identifier: Haj Ibrahim, Marwa  (2021). Contribution à l’inspection des pièces mécaniques souples sans le recours à des opérations de conformation.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
CPD
algorithme génétique
recalage rigide
recalage non rigide
inspection
pièces flexibles
pièces souples
classification
fuzzy c-means
déformations

abstract:
L'inspection des pièces fabriquées est une étape importante de la fabrication. En raison des variations inhérentes des procédés de fabrication, les composants produits contiennent des écarts dimensionnels et géométriques par rapport à la forme nominale telle que définie dans un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Ces écarts sont désignés ‘défauts’. À noter que les défauts peuvent être acceptables ou pas, en fonction de la tolérance allouée. Dans le cas spécifique des pièces dites flexibles (ou souples), la forme (géométrie) à l’état libre peut être significativement différente de la géométrie nominale. Ces ‘déformations’ sont causées par la force de gravité et/ou des distorsions induites par des contraintes résiduelles. Traditionnellement, la séparation des déformations et des défauts est réalisée en conformant le composant sur un gabarit qui reproduit la forme nominale. L’inspection des défauts est donc effectuée par des gabarits de conformation dédiés à cette tâche. Si on veut s’affranchir du gabarit et procéder à l’inspection sans dispositif de conformation, une manipulation mathématique devient nécessaire pour conformer virtuellement la pièce par une opération de recalage (registration) dite non rigide.

L’objective de cette recherche est donc de proposer un outil pour manipuler des nuages de points obtenus d’une numérisation, réalisée sans gabarit de conformation, d’un composant mécanique flexible. Ainsi, les coûts de processus d’inspection se trouvent réduits et la productivité améliorée. Plus spécifiquement, le projet vise l'amélioration d’un algorithme de recalage nommé CPD (Coherent Point Drift) développé à l’origine pour l’industrie de l’animation graphique et inadapté pour le cas des composants mécaniques. Nos travaux améliorent la recherche de correspondance entre le nuage des points mesurés et un nuage de points issu de la pièce nominale en réalisant un recalage dit ‘flexible’. En d'autres termes, le recalage développé garantit une transformation isométrique restreinte à des contraintes qui reflètent les propriétés physiques de la pièce mesurée (rigidité en tension, flexibilité en torsion). L’idée maitresse de nos travaux est que, lors de l’alignement avec l’algorithme CPD qui est lancé de manière itérative pour aligner les maillages CAO sur les maillages SCAN, nous minimisons simultanément deux critères : la distance point à point entre CAO et SCAN et une représentation cohérente de la distorsion (métrique qui reflète l’étirement) du modèle CAO à chaque itération.

Le projet est basé sur deux contributions. La première est l’amélioration du processus d’alignement qui a été obtenue en développant une méthode d'optimisation basée sur un algorithme génétique (AG) qui a permis d’identifier les paramètres optimaux de régularisation de l’algorithme CPD. Ces paramètres contrôlent la qualité de la phase d'alignement. De plus nous avons introduit une méthode qui adapte les hyperparamètres de l’algorithme CPD à la rigidité locale. Cette approche est performante surtout dans le cas des pièces qui présentent des variations de rigidité situées dans des régions à forte courbure. Une reformulation de la fonction objective de l'algorithme est mise en avant. Une matrice de correction associée à l'importance de chaque point de mesure, et donc à la rigidité locale de la pièce lors de la phase d’alignement, a été introduite et intégrée. Les points de mesure représentant la même rigidité ont été regroupés et classifiés en utilisant l'algorithme des c-moyens flous (fuzzy c-means). L'efficacité de l'approche proposée est démontrée sur différentes études de cas issus de l'industrie de transport. Les résultats obtenus démontrent une meilleure détection et quantification des erreurs dimensionnelles et géométriques.

La deuxième contribution de ce projet de cette thèse est de proposer une approche complémentaire pour optimiser la phase d’alignement. Il s’agit d’une amélioration du critère de calcul de la distance euclidienne entre les deux modèles, CAO et SCAN. Le but est de déterminer la méthode le plus efficace pour estimer la distance entre les deux modèles. La métrique utilisée est basée sur une approximation du Hausdorff distance en proposant différente implémentation afin de réduire les erreurs algorithmiques induisant une mauvaise estimation de défaut de fabrication présenté sur la pièce.


identifier: Twahir, Abdulhalim  (2021). An architecture for a multi-disciplinary integrated turbine rotor system optimizer.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject: optimisation préliminaire et multidisciplinaire d’un concept

subject: recherche-action direct

subject: rotors de turbine

subject: requis structurels d’une ailette

abstract: The design of gas turbine engine parts such as turbine rotors involves not only designing multiple components but also the incorporation of the knowledge of multiple disciplines and applications to create the ideal rotor for the design conditions. Like a symphony, each discipline has to play a part and work together with other disciplines to create an effective and efficient end product. Traditionally, the design of these components has been separated into the pre-detailed and the detailed design phases. Unfortunately, during the pre-detailed stage of the design, engineers are not afforded enough time to get the perfect rotor thus a delicate balance must then be struck between the fidelity of the results and the time taken to achieve them. In the detailed design however, more emphasis is placed on accuracy of analysis above all else and a final design is achieved. This traditional way of designing can be improved because a suboptimal concept design created in the pre-detailed design step is difficult to correct in the detailed design and attempts to moderate its impact usually come at a steep cost. The use of Multidisciplinary Design Optimization concepts at the pre-detailed design phase (Pre-detailed MDO or PMDO) improves the process by bringing high fidelity knowledge at the pre-detailed stage, allowing for better concepts exiting pre-detailed design. As part of Pratt & Whitney Canada (P&WC) program on Propulsion System Integration and Optimization (PSIO) the author applied concepts of PMDO to create an architecture for the design and optimization of engine parts as well as using that architecture to create an integrated and automated rotor design system (iRSO); a design module that integrated the design of the platform, fixing, disc, and cover plate based on the thermal and mechanical stresses as well as the airfoil based on aerodynamic, thermal and mechanical stresses, and cooling requirements. The architecture allowed more knowledge to be injected into the design process at the early stage of design, allowing the designer to rapidly synthesize a complete rotor and evaluate its attributes over a range of alternative designs. Starting from a set of design conditions, the new architecture allows an engineer to explore many design options, ensuring that a large design space is investigated at the early stages of development with a higher degree of fidelity in all disciplines. This research, due in some part to the fact that it is done in a real world setting (industry), if conducted using the traditional direct research (DR), would have faced obstacle such as: definition of objectives that may not be equally understood and appreciated by the researchers and the end users, the difference in culture and research approaches between the organization and the research institution as well as the importance of academic rigor vs the responsiveness to user requests. These problems were alleviated through the use of Action Design Research (ADR) as it joins the best aspects of traditional DR and the organizational focused Action Research (AR). ADR is helpful as a methodological framework as it recognizes the role of organizational behaviour in shaping the objectives of the research. Research in information systems / technologies (IS/IT) such as this must achieve dual objectives: to build knowledge or a theoretical contribution to the disciple as well as to assist in solving a real world problem in real world settings. Through the creation of an architecture for the design and optimization of engine parts, new methodological knowledge was created on how to best tackle a multidisciplinary design and create optimization capable tools and processes. As an example of the possibilities the system created holds, an optimization of an airfoil was done. The optimization integrated the structural analysis of a 3D airfoil and aerodynamics through CFD. It was able to optimize with the double objective of increasing efficiency and reducing mass and the constraints of peak stress at a certain percentage span range, as per P&WC best practices. The optimization showed great promise in that it did not only give a solution that was the best of both objectives but also provided insight on the degree of dependencies of certain key parameters. For the particular case, it was able to show that the mass could be lowered while increasing efficiencies. It allowed ‘the engineering design process [to] move forward by asking “what if” questions and using the answers to make design changes’ while reducing the time taken and the non-value added work load on the engineer. This also solved the real world problem of mitigating the risk of the traditional two phased approach to design of gas turbine engines. Similar and sometimes higher levels of fidelity were achieved at 20% of the time when using the artifact. Possibility of human error is also mitigated as all the manual transfer of information between the disciplines is now handled autonomously in the system.


