximum dosage of PAM applicable during the treatment depending on the purity of the product. As an alternative to PAM, activated starch-based polymers have been commercially available for some years. These products do not contain acrylamide and have distinct characteristics from PAM.


identifier: Gu, X. (2017). Lift Alteration at Low Angle of Attack Using Plasma Actuation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les surfaces de contrôle des avions traditionnels comprennent les volets, les becs, les ailerons, le plan horizontal et les systèmes mécaniques/pneumatiques associés, ce qui contribue grandement au poids total et à la consommation de carburant des avions. Diverses techniques de contrôle de l'écoulement ont été proposées et étudiées pour remplacer les surfaces de commande de vol traditionnelles, tel que les jets synthétiques et les actionneurs Micro Electro Mechanical Systems. L'actionneur plasma de type décharge par barrière diélectrique (DBD) est une alternative relativement récente qui est potentiellement plus efficace et robuste. Cet actionneur convertit l'électricité directement en quantité de mouvement de l'écoulement près de la surface via une ionisation partielle de l'air. L'actionneur à plasma est simple, facile à intégrer, non intrusif (protrusion faible à nulle) et a un temps de réponse rapide, ce qui le rend idéal pour les applications aérodynamiques. Le présent travail est une étude avancée de deux nouveaux concepts d'actionnement plasma pour augmenter la portance des ailes à faible angle d'attaque pour la commande de vol sans surfaces mobiles. Le premier est le plasma Gurney flap, qui consiste en deux actionneurs plasma placés dans le sens de l'envergure des deux côtés de l'aile près du bord de fuite pour augmenter la courbure des lignes de courant dans la région du bord de fuite. Le second est le plasma wing tip actuation pour lequel des actionneurs plasma sont placés le long de la corde dans la région du bout de l'ail pour bout de l'ail pour affecter le tourbillon marginal. Des évaluations individuelles antérieures des deux concepts avaient été faites avec des simulations numériques préliminaires et/ou des tests en soufflerie avec des ailes 2D de conception improvisée de profil asymétrique opérant à de très basse vitesses et angle d'incidence nulle. Les objectifs de ce projet de recherche sont l'évaluation de ces concepts pour des ailes à profils asymétrique et symétrique (pour les plan horizontal) ainsi que leur fonctionnement pour un angle d'incidence non-null et pour des ailes effilées et en flèche, et la prédiction du niveau de force d'actionnement requise pour des ailes et les plan horizontal de forme et taille réalistes dans les conditions d'opération d'un avion de ligne haut-subsonique typique. La méthodologie consiste à monter et faire les tests en soufflerie avec des mesures plus détaillées sur des ailes 2D bien conçues ayant des profils asymétrique et symétrique pour valider des outils de simulations numériques, qui seront ensuite utilisés pour évaluer les concepts pour des ailes 3D et à des conditions d'opération d'avions réels.  ABSTRACT: Traditional aircraft control surfaces consist of flaps, slats, ailerons, tail planes, and associated mechanical/pneumatic systems, which greatly contribute to the total weight and fuel consumption of airplanes. Various flow control devices have been proposed and studied to replace traditional flight control surfaces, such as synthetic jets and Micro Electro Mechanical Systems actuators. The recently developed dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuator is potentially a more effective and robust alternative. The DBD plasma actuator converts electricity directly into flow momentum near the surface through partial ionization of air. The plasma actuator is simple, easy to integrate, non-intrusive (low to zero protrusion) and has a fast response time, which makes it ideal for aerodynamic applications. The present work greatly advances the study of two novel plasma actuation concepts for lift enhancement of wings at low angle of attack for flight control without movable surfaces. The first is the plasma Gurney flap which consists of two spanwise DBD actuators placed on both sides of the wing near the trailing edge to change the flow curvature in the trailing edge region. The second is plasma wing tip actuation, in which chordwise DBD actuators are placed in the wing tip region to alter the wing tip vortex. Prior individual assessments of each concept had been carried out with preliminary CFD simulations and/or wind experiments using roughly built 2D extruded wings with an asymmetrical airfoil at very low speed and zero angle of attack. The objectives of this research are to assess these concepts for wings with both asymmetrical as well as symmetrical profiles (for use as tail planes); evaluate their effectiveness at a non-zero angle of attack and for tapered and swept wings; and predict the actuation requirements for full-scale realistic wings and tail planes under operating conditions of a typical high-subsonic commercial airliner. The methodology consists of setting up and carrying out more detailed wind tunnel experiments on well-designed 2D extruded wings with asymmetrical and symmetrical profiles to validate numerical tools, which are then used to assess the concepts for 3D wing geometries and at real aircraft operating conditions. Wind tunnel tests were carried out for test wings at 0° and 3° angle of attack, velocity from 8 to 20 m/s, Reynolds numbers ranging from 1.33 × 105 to 3.33 × 105, equipped with plasma actuators operating at actuation strength ranging from 55 to 90 mN/m. The measured parameters include lift moment, surface pressure distribution and velocity vector field (through PIV).


identifier: St-Pierre, C. (2017). Modélisation et représentation dans l'espace des phénomènes photoniques inélastiques en biophotonique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce présent mémoire s'intéresse à la modélisation mathématique pour aborder la spatialité de signaux de spectroscopie Raman et de fluorescence dans des problématiques d'assistance au diagnostic et d'aide à l'instrumentation. Dans un premier temps, ce mémoire expose une technique de simulation adaptée à un large spectre d'interaction photon-matière basée sur la résolution par tracé de chemin Monté-Carlo pour des domaines discrets. L'algorithme développé, le parcours caché des photons, supporte notamment les phénomènes linéaires, soit l'absorption et l'émission spontanée, les diffusions élastiques et inélastiques (Raman), les réflexions, les réfractions et la fluorescence. Le modèle a été conçu dans l'objectif d'être adapté à la complexité des milieux biologiques, soit la complexité des interactions et des géométries. La représentation discrète de l'espace est réalisée par Marching Cube et l'ensemble des phénomènes est simulé simultanément, pour plusieurs longueurs d'onde discrètes, afin de supporter les interactions entre les phénomènes (diaphonie) et de produire une solution physiquement exacte. La solution a été implémentée dans un format de calcul générique sur un processeur graphique par adaptation du pipeline 3D. L'algorithme présenté aborde aussi des méthodes pour limiter l'utilisation de la mémoire afin de présenter une solution non prohibitive aux phénomènes Raman et de fluorescence à plusieurs longueurs d'onde. De plus, la solution proposée intègre une caméra, une visualisation de la fluence et une visualisation 3D des photons afin d'être adaptée au domaine de la biophysique. Finalement, les algorithmes développés sont validés par la prédiction de résultats déterminés selon une base théorique et expérimentale. Le simulateur propose une méthode théorique pour calibrer les instruments de mesure optiques et pour évaluer la portée d'un signal. Dans un second temps, ce mémoire propose des méthodes de réduction de dimensionnalité pour optimiser la reconnaissance automatisée de volumes de données rattachés à des modalités optiques dans un contexte biomédical. Deux modalités optiques sont plus spécialement visées, soit la microscopie Raman et la tomographie en cohérence optique. Dans le premier cas, un outil effectuant des analyses chimiométriques a été mis au point pour reproduire les images de coloration histologique avec la microscopie traditionnelle. L'algorithme a été proposé pour des échantillons fixés sur des lames d'aluminium.  ABSTRACT: This master's thesis focuses on mathematical modelling to address the spatiality of Raman spectroscopy and fluorescence signals to assist instrumentation and diagnostics. Firstly, this thesis presents a simulation technique adapted to a broad spectrum of photon-matter interaction based on the Monte Carlo path tracing resolution for discrete domains. The developed algorithm, the hidden path of photons, notably supports linear phenomena, namely absorption and spontaneous emission, elastic and inelastic scattering (Raman), reflections, refractions and fluorescence. The model was designed with the objective of being adapted to the complexity of biological environments, of interactions and of geometries. The discrete representation of space is performed by Marching Cube and the set of phenomena is simulated simultaneously, for several discrete wavelengths, in order to support the interactions between the phenomena (crosstalk) and to produce a physically exact solution. The solution has been implemented in a general-purpose processing on graphics processing units format by adaptation of the 3D pipeline. The presented algorithm also addresses methods to limit the use of memory in order to present a non-prohibitive solution to Raman diffusion and fluorescence at several wavelengths. In addition, the proposed solution integrates a camera, a visualization of fluence and a 3D visualization of photons to be adapted to the field of biophysics. Finally, the algorithms developed are validated by the prediction of known results on a theoretical and empirical basis. The simulator represents a theoretical method for calibrating optical measuring instruments and determining the spatial range of a signal. Secondly, this thesis proposes dimensionality reduction methods to optimize the automated recognition of data volumes related to optical modalities in biomedical contexts. Two optical modalities are more specifically targeted, namely Raman microscopy and optical coherence tomography. In the first case, a tool performing chemometrics analysis was developed to reproduce histologic staining images with traditional microscopy. The algorithm has been proposed for samples fixed on aluminium microscope slides. By evaluating the contribution of the measured signal on an empty slide, algorithm seeks to evaluate the drop in concentration of the compounds of interest, making analogy to the gradual transparency in histology, thus offering a more faithful representation.