identifier: Sarraf Hosseinian, Seyed Saber  (2021). Prediction of the static pressure induced by a foam earplug inside a cylindrical earcanal.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
pression mécanique statique
équipement de protection auditive
problèmes de surdité
conduit auditif humain
peau humaine
bouchon d'oreille en mousse
méthode des éléments finis
modélisation 3D

abstract: Over 120 million workers across the globe are exposed to dangerous levels of noise. Daily, 360,000 workers (Quebec province) are exposed to noise levels (90 dBA) that could cause hearing loss. One way to protect workers is the usage of hearing protection devices (HPDs). The use of HPDs is not efficient for wearers because they are often worn incorrectly or inconsistently. The most significant cause is discomfort induced by HPDs. This thesis is part of large project and focused on the prediction of the static mechanical pressure (SMP) on human’s earcanal wall induced by foam earplug, which is one of the sources of discomfort mentioned in the literatures. Currently, there is no available test bench or methods to measure the SMP at the interface between foam earplug and human earcanal. Accordingly, the main objective of this master thesis is to predict the SMP exerted by a foam earplug inserted into a simplified cylindrical earcanal. The specific objectives aimed at building finite element models (FEM) with two levels of complexity: 1) a model that simulates the insertion of the foam earplug in a simplified rigid earcanal of cylindrical shape without skin layer; 2) a model that simulates the insertion of the foam earplug in a more realistic earcanal that includes the surrounding soft tissue (skin layers). An earplug (3M classic E.A.R made of PVC foam) is considered. The mechanical properties of the human skin and foam earplug are characterized. The characterized mechanical properties of human skin and foam earplug were validated by using numerical simulation (FEM). A very good correlation is obtained from results of transverse and axial compression tests of foam earplug in both experimental and numerical simulation. The numerical simulation results for the force-displacement relationship obtained in indentation test on skin show a very good match with experimental data. The contact force between foam earplug and rigid cylindrical earcanal was measured by experimental test. The numerical simulations are carried out to mimic experimental tests. The contact forces were computed at the interface between the foam earplug and the rigid cylindrical earcanal was approximately 1.6 N without a skin layer and 1.5 N with a skin layer. The SMP at the interface between the foam earplug and the rigid cylindrical earcanal were 3.40 kPa without a skin layer and 3.18 kPa with a skin layer.


identifier: Tchinde Fotsin, Ted Julien  (2021). Reconstruction 3D du genou ostéophytique à partir de radiographies bi-planes.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
modèle statistique
reconstruction 3D
stéréoradiographie
ostéophyte
arthrose
genou
recalage 2D/3D

abstract:
La stéréoradiographie permet d’acquérir deux radiographies calibrées d’un patient afin de les utiliser pour réaliser la reconstruction 3D des structures osseuses. Les modèles 3D ainsi obtenus peuvent être utilisés en milieu clinique à des fins de diagnostic, de planification chirurgicale ou de suivi post chirurgical. Le problème de la reconstruction 3D à partir de deux radiographies est formulé comme un problème de recalage 2D/3D où il est question de déformer un modèle générique de la structure osseuse d’intérêt afin de l’aligner optimalement avec les radiographies. L’utilisation du recalage 2D/3D pour la reconstruction dans le cas particulier des genoux ostéophytiques présente plusieurs défis, notamment la difficulté d’identifier précisément les excroissances osseuses sur les radiographies, le nombre limité d’informations pertinentes identifiables dans seulement deux radiographies et la superposition des structures osseuses du genou. L’objectif principal de cette thèse est de développer une méthode de recalage 2D/3D pour la reconstruction 3D du genou ostéophytique.

Nous avons développé un modèle pseudo-volumique du genou qui comprend un modèle statistique combiné de forme et de pose du fémur, du tibia et de la rotule, couplé aux informations de densité de chaque structure osseuse. Ce modèle qui permet une représentation compacte de toutes les structures osseuses du genou est utilisé comme modèle générique dans le cadre du recalage 2D/3D en vue de la reconstruction 3D. Nous avons aussi proposé une méthode d’optimisation hybride qui combine un algorithme génétique avec une méthode d’optimisation locale par régression pour réaliser l’optimisation itérative dans le cadre du recalage 2D/3D. De ce fait, la méthode proposée qui est basée sur une similarité iconique permet d’effectuer la reconstruction 3D simultanée du fémur, du tibia et de la rotule à partir de deux radiographies seulement. La base de données utilisée est constituée de 83 cas pour la modélisation et 10 cas pour les tests. Les radiographies de test sont des images simulées à partir de volumes de tomodensitométrie.

En comparant les modèles 3D reconstruits de chaque structure osseuse avec le modèle équivalent de référence, nous avons obtenu une erreur RMS (Root Mean Square) d’environ 2.73 ± 0.54 mm pour le fémur distal, 2.59 ± 0.57 mm pour le tibia proximal et 3.60 ± 1.44 mm pour la rotule. Ces résultats sont meilleurs que ceux obtenus pour la reconstruction 3D des mêmes sujets en considérant chaque structure osseuse concernée de façon isolée et en adoptant une approche de recalage 2D/3D basée sur une similarité géométrique. De ce fait, ce travail ouvre des perspectives à l’application des techniques de reconstruction 3D en vue de la conception des guides de coupe chirurgicaux personnalisés pour les patients arthrosiques.


identifier: Chbaly, Hafsa  (2021). Alignment factors between client needs and design solutions during the project definition: Case study of a Canadian mega-hospital using Lean-led Design.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
alignement
définition de projet
Lean
valeur
besoin
client

abstract:
Project definition refers to the first stages of a project life cycle (i.e., planning, programming, and preliminary design) in which client needs are identified and a conceptual design solution is developed. Defining and formalizing client needs are complex tasks especially in complex projects such as hospitals since naturally multiple clients such as managers, the government, users, clinicians, patients, and staff members among others, are involved. Each client has their own needs and interests that could sometimes be conflicting with those of the others.

However, traditional methods of project definition management have been proved to be inadequate. In the traditional approach, users are rarely consulted, and the focus is more on technical issues and less on functional aspects, which impacts the future work environment and may consequently lead to increased hospital-acquired infections or patient mortality. Participative approaches such as Lean-led design, in which users including patients are involved in the process of project definition, are proposed to address this problem. However, little is discussed in the literature regarding the value of such approaches in terms of better alignment of projects with client needs.

This research first identified the factors that can impact the alignment between needs and design solutions during the project definition via a systematic literature review. Based on these factors, a framework was provided to assess and improve the alignment. The validity of the framework was then empirically evaluated and revised based on a longitudinal mega-hospital case study that had implemented the Lean-led design approach the objective of which was to ensure a harmony between needs and requirements as a result of integrating two hospitals. The main assumption here is that better alignment provides more value to end users and the main contribution of this research is a framework that can help researchers and managers to assess and evaluate alignment during the project definition stage.


identifier: Michaud, Martin  (2021). A method and a taxonomy to identify the sources of waste in the production and exchange of information in construction.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Building Information Modeling (BIM)
gaspillage
flux d'informations
taxonomie
cartographie des processus

abstract:
The research work presented in this thesis investigates the presence of waste within the information flows of construction projects in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry. Building Information Modelling (BIM) was introduced to the AEC industry as a breakthrough technology aimed at improving productivity, partly through centralized information. However, the presence of waste, especially in the information flows, prevents BIM to reach its full potential. There is a growing importance in the management of information flows, and the motivation behind the research was due to the fact that little research on waste in the management of this flow is realized. A possible explanation is the fact that the notion of information flow remains poorly understood. Thus, there was a need to establish a taxonomy on the sources of waste within the information flows of construction to provide a better understanding of this flow.

Therefore, the following research question was formulated: How to manage the problem of waste in the production and exchange of information in the AEC industry? This thesis was built on a Collaborative Design Science Research (CDSR) method to address practical issues through the collaboration of professionals and researchers. The methodology had three main steps including diagnosing, developing a proposition with two sub-steps which were to develop a method and develop an artefact, and finally validating using the ShareLab approach. The ShareLab approach was used in the research as a way to develop a consensus among professionals from this AEC industry regarding the validation of the artefact.

The diagnosing provided the groundwork for the entire research the identification of the main gaps in the literature with the collection and analysis of qualitative data in the identification of issues in the information flows of construction. Accordingly, a method was developed and implemented to improve information flows in the production of BIM models. This method was designed to identify sources of waste based on an existing taxonomy designed for the work flows. This method highlighted the need for a taxonomy of sources of waste focus specifically on the information flows. Thus, by using the designed method, a proposition of the taxonomy was developed and proposed as an artefact for the general method of this research. Finally, the artefact was validated using the approval and endorsement of professional using the ShareLab approach.

To meet the thesis requirements, three articles form the body of this thesis, that have been either published, accepted for publication or submitted in peer reviewed academic journals. The first article provides the groundwork for the entire research through an observatory study on the current situation on the information flows in BIM construction projects. The second article proposes a method developed through the use of Process Mapping (PM) in a collaborative action research approach. The method is designed to improve information flows for the production of BIM models by identifying sources of waste. The third and last article implements this method through the use of a CDSR method to develop a new taxonomy based on the sources of waste in the information flows of construction projects. This taxonomy is also validated using the ShareLab approach and the approval and endorsement from professionals.

This thesis brings an original contribution to the practice and knowledge by providing a taxonomy of the sources of waste in the information flows of BIM projects. The taxonomy provides an answer to the gap in literature regarding the presence of waste in the information flows of construction projects, as the existing taxonomy focused primarily on work and material flows. Moreover, another contribution to knowledge is that of the use of a new approach to provide validation to an artefact in a Design Science Research method. Indeed, validation of the taxonomy was obtained through the approval of professionals during a ShareLab approach.

The professionals can employ the taxonomy proposed by using the method designed during this research. Indeed, the method provides the steps that the professionals need to follow in order to identify the sources of waste within the information flows of their projects. This method will in term help professionals improve their productivity. In addition, this method can be upgraded throughout the future in case new sources of waste are identified. In future work, the method can be coupled with potential solutions for each source of waste present in the taxonomy as shown in a section of this research.


identifier: Nguyen, Huu-My  (2021). Forecasting the time series of eCPMs in online advertising.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
publicité en ligne
enchères en temps réel
série temporelle
arima

abstract: Online advertising has become the main channel of revenue for many web publishers. With the development of real-time bidding (RTB), publishers now are able to sell their advertising space in real-time, where the price is determined by the demand of the market at a time. In this thesis, we made an attempt to help publishers forecast the expected effective cost per mille (eCPM) of their ads in an RTB market in the next 30 days using the historical data of eCPM in the past 2 years. First, we explore the use of an Auto Regressive Integrated Moving Average (ARIMA) model to fit the time series of historical eCPM and make the forecast. Second, we examine the distribution of eCPM over a period and develop a confidence indicator which suggests the market volatility. The training and forecasting process is then integrated into our industrial partner data pipeline for evaluation in a production environment.


identifier: Mahbod, Sarah  (2021). The impact of contractual language and trust on the successful conduct of BIM-enabled projects.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Building Information Modeling (BIM)
langage contractuel
confiance
enjeux juridiques

abstract: The ever-increasing complexity of the AEC industry requires a collaborative environment for the efficient implementation of construction projects. Building Information Modeling (BIM), with its cooperative nature, has shifted the fragmented construction transactions to information sharing, common goals, and communication between the stakeholders. However, BIM adoption has not gained its decent place. It is primarily due to the barriers in BIM implementation, including its legal aspects. Various existing BIM appendixes do not satisfy the expectations. On the other hand, trust as a complementary mechanism plays a pivotal role in the BIM processes. While previous studies have investigated legal BIM barriers and the role of trust, the importance of contractual functions in relation to contractual language and trust elements in improving the efficiency of contracts and the success of BIM implementation has remained debatable. This study, therefore, aims at studying contractual functions, their instantiation within BIM contractual language and trust, and their potential impact on BIM projects’ success. Investigation of current contractual mechanisms and their limitations in Canada is another research objective. Moreover, this study proposes a conceptual contracting framework. To achieve these objectives, a content analysis approach was applied, during which a coding system was developed. The data collected from literature review and semistructured interviews with BIM professionals were analyzed to identify the success elements of projects as well as BIM-related legal issues and trust-building factors. According to the results, some recommendations to amend the contractual language of construction agreements were presented. Moreover, a conceptual trust framework was proposed, which then was utilized to provide a contractual framework. Furthermore, the outcomes of exploring CCDCs and BIM appendixes depicted some gaps regarding the BIM legal aspects. Therefore, suggestions to introduce BIM into the CCDCs and to update the IBC contract were provided. While the reliability of the coding system was tested by a validator, further studies could validate the trust framework and the contractual framework put forward by this research.