identifier: Malenfant-Corriveau, S. (2017). Proposition d'une méthode de développement d'ontologie pour un système expert en sécurité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: ABSTRACT: From some time now, the idea of ontology based knowledge representation has emerged as a potential solution to resolve problems in computer security, particularly concerning anomaly and intrusion detection systems. Such a proposal was made in the work of Sadighian (2015). Our work had for initial goal to extend this proposal for it to be applied concretely in the industry of computer security. While accomplishing this work, we noticed that the ontologies proposed by Sadighian (2015)were hard to apply in the context of an expert system implementation. For that reason, we decided to develop new ontologies for that specific use. However, we had to conclude that there is no existing method to do so. We then tried to find a sequence of steps for a method that could give the possibility of implementing an expert system and we obtained ATOM (“Abstractions Translation Ontology Method”), a six steps method to answer that need: 1. Natural language definition of requests; 2. Requests translation in SPARQL 3. Raw data specification; 4. Intermediary steps creation 5. Translation rules elicitation; 6. Ontology improvements The use of this method produces three artefacts that give the possibility to implement an expert system: 1. An ontology; 2. A translation diagram; 3. A specifications document.  ABSTRACT: From some time now, the idea of ontology based knowledge representation has emerged as a potential solution to resolve problems in computer security, particularly concerning anomaly and intrusion detection systems. Such a proposal was made in the work of Sadighian (2015). Our work had for initial goal to extend this proposal for it to be applied concretely in the industry of computer security. While accomplishing this work, we noticed that the ontologies proposed by Sadighian (2015)were hard to apply in the context of an expert system implementation. For that reason, we decided to develop new ontologies for that specific use. However, we had to conclude that there is no existing method to do so. We then tried to find a sequence of steps for a method that could give the possibility of implementing an expert system and we obtained ATOM (“Abstractions Translation Ontology Method”), a six steps method to answer that need: 1. Natural language definition of requests; 2. Requests translation in SPARQL 3. Raw data specification; 4. Intermediary steps creation 5. Translation rules elicitation; 6. Ontology improvements The use of this method produces three artefacts that give the possibility to implement an expert system: 1. An ontology; 2. A translation diagram; 3. A specifications document.


identifier: Ducharme, É. (2017). Détection d'intrusion à l'aide d'un système expert basé sur l'ontologie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: ABSTRACT: Computer attacks are an important reality today. Their ubiquity is explained by the fact that attackers can take advantage of the growing complexity of the information systems environment. This is due to a massive computerization of activities, such as the storage of personal data, and the integration of new technologies, such as wireless technologies. The lure of gain is increasing and the attack surfaces are bigger than ever. Traditional defence mechanisms are struggling to adapt to this heterogeneous environment due to the broad spectrum of information it contains. It is through detection rules that defence systems perform intrusion detection. Unfortunately, the languages in which these detection rules are written have several weaknesses. On the one hand, their writings require great expertise. On the other hand, these languages make it difficult to make concepts of different natures interact. Humans have been involved in the intrusion detection process to address this weakness. Thereby, intrusion detection is subject to human weaknesses, such as reliability and performance. We propose to computerize the intrusion detection process with the use of an expert system. This type of tool is a system that replicates the reasoning of a human expert. The expert system that we propose is DIOSE (Détection d'Intrusion avec l'Ontologie par un Système Expert). It will be based on ontologies, which are methods of representation of knowledge that make it possible to explain a concept so that it can be understood by a machine. The uses of ontological database provide flexibility that makes it possible to move from a detection based only on events, to a detection based on both events, event contexts and vulnerabilities. This is to improve the detection of computer attacks by correlating different information collected. A representation of knowledge with the ontology will also allow to use the abstraction to bring the language of the rules of detection of intrusion closer to the language of the expert.  ABSTRACT: Computer attacks are an important reality today. Their ubiquity is explained by the fact that attackers can take advantage of the growing complexity of the information systems environment. This is due to a massive computerization of activities, such as the storage of personal data, and the integration of new technologies, such as wireless technologies. The lure of gain is increasing and the attack surfaces are bigger than ever. Traditional defence mechanisms are struggling to adapt to this heterogeneous environment due to the broad spectrum of information it contains. It is through detection rules that defence systems perform intrusion detection. Unfortunately, the languages in which these detection rules are written have several weaknesses. On the one hand, their writings require great expertise. On the other hand, these languages make it difficult to make concepts of different natures interact. Humans have been involved in the intrusion detection process to address this weakness. Thereby, intrusion detection is subject to human weaknesses, such as reliability and performance. We propose to computerize the intrusion detection process with the use of an expert system. This type of tool is a system that replicates the reasoning of a human expert. The expert system that we propose is DIOSE (Détection d'Intrusion avec l'Ontologie par un Système Expert). It will be based on ontologies, which are methods of representation of knowledge that make it possible to explain a concept so that it can be understood by a machine. The uses of ontological database provide flexibility that makes it possible to move from a detection based only on events, to a detection based on both events, event contexts and vulnerabilities. This is to improve the detection of computer attacks by correlating different information collected. A representation of knowledge with the ontology will also allow to use the abstraction to bring the language of the rules of detection of intrusion closer to the language of the expert.