identifier: Bérubé, Yan  (2021). Measurement techniques to characterize SiC, GaN, and Si power MOSFETs for transportation applications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Wide Bandgap (WBG)
semiconducteur de puissance
Carbure de silicium (SiC)
Nitrure de gallium (GaN)
électronique de puissance (PE)
véhicules électriques (VE)
modélisation
mesures expérimentales

abstract:
Wide Bandgap (WBG) semiconductors have the potential to cross the barriers that limit the widespread adoption of power electronics (PE) circuits in various energy conversion applications. The WBG devices improve power density and allow PE circuits to reach operating points and efficiency beyond what standard Silicon (Si) can offer. Currently, Silicon Carbide (SiC) and Gallium Nitride (GaN) are the most viable WBG semiconductor candidates to replace Si-based devices. For now, the state-of-the-art technologies still bring confusion when it comes to choosing between SiCs and GaNs to get the most benefits of them for power converter applications. To tilt the balance in the face of this debate, this thesis presents a comprehensive comparative computation and experimental analysis among Si, SiC, and GaN MOSFETs in energy conversion applications.

A presentation of simulation equations based on intrinsic parameters of MOSFET’s equivalent mathematical model highlights the assumptions, limitations, and opportunities for improvement of the computational model. Then, simulation of multiple experimental conditions reveals favorable switching results towards SiCs while highlighting the marked advantages of this technology at high temperature. Although the simulation results are promising, the experimental validation remains necessary to make the concluding remarks. Analysis of experimental data extraction methodologies highlights the perturbation from parasitic inductances, parasitic capacitances, mutual coupling, and electromagnetic interference (EMI) on the switching process and measurements. Based on the detailed assessment of parasitic perturbations, this work proposes a voltage and current extraction methodology to remarkably minimize disturbances on measurements and the switching process. Finally, interpretation of experimental results through statistical analysis of relative comparison presents major trends from each technology while providing an interpretation of observations based on intrinsic parameters.


identifier: Eddioui, Wafa  (2021). Étude économique d’un micro-réseau avec panneaux solaires, batteries de stockage et véhicules électriques.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
PV
BESS
V2B
V2G
véhicule électrique
batteries de stockage
panneaux solaires
énergies renouvelables

abstract:
Avec la croissance de l’utilisation des énergies renouvelables dans les résidences et dans les bâtiments commerciaux en se basant sur des réseaux intelligents, il y a une possibilité d’offrir une variété de choix aux consommateurs dans la façon de gérer l’énergie entre les sources d’énergies vertes, et dans la gestion des stockages afin d’avoir meilleure efficacité aux moindres coûts. Beaucoup d’attentes pèsent sur les véhicules électriques au niveau des réseaux intelligents associés aux architectures V2G et V2B. Les véhicules électriques sont devenus le moyen le plus répandu et le plus fiable dans l’enjeu de l’émission Zéro. Pour cela, ce mémoire a pour objectif d’avoir des VÉ avec l’option V2B, dans le micro-réseau d’un bâtiment commercial, pour bien utiliser des énergies propres et réduire la consommation de l’énergie du fournisseur d’énergie et par la suite réduire les coûts. Désormais, il faut utiliser les VÉ pour le stockage de l’énergie électrique, quand il y a surplus par rapport à la demande du micro-réseau pour pouvoir l’utiliser quand on atteint les puissances maximales du réseau, en se basant sur l’optimisation de la puissance avec une répartition intelligente des énergies.

L’algorithme élaboré prend en compte les énergies vertes générées par la production des panneaux solaires photovoltaïques PV, l’utilisation du système de batteries de stockage d’énergie BESS pour l’effacement de puissance lors de pointes maximales, en plus d’utiliser les véhicules électriques avec l’option V2B pour pouvoir décharger les véhicules électriques dans le bâtiment qui contient le micro-réseau, quand il y a surplus par rapport à la puissance maximale, pour contribuer à l’effacement des pointes maximales atteintes par le réseau en cas de surplus. Les principales conclusions de ce mémoire peuvent être résumées comme suit (i) le calcul du nouveau Pic maximal de puissance se fait au fur et à mesure qu’on avance dans la journée, et se calcule à chaque 5 minutes, pour le mettre à jour, dans la prise de décision de recharge ou décharge des BESS et des VÉ, (ii) les utilisateurs des VÉ sont satisfaits, car la recharge du VÉ , est à 100% avant son départ en tout temps, (iii) les bâtiments commerciaux bénéficient d’une réduction du coût de la puissance, et en conséquent une réduction de la facture d’électricité, on parle d’une économie en coût de puissance pour le cas d’étude, campus ÉTS, soit un gain de l’ordre de 38,000 $ pour l’année 2018, soit une baisse du coût de puissance de l’ordre de 5%. Par conséquent, les utilisateurs, les gestionnaires des bâtiments commerciaux et les fournisseurs d'électricité sont tous satisfaits. Les résultats ont été obtenu selon l’hypothèse suivante (i) La profondeur de décharge du VÉ est de 80%, ce qui respecte sa limite, et augmentera sa durée de vie, (ii) la profondeur de décharge des BESS est de 80%, ce qui respecte sa limite, et augmentera sa durée de vie.


identifier: Modir, Amir Abbas  (2021). Towards a new generation of IoT based on network coding for the Industry 4.0.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: Internet industriel des objets

subject: codage réseau linéaire aléatoire

subject: fenêtre coulissante RLNC

subject: correction d’effacement avant au niveau de l’application

subject: codage réseau

abstract: Internet of Things (IoT) is considered to be a disruptive technology that provides intelligent services by connecting objects equipped with sensors, actuators, and processors to networks. It is used in different applications such as smart homes, social life, entertainment, health, fitness, etc. Furthermore, IoT is applied in industrial applications such as transportation, manufacturing, energy, and agriculture, known as the Industrial Internet of Things (IIoT). Factories use IIoT networks for time-critical services, such as anomaly detection, system control, and robot guidance, that require low delays and highly reliable communications. However, IIoT networks use wireless communication and are applied to factories with high levels of noises and interference. As a result, information loss is an inevitable issue in IIoT networks, increasing communication delay and affecting the reliability of the network. In these networks, since packets should be delivered in-order to the application layer, the next packets cannot be delivered to the application layer unless the previous packets are delivered. Thus, information loss is detrimental for the time-critical services that require low delay communications. Recently, Network Coding (NC) has been introduced as a promising technology to recover information loss. Network coding can recover information loss by different methods. In this thesis, we investigate two of the most important network coding methods in order to identify which would be the most suitable to the stringent requirements of IIoT networks. To this end, we compare block-based network coding with sliding network coding methods in a one-hop multicast scenario and study the effects of the various parameters based on their performance. Simulations show that sliding window network coding decodes more packets with a lower in-order delivery delay than that of block-based RLNC. However, sliding window network coding has a maximum in-order delivery delay and decoding complexity and also needs a larger buffer size.


identifier: Fleischmann, Antoine  (2021). Mesures expérimentales et modélisation Analytique de la pénétration d’un jet de Kérosène issu d’un injecteur multi-trous.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
jets
kérosène
injecteur multi-trous
longueur de pénétration
illumination diffuse en contre-jour
modélisation numérique
modélisation statistique

abstract:
Afin d’améliorer la phase de combustion dans les moteurs thermiques, il est indispensable d’étudier la phase d’injection du carburant. En effet, c’est lors de cette phase que les performances telles que la puissance développée par le moteur ou encore les émissions de la combustion sont déterminées. C’est dans cette optique d’amélioration continue que la propagation de jets est étudiée depuis de nombreuses années dans la littérature. De plus, l’utilisation d’injecteur diesel entraîne des caractéristiques très différentes des jets de carburant en fonction de la géométrie de l’injecteur, du carburant utilisé ou encore des conditions d’injections. En parallèle de ces nombreux facteurs d’influence, la transition vers des carburants moins polluants pousse aussi la recherche à continuer l’étude des jets sous des conditions variées. Un carburant qui semble être un bon candidat en remplacement du diesel dans les moteurs diesels est le kérosène. Il est en effet de plus en plus étudié et offre des caractéristiques similaires au diesel. Néanmoins, encore peu de travaux ont été réalisés en utilisant des injecteurs multi-trous et en étudiant le développement du jet lorsque l’injection est terminée.

Cette étude vise donc à modéliser la pénétration d’un jet de kérosène en utilisant un injecteur à sept trous. Cette dernière est étudiée pendant la phase d’injection, mais aussi après la fin de l’injection, ce qui est rarement le cas dans la littérature. Pour ce faire, un montage expérimental est mis en place pour capturer les jets de carburant à l’aide d’une illumination diffuse en contrejour et le traitement des images permet de mesurer la propagation des jets. Par la suite, deux modèles numériques basés sur des articles de la littérature sont mis en place et un troisième est créé à l’aide de régression non-linéaire sur les données récoltées. Ces trois modèles utilisent la masse volumique du gaz au sein de la chambre d’injection et le temps pour prédire la pénétration du jet. En plus de ces deux paramètres, les deux premiers modèles utilisent aussi le flux de quantité de mouvement du jet tandis que le troisième utilise la différence entre la pression d’injection et la contre-pression. Le premier modèle permet de prendre en compte les variations instantanées du flux de quantité de mouvement tandis que le second permet au jet une masse volumique variable. Cela permet notamment de prédire à chaque instant la masse de carburant présent au sein du jet en fonction de la richesse. Après la mise en place de ces modèles, ils sont comparés aux données expérimentales et le modèle prenant en compte la masse volumique variable du jet est élu comme permettant la prédiction la plus fiable de la pénétration du jet.


identifier: Yalpanian, Ali  (2021). Thermoelastic analysis of contacts defined by straight or curved boundaries under dry or elastohydrodynamic lubrication conditions.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
mécanique de contact
déplacement thermoélastique
méthode demi-analytique
lubrification élasthydrodynamique

abstract:
Improvement of the characteristics of bearings and contacts in general is a constant need of the industry. This study proposes a precise, reliable and time efficient method that, while taking into account thermoelasticity, it can also handle contact surfaces with different negative or positive asperity geometries. This goal is achieved by adding thermoelastic consideration and curved edge treatment capability to the well-known half-space semi-analytical method (SAM) developed by Hartnett (Hartnett, 1980).

To prepare a comprehensive contact simulation model, the study identifies the weaknesses of the available half-space method, which has already been proven more effective and less time consuming than FEA approaches, and targets those weaknesses. One of the weaknesses of the half-space based methods is the inability to reliably simulate the curved edges. In order to handle curved edges, first, the study defines the position of the counterbalance pressure for each position inside the contact area to eliminate the remaining shear stress at the curved freesurface. Second, it introduces a correction factor for the counterbalance pressure to eliminate the remaining normal stress on the curved free-surface.

Another important weakness of SAM is the consideration of thermoelastic effects, specifically in the presence of free-edges. To rectify this weakness, the study introduces thermoelastic influence factors to be calculated only once at the beginning of the simulation process. Similar to elastic errors imposed by free-edges, because of the half-space assumption, free-edges impose some errors for thermoelastic considerations as well. These errors come from the generated heat flux and thermoelastic normal stress at the free-surface. This study first treats straight free-edges by taking advantage of the generated heat flux at the free-surface in order to define the corresponding thermal boundary condition by applying counterbalance heat patches and introducing a thermal boundary modification factor. At the second step, the process calculates a correction factor for the applied counterbalance heat patch to account for the generated thermoelastic normal stress at the straight free-surface.

At the next step, the study considers the curved free-edges while taking into account the thermoelastic effects. Since the initial steps of the study have already treated the elastic aspects of the curved free-edges, this step focuses only on the thermoelastic aspects. To do so, first, the study calculates the position of the counterbalance heat patches and then applies the thermal boundary modification factor introduced in the previous steps to define the thermal boundary condition at the curved free-edge. Then, the study calculates a correction factor for the counterbalance heat patch to eliminate the thermoelastic normal stress generated at the curved free-surface for a specific thermal boundary condition (adiabatic boundary condition). In the final step, the study introduces a final modification for the correction factor introduced in the previous step to account for other thermal boundary conditions.

Since the proposed model is flexible enough to handle any contact with arbitrary and variable pressure profile, the study used the developed model for modeling a thermoelastic thermal elastohydrodynamic rolling contact with free-edges. Then, the study performed a comprehensive factorial analysis on the effects of the three main contact variables (Load, average velocity and viscosity grade of the employed lubricant) on the characteristic parameters of the lubricated contact (Maximum pressure, maximum temperature and minimum film thickness).


identifier: Amor, Ines  (2021). LTCC-based impedance tuner using liquid metal for reconfigurable microwave circuits.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réconfigurabilité
domaine de radiofréquence/micro-ondes
réseaux d’adaptation d’impédance
tuner fluidique et reconfigurable
ligne de transmission GCPW
métal liquide
Galinstan

abstract:
Reconfigurability in Radiofrequency/Microwave domain is a trend and an active development field in the scientific research framework due to the evolution of the telecommunication and wireless system as well as connected devices in our daily life. These devices require more and more components operating at high frequencies with wide bands. Those requirements let us in need for an automated and reconfigurable technology that allows parameters adjustment in order to fit the needed specifications.

In this context, as the impedance matching networks are important for Radiofrequency/Microwave circuits design, we have developed our idea with the aim of designing a reconfigurable liquid metal tuner, which allows the matching up to 10 GHz in frequency. The development of this tuner is based on a cavity cell’s design.