identifier: Louyot, P. (2017). Synthèse de catalyseur de Fischer-Tropsch assistée par ultrasons  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Chaque année, 140 milliards de mètres cubes de gaz naturel sont torchés au niveau des sites d'extraction de pétrole. Ce gaz provient des réservoirs de combustibles fossiles, et remonte dans le puits en compagnie des hydrocarbures liquides lors de son extraction. Le torchage consiste à brûler ce gaz en sortie de puits. C'est la solution la plus simple à mettre en place pour éviter de relâcher du gaz naturel (principalement du méthane) dans l'atmosphère ; il n'est en effet pas viable économiquement de transporter cette matière première par gazoduc, en particulier depuis les sites de forage reculés. Le torchage de gaz naturel contribue ainsi à hauteur de 300 millions de tonnes de CO2 aux émissions de gaz à effet de serre annuelles, soit près de 1 % des émissions mondiales. Cette pratique est aussi source de pollution locale autour des sites d'extraction, et constitue un gaspillage important de ressource énergétique. Une alternative au torchage est de convertir sur place le gaz naturel (GN) en hydrocarbures par un procédé mini-GTL (Gas-To-Liquid) : le GN est transformé en gaz de synthèse par oxydation catalytique partielle, puis en chaînes carbonées par la réaction de Fischer-Tropsch à 300 °C. Cette deuxième étape est une réaction de polymérisation et également une catalyse hétérogène : elle se produit à la surface de catalyseurs métalliques, principalement de fer ou de cobalt. La conversion des catalyseurs de Fischer-Tropsch de type supportés augmente avec la proportion en métal, et les méthodes de synthèses actuelles requièrent généralement plusieurs étapes d'imprégnation pour atteindre des chargements métalliques élevés, ce qui représente plusieurs jours ouvrables pour la seule étape d'imprégnation.  Ce projet de maîtrise porte sur la conception d'un catalyseur de Fischer-Tropsch synthétisé par imprégnation assistée d'ultrasons, dans le contexte de la conception d'un réacteur mini-GTL. Les objectifs spécifiques du projet sont de synthétiser, caractériser et tester un catalyseur actif pour la réaction de Fischer-Tropsch dans les conditions d'un réacteur mini-GTL. La particularité de la procédure de synthèse retenue est qu'elle repose sur l'utilisation d'ultrasons. L'emploi d'ondes ultrasoniques lors de l'imprégnation tire parti de la cavitation acoustique — l'effondrement de bulles de gaz dans une solution liquide. De manière générale, la sonication améliore la dispersion des espèces actives des catalyseurs et augmente leur aire de surface ; elle augmente également le taux de transfert de matière dans la solution où se produit l'imprégnation, ce qui a pour avantage d'intensifier en temps les procédés chimiques. Au cours de ce projet, et pour la première fois, la sonication est appliquée pendant l'intégralité de l'imprégnation du catalyseur de Fischer-Tropsch. L'influence parallèle du barbotage d'argon dans la solution imprégnée est aussi étudiée. Après séchage et calcination, le catalyseur obtenu est caractérisé par SEM, XPS, BET, PSD et TGA. Ces analyses confirment la dispersion efficace des sites actifs sur la surface du support après imprégnation assistée par ultrasons. Elles montrent aussi que le barbotage d'argon pendant l'imprégnation atténue l'intensité de la cavitation acoustique, ce qui fournit un moyen de contrôle sur l'aire de surface et le diamètre médian du catalyseur. Ce dernier est ensuite testé dans un réacteur à lit fixe. Une première série de tests catalytiques étudie le comportement de catalyseurs de fer, avec ou sans promotion par le cobalt, synthétisés avec barbotage d'argon, à 220 °C et 270 °C. Ces tests mènent à une désactivation rapide des catalyseurs, attribuée à la réaction de Boudouard. Le catalyseur 15%(Fe)/ Al2O3 (non-promu par le cobalt) étant le plus performant, il est étudié dans un test supplémentaire où le temps de résidence est augmenté à 3 s en diminuant le débit entrant de réactifs. Les taux de conversion obtenus sont alors stables, pendant 120 h de test. La conversion du monoxyde de carbone atteint 79 %, le rendement envers les espèces C2+, 39 %. Le catalyseur 15%(Fe)/Al2O3 produit principalement des chaînes carbonées légères, et se caractérise par une probabilité de croissance de chaîne α de 0.66, typique des catalyseurs de fer testés à haute température. Ces résultats sont d'autant plus satisfaisant qu'ils sont obtenus après une étape d'imprégnation six fois plus courte que les méthodes traditionnelles, ce qui confirme l'intérêt de la cavitation acoustique comme technique d'intensification des procédés pour la synthèse de catalyseur de Fischer-Tropsch. En raison de la température d'opération du test (270 °C), le catalyseur est également actif pour la réaction parallèle de conversion du gaz à l'eau. À l'avenir, cet effet pourrait être atténué en modifiant la procédure d'activation du catalyseur ou en employant du dioxyde de carbone comme réactif, ce qui rendrait le catalyseur compatible avec les conditions d'opération de la réaction de Fischer-Tropsch au sein d'une unité mini-GT  ABSTRACT: The oil extraction industry flares annually 140 billion cubic meters of natural gas. This gas exits oil wells together with liquid hydrocarbons. Its recovery for oil wells in remote places is challenging, because the cost of pipeline facilities is prohibitive. In order to avoid direct venting in the atmosphere, this gas is burned (flared) at the oil wells exit. Gas flaring accounts for 300 million tons of the annual CO2 emissions (close to 1 % of global emissions). It also pollutes the local environment and wastes valuable energy resources. An alternative to gas flaring is to convert natural gas (NG) to paraffins and olefins with a mobile, integrated Gas-To-Liquid unit (GTL): NG is first converted to synthesis gas (H2+CO) by CH4 catalytic partial oxidation, followed by the Fischer-Tropsch (FT) reaction at 300 °C. This second step is a polymerization reaction as well as an heterogeneous catalytic reaction; it proceeds on the surface of metallic sites, mostly iron and cobalt. In the FT synthesis, the conversion of synthesis gas increases with metallic loadings. Traditional catalyst synthesis methods require several steps of impregnation to reach a high metal loading, which significantly increases the duration of the catalyst synthesis. This master project studies the design of a Fischer-Tropsch catalyst synthesized by ultrasound-assisted impregnation, within the context of a mini-GTL reactor. The specific objectives of the project are to synthesize, characterize and test a catalyst active for the Fischer-Tropsch reaction within the conditions of a mini-GTL unit. Ultrasound-assisted impregnation takes advantage of the cavitation phenomena: the collapse of gas bubbles inside a liquid solution. This process (sonication) increases active phase dispersion on supported catalysts, and increases surface area. It also improves mass transfer, which could shorten impregnation durations.  In this project, for the first time, Fischer-Tropsch catalysts are sonicated during the whole impregnation step of the synthesis. The effect of argon bubbling during impregnation is also studied. After impregnation, drying and calcination, the FT catalysts are characterized by SEM, XPS, BET, PSD and TGA. These analyses show efficient dispersion of the active phase on the support. Argon bubbling dampens the intensity of cavitation, which directly controls surface area and median diameter of the catalyst. After characterization, FT catalysts are tested in fixed bed reactor. A first set of experiments studies the catalytic behavior of iron catalysts synthesized with argon bubbling, with and without cobalt promotion, at 220 °C and 270 °C. These tests show rapid deactivation of the catalysts through coking, as a result of high inlet flow. The 15%(Fe)/Al2O3 catalyst shows the highest activity of this experiment set. It is hence tested at lower reagents flow rate. This time, reagents conversions are stabilized for more than 120 h on stream. CO conversion reaches 79 %, the yield toward C2+ products reaches 39 %. The catalyst selectivity towards light hydrocarbons is high, the chain growth probability being 0.66 which is typical of iron catalysts at high temperature. These results are obtained with an impregnation shorter than traditional methods by a factor of six. Hence the interest of applying sonochemistry techniques to the synthesis of the Fischer-Tropsch catalyst is confirmed. The temperature reaction being 270 °C, the catalyst is also active for the water-gas-shift reaction. A modification in the activation procedure, as well as the use of CO2 as a reagent, could allow an increase in the operating temperature, and would make the catalyst suitable for the FT reaction in the context of a mini-GTL reactor.


identifier: Lavoie, J. (2017). Performance, Stability and Erosivity of Nitrogen-Rich Gun Propellants  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs chercheurs considèrent que les approches actuelles au contenu énergétique de propulsifs ont atteint leur maturité et leurs limites. L'oxydation de molécules à base de carbone est l'approche utilisée depuis plusieurs décennies et a atteint son plein potentiel. Des structures sous forme de cage ont un contenu énergétique très élevé, mais restent dispendieuses. De plus, des défis supplémentaires en termes de vulnérabilité réduite, d'impact environnementaux et de réduction d'usure de systèmes d'armes. Il attendu des composés riches en azote qu'ils remédient à ces défis. Cependant, les efforts des scientifiques se sont principalement concentrés sur la synthèse de nouveaux composés riches en azote avec peu d'attention sur les effets de ces composés lorsqu'incorporés dans des poudres propulsives. Cette thèse vise à caractériser les effets de composés riches en azote dans des poudres propulsives en termes de performance, de stabilité et d'érosivité. Quatre composés riches en azote, soit le 5,5'-hydrazinebistétrazole (HBT), le 5,5'-bis-(1H-tetrazolyl)-amine (BTA), le nitrate de 5-aminotétrazolium (HAT-NO3) et le 3,6-dihydrazino-s-tétrazine (DHT) ont été incorporés en concentrations massiques de 5%, 15% et 25% dans un propulsif pour canon de type base triple. La triple base était composée de nitrocellulose, trimethylol éthane trinitrate et triéthylène glycol dinitrate. L'ajout de composés riches en azote a résulté en une augmentation de la vitesse de combustion dans tous les cas, cette augmentation atteignant jusqu'à 93% pour le BTA comparativement au propulsif de référence. Les exposants de pression et coefficients linéaires étaient hautement variés, certains exposants atteignant des valeurs indésirables de 1.4. La stabilité thermique à court terme et à long terme des propulsifs a aussi été évaluée. Le HBT et le BTA se sont avéré thermiquement stables à court terme et compatibles à long terme avec les esters nitrés. Le DHT et le HAT-NO3 se sont avérés peu compatibles avec les esters nitrés à long terme. Le DHT en particulier s'est avéré incompatible avec une décomposition autocatalytique. La baisse de stabilité due au HAT-NO3 est attribué à la dissociation partielle de ce dernier en l'acide et la base qui en sont les précurseurs, ce qui favorise la décomposition des esters nitrés dû à la présence d'acide nitrique. La décomposition autocatalytique des propulsifs incorporant du DHT est attribués aux effets oxydants des autres constituants et des produits de décomposition des autres constituants du propulsif. Les effets du HBT et BTA sur l'érosivité de poudres propulsives aussi été quantifié, une première dans la littérature scientifique des composés riches en azote. L'ajout de matériaux riches en azote a résulté en une diminution significative de l'érosivité des propulsifs comparativement à la formulation de référence. Cette diminution a aussi démontré que la modélisation semi-empirique de l'érosion de canons actuelle est potentiellement inadaptée aux propulsifs riches en azote étant donné que les modèles sont basés sur des propulsifs conventionnels et à faible vulnérabilité. Les effets des réactions entre l'acier de canon et l'azote sont un autre aspect qui est absent des modèles. De plus, les vitesses de combustion des propulsifs incorporant 35% de HBT et BTA ont été mesurés. Ces mesures ont mené à la découverte d'un changement significatif dans la cinétique de combustion des propulsifs qui est reflété par une augmentation des coefficients linéaires et une baisse des exposants. Finalement, une série d'heuristiques a été proposé pour guider les formulateurs dans la sélection de composés riches en azote. Ces heuristiques sont proposés au lieu de modèles puisqu'il a été déterminé que la création de modèles adéquats sera une entreprise importante et complexe.  ABSTRACT: It is believed that the current approaches to energetic content in gun propellants have reached their limits. Oxidation of molecules with a carbon backbone is the approach that has been in use for decades and has reached its full potential. Strain cage structures like CL-20 provide good energetic content but remain very expensive. Additional challenges in gun propellant design include reduced sensitivity, improved thermal stability, lowered environmental impact and reducing wear of gun systems due to propellants. Nitrogen-rich materials are anticipated to be a solution to these challenges without having to sacrifice performance. However, efforts have mostly been centered on the synthesis of new molecules with little attention paid to their effects in gun propellants. This thesis aims to fill this gap in energetic materials research by measuring the effects of nitrogen-rich materials in gun propellants. More specifically, the properties investigated were the performance, stability and erosivity of nitrogen-rich propellants. A total of four nitrogen-rich materials, 5,5'-hydrazinebistetrazole (HBT), 5,5'-bis-(1H-tetrazolyl)-amine (BTA), 5-aminotetrazolium nitrate (HAT-NO3) and 3,6-dihydrazino-s-tetrazine (DHT) were incorporated at concentrations of 5%, 15%, 25% and 35% (HBT and BTA only) in a modified triple base gun propellant. The triple base was composed of nitrocellulose, trimethylolethane trinitrate and diethylene glycol dinitrate. All nitrogen-rich materials resulted in a burning rate increase regardless of concentration with the burning increase reaching as high as 93% for 5,5'-bis-(1H-tetrazolyl)-amine. Significant changes in burning rate laws also indicated changes in the combustion kinetics of the propellants which were due to the nitrogen-rich materials. The thermal stability, both short-term and long-term, was evaluated for all propellants. BTA and HBT proved to have no significant effect on the long-term stability of the propellants and the short-term thermal stability of the propellants incorporating these materials remained within acceptable levels. Both DHT and HAT-NO3 proved to have poor long-term stability. The decrease of the stability of the propellant incorporating HAT-NO3 is attributed to the salt dissociating into its acid-base precursors which leads to accelerated decomposition of nitrocellulose due to nitric acid. Propellants incorporating DHT exhibited a catastrophic autocatalytic decomposition behavior. This behavior is attributed to the decomposition products of the other materials in the propellant oxidizing DHT which leads to its decomposition and further decomposition of the propellant. The effects of HBT and BTA on the erosivity of gun propellants were characterized, a first for nitrogen-rich materials in propellants. The addition of nitrogen-rich materials significantly lowered the erosivity of the propellants. It also demonstrated that current modeling of erosion may not be adequate for nitrogen-rich materials given their semi-empirical nature and the effects of nitrogen gas diffusing and reacting with the gun steel Finally, a set of heuristics based on the results obtained is proposed to help formulators with the initial screening of nitrogen-rich materials in gun propellant applications. These heuristics are proposed in lieu of models as it was discovered that such models could only be the result of a complex and important series of experimental works outside of the scope of a single PhD thesis.