The resulting cell is implemented on a grounded coplanar waveguide transmission line. For the tuner reconfigurability, the cell admits 2 distinct states: empty cavity (air) and liquid metalfilled cavity. Therefore, the tuner is made up of 8 cascaded cells resulting the generation of 28 possible cases.

The development of the liquid metal called Galinstan, which exhibits non-toxic Characteristics comparing to Mercury characteristics used previously, has allowed us exploiting it within the framework of our project and discovering the advantages and drawbacks that it shows. In addition, we have studied the way to handle and package it.


identifier: Bensalem, Hachem  (2021). Méthodes d’instrumentation et d’optimisation d’applications élaborées en OpenCL mise en oeuvre sur des plateformes hétérogènes reconfigurables.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
FPGA
OpenCL
HLS
instrumentation
optimisation
hétérogène reconfigurable
SHA-2
SHA-3

abstract:
Le besoin de plateformes de calcul de haute performance s’est récemment intensifié avec l’émergence de nouvelles applications, telles l’intelligence artificielle et la science de données. De nouvelles plateformes hétérogènes reconfigurables sont ainsi déployées avec un potentiel d’accélération de calcul nettement supérieur à celles basées sur une architecture multiprocesseur. Ces plateformes se caractérisent par la diversité croissante de leurs éléments de calcul tels des processeurs multi-noyaux (central processing unit (CPU)), des processeurs spécialisés pour le traitement graphique (graphics processing unit (GPU)) et des unités de calcul reconfigurables de type FPGA (field-programmable gate array). Les fournisseurs de FPGA offrent maintenant des environnements logiciels de conception pour supporter cette diversité architecturale, appelés outils de synthèse de haut niveau (high-level synthesis (HLS) tools). En revanche, la performance d’une application créée par ces outils HLS est fortement dépendante de sa description de haut niveau, généralement peu compétitive par rapport à celle obtenue lorsque décrite avec des langages de description de matériel opérant à bas niveau. De plus, cette dégradation de performance est difficile à analyser et diagnostiquer, puisque ces outils HLS n’offrent pas un mécanisme permettant d’analyser les causes de cette dégradation comme ceux qui existent pour les CPU et GPU.

L’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse consiste à améliorer la productivité de développement d’applications sur les plateformes hétérogènes reconfigurables intégrant CPU et FPGA. Ils visent en particulier à améliorer l’observation d’événements temporels dans les accélérateurs élaborés en OpenCL ouvrant la voie vers le diagnostic précis des pertes de performance, comme le décrochage du pipeline. Un autre objectif spécifique consiste à faciliter l’élaboration de méthodologies d’optimisation pour améliorer la performance des accélérateurs sur FPGA décrits en OpenCL.

La première contribution de cette thèse propose une solution pour l’analyse in-situ de performances temporelles d’un noyau OpenCL implémenté sur FPGA en intégrant un moniteur développé avec un langage de description matériel. Ce moniteur peut facilement être intégré dans des noyaux OpenCL grâce à une approche de conception matérielle/logicielle. Il peut mesurer les évènements dans le FPGA avec une précision au cycle d’horloge du FPGA. La deuxième contribution exploite cette nouvelle solution d’instrumentation par la proposition d’une plateforme qui permet d’extraire les performances temporelles des noyaux OpenCL. Une modélisation théorique est proposée pour identifier le nombre d’instruments à insérer afin de calculer précisément les performances temporelles d’une application. Au meilleur de nos connaissances, cette plateforme d’instrumentation est la première qui propose la mesure des performances temporelles tels les latences et les intervalles d’initiation de boucles d’une application sur FPGA. Les résultats ont montré que cette plateforme permet d’identifier les causes de dégradation de performances.

Les troisième et quatrième contributions présentent les assises vers un outil d’optimisation automatique pour les accélérateurs de type FPGA élaborés en OpenCL. En effet, des techniques d’optimisation basées sur OpenCL sont proposées et elles sont appliquées sur les algorithmes du hachage (secure hash algorithm (SHA)) SHA-2 et SHA-3. Les résultats ont montré que les implémentations du SHA-2 et SHA-3 offrent un débit de traitement de données de 3.9 Gbps et de 22.36 Gbps respectivement, qui sont 4.3 fois et 2 fois plus élevées que les meilleures publiées dans la littérature implémentées par des outils HLS.


identifier: Coulombe, Audrey  (2021). Évaluation de mesures d’adaptation aux inondations avec PCSWMM et PROMETHEE pour un très petit bassin versant.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
inondation
modélisation hydrologique
modélisation hydraulique
changement climatique
analyse multicritère
PCSWMM
PROMETHEE

abstract: Les inondations sont des préoccupations majeures, car elles constituent un danger pour les habitants des zones riveraines. Les petits bassins versants ne sont pas épargnés par cette problématique et les communautés y habitant n'ont souvent pas les ressources pour y faire face. L'objectif de cette étude est donc de développer une méthodologie pour évaluer différentes mesures d'adaptation pour une municipalité en tête d'un petit bassin versant non jaugé et sujet aux inondations. Pour y arriver, un modèle hydrologique et hydraulique très détaillé et adapté au territoire a été mis en place à l'aide du logiciel PCSWMM. Ce modèle a été calibré et validé avec des événements sélectionnés à partir de mesures du niveau d’eau sur une année. Le modèle est ensuite utilisé pour tester différentes mesures d'adaptation dans un contexte de changements climatiques afin de mieux évaluer leur résilience en climat futur. Les résultats du modèle montrent que l’abaissement du ponceau Boyer et le reprofilage aval de la rivière permettent de diminuer le niveau de l’eau dans la section villageoise de Saint-Isidore puisque ceux-ci provoquent une retenue permanente de l’eau. Ensuite, une analyse multicritère appartenant à la famille des méthodes de surclassement, PROMETHEE, prenant en compte des critères socio-économiques, environnementaux et techniques permet d’hiérarchiser les mesures d’adaptation en fonction des préférences des décideurs du territoire et, ainsi appuyer la réflexion associée au processus de prise de décision. Ce processus permet d’orienter la municipalité vers des mesures répondants aux préoccupations de ses décideurs et résilientes aux changements climatiques. En effet, l’analyse multicritère indique que la déconnexion des gouttières et le bassin de rétention permettent de répondre aux critères et préférences. En bref, cette étude a permis d’identifier les données à colliger pour mener une étude sur les crues d’un très petit bassin versant non jaugé ainsi qu’une méthode d’analyse multicritère permettant d’hiérarchiser des mesures d’adaptation aux inondations. D’autres municipalités et praticiens pourront se baser sur cette méthodologie pour identifier des mesures résilientes aux changements climatiques contre les inondations.


identifier: Faghih, Ali  (2021). High power led-based light engine with double linear fresnel lenses for solar simulators.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
énergie solaire
diode électroluminescente
pas cher à bord
effets photovoltaïques
simulation
moteur lumineux
lentille de Fresnel

abstract:
As the use of solar power is growing, performance testing has become one of the main themes to guarantee the safety of photovoltaic instruments. Light sources are the most critical components of sun simulators used for experiments with solar cells. Rapid developments in light-emitting diodes (LEDs) have provided sufficient tools for designing LED solar simulations to imitate the sun accurately. LEDs have many benefits over presently used lampsbased technology. But these advantages were not harnessed due to the specific spectrum matching standards, Temporal instability, and uniform output light on a test area. Secondary optics are used to collimate the light rays into a controlled beam that will bring that full intensity to the needed area.

The main purpose of this study is to design and fabricate a high-power light engine for solar simulators based on LED integrated with a light concentrator using Fresnel lenses to reach more than one sun output. To aim, this objective main part of the research focused on selecting appropriate high-power Cheap On Board (COB) LED with the utilization of lower quantity of light sources while the specification of American Society for Testing Materials (ASTM) standards meets. The other important component considered to fabricate the device was the Fresnel lens to match with COBs and other component dimensions. The experimental results have been obtained and presented in a separate chapter. The overall objective of the research is to design and fabricate a LED-Based high-power light engine for solar simulators achieved with almost 5 sunlight output. The performed light engine could be used to construct a highflux solar simulator in the future.


identifier: Nasser-Dine, Ayad  (2021). A systematic method to perform goal directed task analysis with application to enterprise architecture.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: conscience de la situation

subject: analyse des tâches orientées vers les buts

subject: science de la conception

subject: ISO 15939

subject: document technique

abstract: Situation awareness (SA), the perception of the elements in the environment (level 1), the comprehension of their meaning (level 2), and the projection of their state in the future (level 3) is known to affect the performance of system operators who work in complex environments. Given the importance of SA in achieving goals and avoiding fatal errors, SA-oriented design has emerged as an approach to design human-machine systems that promote a high degree of SA. To design such systems, the first step is to create SA requirements—i.e., a list of SA elements—that will be translated later to design a system that promotes the SA of its operators. Goal-directed task analysis (GDTA) is a commonly used method for identifying SA requirements. However, GDTA has several shortcomings: it is broad, conceptual, and generic, and it is not clear from the literature how to perform GDTA in practice, that is, there are no explicit and systematic guidelines for performing GDTA. This shortfall may lead the SA analyst to create incomplete and/or erroneous SA requirements. This is problematic because those requirements will be adopted to design and evaluate a system that promotes SA and consequently, the incompleteness and/or errors in the list of SA elements will lead to design problems. Therefore, the purpose of this thesis is to design a method that guides GDTA practitioners in performing GDTA in explicit, systematic, and traceable steps, and to extend the application of GDTA outside the system design field to the documentation field. The present manuscript-based thesis is made up of three studies each of which aims to achieve a specific objective: the first study explored how GDTA is performed in practice; the second study designed a method to perform GDTA in a systematic and explicit way based on the best practices documented in the literature and ISO 15939; and the third study extends the application of the SA model outside the system design field by proposing a method based on GDTA and ISO 15939 to evaluate a non-procedural technical document. The findings of this thesis contribute to highlight 1) the shortfalls in performing GDTA; 2) the advancement of GDTA research and practice by proposing a concrete, applicable, systematic, and literaturebased method to perform GDTA; and 3) how the SA model and GDTA can be applied outside the system design field, to the technical document field, which shows researchers and practitioners the importance of considering the SA model in technical document evaluation.


identifier: Lagrini, Othmane  (2021). Analyse des requêtes http pour la détection d'intrusion web.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
HTTP
CSIC 2010
application Web
intrusions Web
apprentissage automatique

abstract:
De nombreux problèmes de sécurité des applications Web liés aux intrusions sont dus au développement rapide des applications Web. Pour réduire le risque de problèmes d'application Web, les développeurs d'applications Web doivent prendre des mesures pour écrire des applications sécurisées afin d'éviter les attaques connues. Lorsque de telles mesures échouent, il est important de détecter ces attaques et de trouver la source des attaques pour réduire les risques estimés. La détection d'intrusion est l'une des techniques puissantes conçues pour identifier et prévenir les dommages au système.

La plupart des techniques défensives des systèmes d'intrusion Web ne sont pas capables de faire face à la complexité des cyberattaques dans les applications Web. Cependant, les approches d'apprentissage automatique pourraient aider à détecter les attaques d'applications Web connues et inconnues. Dans ce mémoire, nous présentons des techniques d'apprentissage automatique pour classer les requêtes HTTP dans le jeu de données bien connu CSIC 2010 HTTP comme trafic normal ou anormal. Ces expériences produisent des résultats pour des ensembles de techniques d'apprentissage automatique qui se chevauchent et différents ensembles de fonctionnalités, ce qui nous permet de comparer la qualité des différents ensembles de fonctionnalités pour les différentes techniques d'apprentissage automatique, au moins sur cet ensemble de données.


identifier: De Carvalho Evangelista, Joao Victor  (2021). Modeling and optimization of multiple access for 5G networks and beyond.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: 5G

subject: réseaux d’accès de liaison montante sans autorisation

subject: accès multiple

subject: mMTC

subject: URLLC

abstract:
5G has evolved from a set of requirements to a fully specified cellular communication standard in the last five years. 5G’s design goals followed the trend in LTE standards and added support to new services alongside voice and data communications improvements. Naturally, these new services have different quality of service requirements than voice and data applications. To support a myriad of different services with distinct requirements, the design of 5G specifications must be highly flexible, supporting multiple numerologies, frame structures, and random access procedures. These changes demanded a radical redesign of several technologies used in previous networks, including rethinking multiple access.

The new services supported by 5G are grouped into three sets of applications based on their requirements: enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Machine Type Communication (mMTC), and Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC). While eMBB services mainly refer to the enhancement of current data applications, both mMTC and URLLC address applications not supported by past cellular standards.

At the time of writing this thesis, the specification of non-standalone 5G, basically 5G operating on top of legacy LTE networks, is finished. The specification for standalone 5G should be finalized in the coming year. Nonetheless, the development of new cellular standards is a gradual process, and there is much work to be done to fulfill the requirements stipulated for 5G networks. Therefore, the main topic of this work is to propose novel mathematical models to allow the theoretical evaluation of the performance of 5G networks with regards to the multiple access and propose novel optimization methods to guarantee the performance needed for the 5G service.

In this setting, the second chapter of this thesis is concerned with optimizing sparse code multiple access (SCMA). SCMA allows the network to schedule more users than orthogonal resources, emerging as an enabler of massive connectivity. We formulate two optimization problems: one seeking to maximize the sum rate of the network and the other the fairness. We formally prove the complexity of both problems and propose two sub-optimal optimization algorithms and compare their performances with available algorithms from the literature. Moreover, we analyze the impact of outdated channel state information on the algorithms performance.

The third chapter of this thesis focuses on the modelling of SCMA enabled grant-free access networks. We model this system within the stochastic geometry framework and derive closedform analytical expressions for the area spectral density and the probability of transmission success. Finally, we compare SCMA’s performance and scalability with an orthogonal multiple access system.