identifier: Lapointe, F. (2017). Fabrication de composites carbone/PEEK par la pultrusion multi-filière assistée par le vide  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les industries automobile et aéronautique sont en constante recherche de matériaux plus légers permettant de réduire la consommation en carburant des véhicules durant leur vie utile. De plus, les préoccupations environnementales forcent maintenant ces industries à prendre en compte le traitement en fin de vie des pièces utilisées. Les thermoplastiques renforcés de fibres sont d'excellents candidats pour répondre à ces objectifs. Leurs haute rigidité et résistance spécifique permettent d'alléger les structures et la possibilité de les thermoformer et de les recycler permet d'éviter de les envoyer dans un site d'enfouissement en fin de vie. Par leur possibilité d'être thermoformés, ces matériaux permettent aussi le développement de nouvelles technologies comme des rivets en polymère renforcé de fibres pour assembler des pièces composites. La pultrusion est un procédé de fabrication de composite de type polymère renforcé de fibres permettant la production en continu de poutres à profil constant. Ce procédé présente un grand intérêt puisqu'il ne nécessite pas d'opérateur après son démarrage. De plus, l'utilisation de matrice thermoplastique en pultrusion permet des cadences de fabrications qui n'ont pas de limites théoriques. Cependant, l'utilisation de fibres fragiles et peu ductiles comme les fibres de carbone rendent le procédé instable. L'endommagement de ces fibres peut causer l'arrêt du procédé par leur accumulation à l'entrée des filières de pultrusion. De plus, l'utilisation d'une matrice thermoplastique de 2 à 3 ordres de grandeur plus visqueuse que les matrices thermodurcissables restreint l'imprégnation du renfort. L'objectif de l'étude est de déterminer les paramètres permettant la fabrication en continu de poutre bien imprégnée en carbone/polyetherethercétone unidirectionnel par la pultrusion. Tout d'abord, un appareil de pultrusion modulaire est mis en place et instrumenté. Ensuite, les facteurs affectant l'endommagement des fils sont étudiés. La tension dans les fils, le type de fil hybride, l'utilisation d'un module de préchauffage par contact, la géométrie des filières et la qualité du bobinage constituent les paramètres qui sont ciblés dans cette étude. Par la suite, deux techniques pour améliorer l'imprégnation sont étudiées. Augmenter le temps sous pression par l'utilisation de plusieurs filières de pultrusion subséquentes et utiliser de chambre à vide entre deux filières de pultrusion pour éliminer l'air emprisonné dans les fils. La température des filières de pultrusion et la vitesse de traction sont aussi étudiées. L'endommagement des fils a été caractérisé en observant la quantité de fibres brisées présentes dans l'écoulement arrière.  ABSTRACT: The automobile and aeronautics industry are in constant seek for lightweight materials allowing to reduce vehicle fuel consumption. Moreover, environmental concerns are now leading these industries towards the analysis of part disposal at the end of their useful life. Fiber reinforced thermoplastics are great candidates to fulfill these conditions. Their high specific strength and resistance allow to reduce the structural weight and their thermoforming and recycling properties allow them to be reused or recycled instead of going to the landfill. Their thermoforming properties enable the development of new technologies like fiber reinforced polymer rivet to join composite parts. The pultrusion is a manufacturing process allowing the continuous manufacturing of constant cross section beams of fiber reinforced plastics. The interest of this process lies in the fact that it does not need an operator once the process is started. Moreover, the usage of a thermoplastic matrix in pultrusion eliminate the theoretical pulling speed limit. However, fragile and non-ductile fibers like carbon fibers make the process unstable. The yarn damage can cause process interruptions if broken fibers accumulate at the entrance of the pultrusion die. Moreover, the usage of thermoplastic matrix, showcasing viscosities 2 to 3 orders of magnitude higher than the viscosity of thermosets, hinders the fiber bed impregnation. The goal of this research project is to find the parameters allowing the continuous pultrusion of well impregnated carbon/polyetheretherketone unidirectional composite. First, a pultrusion apparatus is manufactured and instrumented. Then, the factors having an impact on the fiber damage are investigated. The selected parameters to study are the yarn tension, the type of hybrid yarns used, the usage of a contact preheater, the die geometry and the quality of the fiber winding on bobbins prior to the pultrusion. Two impregnation enhancing techniques are then investigated. The usage of multiple subsequent pultrusion dies to increase the time under pressure, and the usage of vacuum to extract entrapped air in the yarns. The die system temperature and the pulling speed are also investigated. The yarn damage is characterised by observing the quantity of broken fibers in the backflow. The  impregnation quality is evaluated by measuring the void content and the in-plane shear strength of the manufactured beams. It was possible to manufacture without interruption and with minimal yarn damage using commingled yarns under a 3 to 5 N tension per yarns. The usage of a contact preheater was found to generate a lot of friction and greatly damaged the fibers.


identifier: Jimenez Builes, C. A. (2017). A Mixed-Integer Programming Model for an In-Pit Crusher Conveyor Location Problem  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les coûts de transport représentent environ la moitié du coût total de fonctionnement (d'exploitation) dans les grandes mines à ciel ouvert. Une manière de réduire les coûts de transport est de raccourcir les distances de transport en rapprochant le point de déchargement du camion ou même de le placer dans la mine. Il y a une tendance à utiliser des systèmes de convoyeurs à grande vitesse et à grande capacité, lesquels ont été très productifs. Les systèmes de transport camion-pelle qu'utilisent des convoyeurs comparés aux conventionnels offrent une rentabilité opérationnelle supérieure et une grande fiabilité du concassage dans la fosse, ce qui les rend plus attrayants pour les activités minières modernes. Les principaux éléments à considérer dans la planification minière pour implémenter un système de concassage dans la fosse sont la disposition du convoyeur et la position du concasseur.  ABSTRACT: Haulage costs account for around a half of the total operating costs in large open-pit mines. One way to reduce the haulage costs is to shorten the haulage distances by bringing the truck dump point closer or even into the mine. There is a tendency in the direction of the high speed, large capacity conveyor systems, and these arrangements have been very productive. Conveying and truck-shovel systems compared to conventional truck-shovel systems alone, provide operating cost efficiency and high reliability of in-pit crushing, making those types of systems more appealing to be implemented in modern mining activities. The main elements to be considered in mine planning to implement an in-pit crusher system are conveyor layout and crusher position.


identifier: Nguyen, D. Q. (2017). Commande collaborative d'un fauteuil roulant dans un environnement partiellement connu  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis des années, des chercheurs et des étudiants aux cycles supérieurs de trois universités au Québec ont travaillé au projet de réalisation d'un prototype d'un Fauteuil Roulant Motorisé Intelligent (FRMI). C'est un robot mobile équipé de capteurs, de caméras et de modules de contrôle permettant à la chaise roulante d'accomplir de nombreuses tâches autonomes avec assistance aux utilisateurs. Malgré le bon état d'avancement de ces travaux de recherche, il nous reste plusieurs aspects à améliorer et perfectionner. En effet, le fauteuil possède des modules de cartographie et localisation simultanées (Simultaneous Localization And Mapping (SLAM)), de navigation complètement autonome, et de contrôle collaboratif qui assiste les usagers en combinant les commandes de téléopération et autonomes. Pour utiliser le contrôle collaboratif, il faut déterminer une ou plusieurs destinations potentielles dans la carte de l'environnement. Avec les commandes données par l'utilisateur, le système estime son intention et l'aide à atteindre la destination. Pour les personnes âgées, les utilisateurs principaux des fauteuils roulants, il n'est pas concevable de naviguer pour créer la carte de l'environnement, de la lire et d'y placer des destinations potentielles. Pour simplifier la tâche de l'utilisateur, nous devons localiser le véhicule dans une carte connue a priori et utiliser cette carte dans un algorithme de SLAM et inférer automatiquement l'intention de l'utilisateur au cours de la navigation. Le but de ce projet est alors de compléter l'environnement de travail autour du module de contrôle collaboratif en améliorant le module de cartographie et de créer un module qui détermine des destinations potentielles dans la carte afin de les placer automatiquement dans l'environnement de navigation de la chaise. La réalisation de ces objectifs est accomplie par une étude du module de contrôle collaboratif, l'insertion de la carte connue a priori dans un algorithme de SLAM et la détection automatique de points d'intérêt dans cette carte. La première partie consiste à comparer des algorithmes de SLAM existants pour choisir le plus approprié à notre application. D'un autre côté, une technique de construction des données de SLAM à partir d'une carte de l'environnement est implémentée et testée grâce à un algorithme qui crée une carte de type SLAM à partir d'une génération de trajectoires virtuelles.  ABSTRACT: Researchers and students in three universities of Quebec, École Polytechnique de Montréal, University de Montréal and McGill University have been working on the Intelligent Powered Wheelchair (IPW) for many years. A wheelchair which has the ability to do some daily tasks with the help of sensors and computers was developed. It can navigate autonomously or create a map of the environment by itself. Therefore, it can be considered as a mobile robot. Despite the fact that the IPW is in a very advanced state and was developed for years, improvements can still be made. Indeed, the chair possessed a SLAM module to create a map and localize the chair in the environment, a navigation module which can navigate autonomously inside the map or assists the user to control the chair without ignoring their command by combining the autonomous navigation with the manual navigation. It is called shared autonomy. In order to use the shared autonomy, first of all, we need to determine the possible destination on the map. Then, the controller will analyse the manoeuver of the user and after that, it will guess the user's intention before leading the robot to the destination. For the main user of the wheelchair, the elderly, the utilization of such function is not obvious. In order to simplify the user's works, we need to locate the robot in the map and then define all the destinations automatically. The project completes the workflow of the shared autonomy control by improving the SLAM algorithm of the IPW and by creating a module which analyses the map and determines all the destinations. In this thesis, we analyse many methods of SLAM available before deciding to implement one in our chair. Second, we will modify the design of the algorithm so we can load a map before navigating by creating a virtual trajectory which navigate the existing map. Finally, we create a module that can find all the destinations in the map and manage to put it in the SLAM all automatically. We want to improve the user experience by simplifying its tasks. Our works can support the shared autonomy algorithm to reach as many patients as possible, even the one who are not used to modern technology.


identifier: Bruneau, J.-F. (2017). Évaluation de l'applicabilité du concept de zone à priorité piétonne au Québec  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La zone à priorité piétonne (ZAPP) est une section de rue ou un ensemble de rues, délimitée par des panneaux indiquant l'entrée et la sortie de la zone. L'intérieur de la ZAPP s'apparente à une route nue ou un shared space, en ce sens qu'il n'y ni marques au sol, ni signalisation et bien souvent, il y a absence de trottoir et l'infrastructure est à niveau, de sorte que les piétons peuvent l'utiliser sur la pleine largeur et traverser à tout moment.  ABSTRACT: Pedestrian priority zones (PPZs) are stretches of streets with mixed traffic that have similar features to shared spaces, but unlike them, they have clear rules: absolute priority is granted to pedestrians between entrance and exit gates and posted speed is limited (7 to 20 km/h). Inside the zone, a naked street design is generally used, combining levelled surface and no sidewalks, no stop signs, no markings and no crosswalks.


identifier: Attendu, J.-M. (2017). Convolution et déconvolution linéaire 3-D appliquées à l'holographie acoustique temporelle  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'holographie acoustique en champ proche est une méthode permettant de calculer l'amplitude d'un champ sonore dans l'espace tridimensionnel et dans le temps. Son principe repose sur l'utilisation d'une antenne microphonique placée dans le champ proche de la source, qui permet d'obtenir une condition frontière suffisante à la résolution de l'équation d'onde avec le formalisme de Green. La formulation standard permet de déterminer le champ de sources stationnaires. Il est alors supposé que la source rayonne de manière périodique dans le temps : le champ reconstruit est conséquemment représenté dans le domaine fréquentiel. Lorsque la source est non-stationnaire, le champ doit être représenté dans le domaine temporel et le formalisme standard ne s'applique pas, car la nature finie et discrète du champ mesuré introduit plusieurs erreurs de traitement du signal, notamment à cause de l'utilisation de la transformée de Fourier discrète qui suppose la périodicité. Les principales erreurs engendrées sont dues aux fuites spectrales (leakage) et au phénomène de recouvrement (wrap-around). Dans cette thèse, nous proposons un formalisme permettant de supprimer ces erreurs en utilisant un opérateur de convolution linéaire tridimensionnel de même que l'utilisation d'une fonction de Green échantillonnée dans le domaine temps-espace. Cette formulation améliore significativement la reconstruction du champ sonore tant pour le problème direct (propagation) que le problème inverse (rétro-propagation). En propagation, l'erreur obtenue avec la méthode proposée est environ dix fois moindre qu'avec les méthodes compétitrices dans les cas étudiés. De plus, on peut contrôler le niveau de l'erreur en choisissant un fenêtrage et une discrétisation adéquate. On établit également un lien entre l'erreur de troncature de la fonction de Green et la distance entre le plan de mesure et le plan de propagation. On valide la méthode développée en l'appliquant à des signaux simulés à partir d'un modèle de piston bafflé, ainsi qu'à des signaux expérimentaux obtenus dans un environnement anéchoïque. En rétro-propagation, on obtient une réduction de l'erreur allant jusqu'à un facteur trois en comparaison à la méthode standard basée sur l'utilisation de la convolution circulaire. L'erreur reste significative puisque le problème inverse est mathématiquement mal posé. Par conséquent, on analyse la performance de la méthode de Tikhonov pour régulariser le problème selon le niveau de bruit ajouté et la distance de propagation. Trois différentes méthodes sont utilisées pour déterminer le paramètre de régularisation optimal, soient la méthode de la courbe en L, la validation croisée généralisée et une approche Bayésienne.  ABSTRACT: Near-field acoustic holography is a method used to determine the amplitude of a sound field in three-dimensional space and in time. It is based on the use of a microphone array placed in the near field of the source, which is used to obtain a boundary condition sufficient to the resolution of the wave equation with Green's formalism. The standard formulation is used to determine the field of stationary sources. It assumes that the source radiates periodically in time: the reconstructed field is consequently represented in the frequency domain. When the source is non-stationary, the field must be represented in the time domain and the standard formulation does not apply, because the finite and discrete nature of the measured field introduces several signal processing errors, notably because of the use of the discrete Fourier transform which assumes the periodicity. The main errors generated are due to leakage and wrap-around phenomena. In this thesis, we propose a formalism to eliminate these errors by using a three-dimensional linear convolution operator as well as the use of a Green's function sampled in the time and spatial domain. This formulation significantly improves the reconstruction of the sound field both for the direct problem (propagation) and the inverse problem (retro-propagation). In propagation, the error obtained with the proposed method is about ten times smaller than with the competing methods in the cases studied. In addition, the error can be controlled by choosing an adequate window and a proper sampling frequency. It is shown that the truncation error due to the Green's function is proportional to the distance between the measurement plane and the propagation plane. The proposed method is validated by applying it to simulated signals from a baffled piston model, as well as to experimental signals obtained in an anechoic environment. In back propagation, the error is reduced by up to a factor three in comparison to the circular convolution based method. The error remains significant since the inverse problem is mathematically ill-posed. The performance of Tikhonov's method is analyzed to regularize the problem with respect to the noise level and the propagation distance. Three different methods are used to determine the optimal regulation parameter, namely the L-curve, the generalized cross-validation and a Bayesian approach. The generalized cross-validation method gives the best prediction of the optimal regulation parameter in the cases studied. The performance of the sparse regularization method is also analyzed when applied to the proposed NAH formulation.


identifier: Décoste, P. (2017). Détermination du contenu en rayons géométriques de la lumière se propageant dans une fibre hautement multimode  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ces travaux est de développer une méthode de mesure du contenu modal de fibres multimodes basée sur des mesures géométriques, destinée particulièrement à estimer le contenu modal de fibres hautement multimodes (plusieurs centaines de modes). L'hypothèse sur laquelle reposent ces travaux est que l'optique géométrique permet d'adéquatement représenter la lumière se propageant dans de telles fibres. Pour vérifier cette hypothèse, on a présenté divers calculs validant la correspondance entre l'optique géométrique et l'optique ondulatoire dans les fibres hautement multimodes. On a également proposé une façon alternative de représenter l'intensité lumineuse dans ces fibres optiques, basée sur des arguments purement géométriques et que l'on a nommée intensités géométriques. La méthode proposée est une méthode hybride entre l'optique ondulatoire et l'optique géométrique, qui consiste à mesurer les invariants géométriques présents dans la fibre sous test. Connaissant la relation entre les invariants et les modes ondulatoires, il est possible d'approximer le contenu modal dans la fibre. Les résultats sont présentés dans le plan (l¯2, B¯2), dans lequel les invariants des rayons guidés sont restreints à un domaine triangulaire. La mesure consiste à reproduire le champ lointain de la fibre sous test sur une caméra et d'acquérir une série d'images pour différentes positions d'une lame obstruant partiellement le champ proche. L'invariant axial B¯ se mesure directement à partir du profil au champ lointain. L'invariant azimutal l¯ n'est pas complètement discriminé, on en mesure une valeur moyenne en comparant la puissance transmise par la lame avec les valeurs prédites par les intensités géométriques. Les différentes conditions mesurées sont : différentes longueurs de fibre, différents rayons de courbure, différentes longueurs de fibres avec excitation décentrées, la présence d'un mélangeur de modes et des coupleurs multimodes. La conclusion générale est que le montage ne distingue pas très bien les conditions supposées avoir des distributions de l¯ différentes, alors que la distribution en B¯ est plus claire et permet d'en différencier des conditions d'excitation et de couplage variées.  ABSTRACT: We present a method that approximates the modal content in highly multimode fibers, which are fibers that contain over few hundred of modes. The hypothesis on which is based this method is that geometrical optics is an accurate way to represent light propagating in such fibers. To verifiy this hypothesis, we present some calculations which validate the correspondence between wave and geometrical optics in highly multimode fibers. We also propose an alternative way to represent light in these fibers, based on geometrical arguments, that we called geometrical intensities. The method is an hybrid method between wave and geometrical optics, which consists in measuring the geometrical invariants present in the fiber under test. By knowing the relation between the geometrical invariants and the modes permitted in the fiber, it is possible to estimate a modal content. The results are displayed in the (l¯2, B¯2) plane, in which the guided rays are restrained to a triangular domain. The measurement consists of reproducing the far field of the fiber under test on a camera and acquiring a series of images for different positions of a knife edge partially obstructing the near field. The axial invariant B¯is measured directly from the far field distribution. The azimuthal invariant l¯is only partially discriminated because we only measure an average value by comparing the transmitted power by the knife edge with the theoretical value calculated from the geometrical intensities. The experimental conditions measured are: different lengths of fibers, radius of curvature, different lengths of fibers with asymetrical excitations, the presence of a mode scrambler and multimode couplers. The general conclusion is that the setup does not discern correctly conditions supposed to provide diferent l¯distributions, but the B¯distributions are clearer and allow to discriminate various excitation and coupling conditions.


identifier: Benzaid, M. (2017). Planification des calendriers des rendez-vous des patients en chimiothérapie et du niveau de ressources infirmières  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les problèmes de planification et de confection des horaires en chimiothérapie étaient anciennement résolus à l'aide de gabarits. La formalisation mathématique du problème est relativement nouvelle. Elle consiste à résoudre dans un premier temps le problème de confection des calendriers des rendez-vous des patients pour ensuite utiliser la solution comme donnée d'entrée afin de résoudre le problème d'affectation patients-infirmier. Le problème général sélectionne en première phase les patients en considérant la capacité de la clinique, il permet également d'estimer le besoin en ressources. La seconde phase consiste à résoudre le problème d'ordonnancement quotidien en affectant les patients aux infirmiers. Le modèle développé dans le cadre de ce projet est une extension du travail de [1] qui affecte des rendez-vous aux traitements des nouveaux patients sans perturber les décisions précédentes. La première phase est modifiée de manière à résoudre le problème de planification et à répondre à une partie des questions opérationnelles ; elle attribue non seulement la date, mais également l'heure de début des rendez-vous. Le début des traitements sont fixés à la même heure d'une fois à l'autre pour chaque patient. La première phase considère en plus de la charge horaire, la charge quotidienne ainsi que la lourdeur des patients. L'objectif de cette phase consiste à maximiser le nombre de rendez-vous planifiés en prenant en compte leur niveau de priorité des patients, la capacité des ressources humaines à absorber la charge et la capacité horaire des ressources matériels (chaises/lits). Cette phase, permet donc de planifier en amont le besoin en infirmiers et à prévoir le nombre de ressources supplémentaires nécessaire afin de couvrir la demande assignée à la liste d'attente. La liste d'attente agit tel une ressource tampon pour le problème de planification. Cette modélisation permet de mieux contrôler la quantité de travail affectée à une journée. De plus, la surestimation de la charge peut être considérée tel un avantage, étant donné qu'elle permet de pallier aux annulations de rendez-vous. En chimiothérapie, les patients doivent faire une prise de sang et/ou consulter leur oncologiste avant chaque administration de traitement, suite à ces visites, leurs rendez vous peuvent soient être annulés, reportés ou remplacés par un autre protocole médical. Le taux d'annulation varie de 4% à 20% avec une moyenne de 13%. La deuxième phase du modèle résout le problème d'ordonnancement quotidien pour la liste finale des patients et des infirmiers. Durant cette phase, la charge est distribuée équitablement avec comme but de minimiser l'écart à la charge maximale. Nous avons testé le modèle proposé à l'aide de 10 instances générées à partir des donnés collecter auprès de la clinique d'oncologie du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM). La clinique accueille en moyenne 70±12 patients par jour, ceci correspond à 246±24 heures de traitements. Le CHUM emploie 19 infirmiers, l'infirmière en charge assigne  généralement entre 8 et 12 infirmiers à la zone d'infusion. Les autres membres du personnel sont assignés à différentes zones telle que le centre de support pour la chimiothérapie à domicile. L'infirmière en charge réaffecte les postes aux infirmiers, au courant de la journée en fonction de la charge de travail. L'optimisation permet de mieux gérer l'utilisation des ressources infirmières. Le modèle permet d'améliorer le ratio de productivité des infirmiers de 3% à 23% selon le scénario testé. En effet, au total, trois règles d'ordonnancement sont évaluées pour la deuxième phase : (1) interdiction de modifier l'heure de début des rendez-vous (3% de potentiel d'amélioration), (2) perturbation partielle de l'heure du début (8% de potentiel d'amélioration) et (3) perturbation totale (23% de potentiel d'amélioration). La résolution du modèle mathématique permet également aux patients de voir leur cas géré dans de meilleur délai, ainsi le nombre total moyen de patients en retard diminue de 9,9 à 5,5 pour l'ensemble de la période de planification.  ABSTRACT: Planning and scheduling problems in chemotherapy were formerly solved using templates. The mathematical formalization of the problem is relatively new; it consists of first solving the planning problem and then using the solution as input to address the daily patientsnurses assignment problem. The model was proposed initially by Turkcan et al. [1] to assign a date to new patients' treatments without changing past decisions. The general problem selects in the first phase the patients by considering the capacity of the clinic. The second phase assigns patients to nurses. The model developed as part of this project is an extension of [1] work. The first phase is modified to solve the planning problem and to answer some of the operational questions; it attributes the date and the starting time of patients' treatments. The starting time of each treatment is fixed at the same time from one appointment to the next. The procedure considers in addition to the hourly workload, the daily workload as well as the heaviness of the patients. The objective of this phase is to maximize the number of patients by taking into account their priority level, the capacity of the medical staff to absorb the workload and the hourly capacity of the material resources chairs/beds). This phase,therefore, makes it possible to plan the need for nurses upstream and to plan the number of additional resources needed to cover the demand assigned to the waiting list. The second phase of the model solves the problem of daily patients-nurse assignment for the final list of patients. The workload is distributed with the aim to minimize the level of resources needed. Thus, the originality of this project lies in the representation of a waiting list that acts as a buffer. This modelization allows controlling the amount of work assigned to a day. Moreover, the overestimation of the workload can be considered as an advantage, since it makes it possible to compensate for cancellations. The cancellation rate varies from 4% to 20% with an average of 13%. Optimization allows patients to see their case managed in a shorter period depending on their state of health. For example, the total average of patients starting their treatments late decreases from 9,9 to 5,5. The clinic also has the potential to reduce inefficiencies due to poor planning; the model can improve the productivity ratio from 3 % to 23 % depending on the scenario tested. Indeed, in total, three scheduling rules are evaluated for the second phase: (1) prohibition the change of starting time (3% improvement), (2) partial shuffling of the starting time (8 %) and (3) total shuffling (23%). The resolution of the mathematical model thus improves the process of patients' allocation and the clinical productivity ratio.


identifier: Nguyen, A. P.-V. (2017). Méthodes d'inspection automatique d'infrastructure par robot mobile  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La robotique est un domaine voué à la création de machines permettant d'aider ou de remplacer les humains lors de tâches difficiles ou dangereuses. Plus souvent utilisés dans le secteur manufacturier ou la recherche et sauvetage, les robots trouvent maintenant leur place dans les secteurs de l'arpentage et l'inspection d'infrastructure civile grâce à leur mobilité et leur capacité à effectuer des tâches répétitives. Cependant, ces robots sont souvent encore opérés à distance et ne possèdent que de l'autonomie partielle, étant toujours incapable de prendre des décisions eux-mêmes. Dans ce mémoire, nous tentons de répondre à ce problème en présentant deux méthodes permettant de guider un robot autour d'une structure pour en faire l'inspection. Premièrement, nous attaquons le problème d'inspection au sol de structures fermées. Fonctionnant au moyen d'un robot terrestre équipé d'une caméra de profondeur, notre méthode permet de cartographier la surface visible d'une structure fermée. En particulier, nous proposons un système qui cherche à effectuer l'inspection tout en minimisant la possibilité d'erreur sur le système de localisation du robot. Deuxièmement, nous proposons un système spécifiquement pour l'inspection d'éoliennes. Au moyen d'un véhicule aérien non habité et de scanneurs lasers 2D, notre méthode permet à un quadricoptère de décoller du sol et suivre la tour pour ensuite automatiquement parcourir la surface avant des pales d'une éolienne. Nos systèmes sont tous les deux implémentés et démontrés dans des environnements de simulation. L'inspection terrestre est démontrée sur un vrai robot dans un scénario d'inspection intérieur où nous démontrons aussi comment traiter le bruit non pris en compte dans la simulation. Finalement, nous présentons des résultats préliminaires sur le déploiement de l'inspection aérienne.  ABSTRACT: Robotics is a branch of engineering dealing with the creation of machines capable of helping or even replacing humans in tasks which can be dull, dirty or dangerous. Most commonly used in the fields of manufacturing and search and rescue, in recent years robotics has found its place in surveying and infrastructure inspection thanks to their increased mobility and their ability to tackle repetitive tasks. However, today's robots are still often remote controlled with only partial autonomy and still aren't capable of decision making and navigation. In this thesis, we address this problem by presenting two methods allowing a robot to navigate around a structure to inspect its surface. First, we tackle the problem of ground based inspections of the visible part of a bounded closed structure. Using an unmanned ground vehicle equipped with a depth sensor, our method allows us to map the entire surface of the structure. Our specific contribution here, is a system capable of performing the inspection while also minimizing errors on the robot's localization system. Also known as "active slam", we perform path planning for exploration while also performing SLAM. Second, we propose a system specifically tailored to the inspection of wind turbines. Using an unmanned aerial vehicle equipped with 2D laser scanners, our method allows a quadcopter to take off, climb up the tower and inspect the front facing surface of the turbine's blades. Both of our systems are implemented and shown to work within simulation environments. Our ground based inspection is also demonstrated in real indoor experiments where we show how to deal with noise not accounted for in simulation. Finally, we also show preliminary results on the deployment of our wind turbine inspection system.


identifier: Zabihian, S. A. (2017). Toward Brain Area Sensor Wireless Network  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nouvelles approches d'interfaçage neuronal de haute performance sont requises pour les interfaces cerveau-machine (BMI) actuelles. Cela nécessite des capacités d'enregistrement/stimulation performantes en termes de vitesse, qualité et quantité, c'est à dire une bande passante à fréquence plus élevée, une résolution spatiale, un signal sur bruit et une zone plus large pour l'interface avec le cortex cérébral. Dans ce mémoire, nous parlons de l'idée générale proposant une méthode d'interfaçage neuronal qui, en comparaison avec l'électroencéphalographie (EEG), l'électrocorticographie (ECoG) et les méthodes d'interfaçage intracortical conventionnelles à une seule unité, offre de meilleures caractéristiques pour implémenter des IMC plus performants. Les avantages de la nouvelle approche sont 1) une résolution spatiale plus élevée - en dessous dumillimètre, et une qualité de signal plus élevée - en termes de rapport signal sur bruit et de contenu fréquentiel - comparé aux méthodes EEG et ECoG; 2) un caractère moins invasif que l'ECoG où l'enlèvement du crâne sous une opération d'enregistrement / stimulation est nécessaire; 3) une plus grande faisabilité de la libre circulation du patient à l'étude - par rapport aux deux méthodes EEG et ECoG où de nombreux fils sont connectés au patient en cours d'opération; 4) une utilisation à long terme puisque l'interface implantable est sans fil - par rapport aux deux méthodes EEG et ECoG qui offrent des temps limités de fonctionnement. Nous présentons l'architecture d'un réseau sans fil de microsystèmes implantables, que nous appelons Brain Area Sensor NETwork (Brain-ASNET). Il y a deux défis principaux dans la réalisation du projet Brain-ASNET. 1) la conception et la mise en oeuvre d'un émetteur-récepteur RF de faible consommation compatible avec la puce de capteurs de réseau implantable, et, 2) la conception d'un protocole de réseau de capteurs sans fil (WSN) ad-hoc économe en énergie. Dans ce mémoire, nous présentons un protocole de réseau ad-hoc économe en énergie pour le réseau désiré, ainsi qu'un procédé pour surmonter le problème de la longueur de paquet variable causé par le processus de remplissage de bit dans le protocole HDLC standard. Le protocole adhoc proposé conçu pour Brain-ASNET présente une meilleure efficacité énergétique par rapport aux protocoles standards tels que ZigBee, Bluetooth et Wi-Fi ainsi que des protocoles ad-hoc de pointe. Le protocole a été conçu et testé par MATLAB et Simulink.  ABSTRACT: New high-performance neural interfacing approaches are demanded for today's Brain-Machine Interfaces (BMI). This requires high-performance recording/stimulation capabilities in terms of speed, quality, and quantity, i.e. higher frequency bandwidth, spatial resolution, signal-to-noise, and wider area to interface with the cerebral cortex. In this thesis, we talk about the general proposed idea of a neural interfacing method which in comparison with Electroencephalography (EEG), Electrocorticography (ECoG), and, conventional Single-Unit Intracortical neural interfacing methods offers better features to implement higher-performance BMIs. The new approach advantages are 1) higher spatial resolution – down to sub-millimeter, and higher signal quality − in terms of signal-to-noise ratio and frequency content − compared to both EEG and ECoG methods. 2) being less invasive than ECoG where skull removal Under recording/stimulation surgery is required. 3) higher feasibility of freely movement of patient under study − compared to both EEG and ECoG methods where lots of wires are connected to the patient under operation. 4) long-term usage as the implantable interface is wireless − compared to both EEG and ECoG methods where it is practical for only a limited time under operation. We present the architecture of a wireless network of implantable microsystems, which we call it Brain Area Sensor NETwork (Brain-ASNET). There are two main challenges in realization of the proposed Brain-ASNET. 1) design and implementation of power-hungry RF transceiver of the implantable network sensors' chip, and, 2) design of an energy-efficient ad-hoc Wireless Sensor Network (WSN) protocol. In this thesis, we introduce an energy-efficient ad-hoc network protocol for the desired network, along with a method to overcome the issue of variable packet length caused by bit stuffing process in standard HDLC protocol. The proposed ad-hoc protocol designed for Brain-ASNET shows better energy-efficiency compared to standard protocols like ZigBee, Bluetooth, and Wi-Fi as well as state-of-the-art ad-hoc protocols. The protocol was designed and tested by MATLAB and Simulink.