In the fourth chapter, we focus our efforts on the multiple access aspects of the uplink URLLC service. We consider a grant-free access system operating on the millimetre-wave spectrum with base stations equipped with massive antenna arrays to perform conjugate beamforming to separate the signal from distinct users. We use a spatiotemporal stochastic geometric model to derive closed-form expressions for the system’s reliability and latent access failure probability. Finally, we investigate the impact of the number of base station antennas on the performance and evaluate the suitability of this scheme to satisfy the stringent URLLC quality of service requirements.

The fifth chapter of this thesis concerns the distributed link adaptation problem of the uplink transmissions in a grant-free mMTC system. As mMTC applications are power limited, we model the problem as a cross-layer average power minimization under user-specific delay constraints. We formulate the problem as a partially observable stochastic game and propose three different distributed algorithms based on reinforcement learning. We evaluate the performance of the algorithms concerning the network’s average power consumption and delay. Furthermore, we compare the algorithms’ performance with a baseline solution based on a power-boosting reactive hybrid automatic repeat request protocol. We conclude the chapter by analyzing the tradeoffs involving the algorithms’ performance and the signalling overhead they require.


identifier: Chebbi, Samed  (2021). Attribution de l'incertitude structurelle du modèle hydrologique dans les études d'impact du changement climatique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
changements climatiques
incertitude
modélisation hydrologique
structure de modèle hydrologique

abstract:
Cette recherche a investigué l’importance de la structure des modèles hydrologiques en tant que source d’incertitude dans les études d’impacts du changement climatique sur les ressources en eau. Plusieurs études récentes ont montré que l’incertitude structurelle pouvait jouer un rôle significatif et même parfois dominant sur l’incertitude future, mais l’origine de cette incertitude a été peu explorée.

Afin d’explorer l’incertitude liée à la structure du modèle hydrologique et de comprendre l'incertitude associée à chacune des composantes structurelles, une analyse multi modèle a été faite à partir de onze (11) représentations de l’évapotranspiration, six (6) modèles d’accumulation et de fonte de neige, de même que seize (16) formulations d’écoulement de l’eau, formant ainsi 1056 combinaisons uniques de structures hydrologiques. L’étude couvre 21 métriques hydrologiques et un ensemble de 100 bassins versants situés en Amérique du Nord. L’importance de ces trois composantes à générer de l’incertitude en climats présent et futur a été étudiée et a été comparée avec celle liée aux modèles de circulation générale.

Les résultats ont montré que pour le climat actuel, l’incertitude structurelle réside majoritairement dans les formulations de l’écoulement de l’eau et ce pour toutes les métriques considérées.

Dans un climat futur plus chaud, l’incertitude structurelle des modèles hydrologiques domine les métriques de faibles débits et grands débits extrêmes et est autrement comparable à celle résultant des modèles climatiques. Les formulations d’évapotranspiration potentielle dans le climat futur contribuent plus fortement à l’incertitude globale et se compare à celle des formulations d’écoulement pour les métriques décrivant les débits moyens à élevés, mais devient minimale pour les métriques représentant les faibles et très grands débits. La contribution à la variance provenant des formulations d’accumulation et de fonte de neige reste faible pour tous les cas et métriques considérés.

Une sélection des meilleures structures de modèles hydrologiques a relativement peu d’impact sur les incertitudes globales et relatives. Elle permet de réduire la contribution des termes d’interaction d’ordre élevé liée aux débits extrêmes (période de retour de 2 à 20 ans), et de rehausser la contribution relative des Modèles de circulation générale, mais ne permet pas de réduire significativement la variance totale, ou à réduire drastiquement la contribution des structures hydrologiques à la variance totale.


identifier: Gunarathinam, Anisan  (2021). Attention mechanism in neural network for early diagnosis in newborns using cry signals.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: diagnostic chez le nouveau-né

subject: classification de pathologie

subject: cris de nouveau-né

subject: réseau neuronal récurrent

subject: LSTM avec attention

subject: Long-Short Term Memory

subject: perceptron

subject: multicouche

subject: coefficient cépstral de fréquence de Mel

abstract:
Humans use their voice to communicate, and it is often driven by instinct. On a larger scale, this same instinct can be applied to a newborn infant who tries to express itself, with obviously, his cry. According to past studies made on this subject, there is a strong correlation between an infant's cry and psychological condition and pathology that affects the latter. This study focuses on finding a correlation and identifying the newborn's condition using a neural network. This tool would help experts identify something that they could have potentially ignored and better diagnose a newborn according to the disease affecting it before it is too late. Whether it is in a developed country or a developing country, this solution requires no expensive diagnosis material.

Our study uses an Attention mechanism neural network that has known success in speech recognition and text translation in the last two years. The Attention layer learns to focus on different aspects of the input. The Transformer uses Encoder-Decoder architecture to summarize the entire input before outputting the results, which are strongly linked with each input sequence. The idea is to eliminate the dependency in the fixed-length input conducted in the previous studies. The Attention mechanism enhanced LSTM (Long short-term memory) is a recurrent neural network that inherits the self-attention layer from the Transformer.

Only the expirations sessions are extracted for each cry sample to generate the matrix of Melfrequency cepstral coefficients (MFCC). These features are then fed into the neural network. Using the data at our disposition, we train the network and test it with new data to compare the performance with the classical LSTM default variant.

Several previous studies use the same dataset, so the results are compared to the same criteria to evaluate the performance of this variant for our purpose. The features and parameters are optimized with both variants to obtain a global view of the Attention mechanism for early diagnosis in newborns and conclude if this path can be taken or not.


identifier: Robitaille, Mathieu  (2021). L’intégration de la norme ISO19650 au processus de modélisation des informations de la construction (BIM) destinées à la gestion des actifs en contexte Québécois.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
livrables numériques
BIM
gestion d’actifs
opération et maintien d’actifs

abstract:
Les bénéfices apportés par l’utilisation de la modélisation des informations de la construction (BIM) lors des phases de conception et de construction des actifs n’est plus à démontrer. Ce sont cependant les donneurs d’ouvrages qui ont le plus à gagner de l’utilisation du BIM, pour l’opération et le maintien des actifs. Pourtant, peu de recherches se sont penchées sur le transfert des livrables numériques des projets BIM vers les gestionnaires d’actifs malgré la grande importance de ces livrables pour l’opération et le maintien des actifs.

Cette recherche vise à analyser le processus de gestion d’informations en prévision du livrable d’un actif numérique et à observer comment la norme internationale de gestion des données s’applique à un projet en contexte québécois. Elle est appuyée par une revue de littérature qui aborde les bénéfices du BIM en contexte post construction, les particularités de l’industrie québécoise de la construction, les enjeux reliés à l’implantation du BIM en contexte post construction, les concepts qui répondent aux enjeux reliés à l’implantation du BIM en contexte post construction et les actions qui contribuent à cadrer la gestion de l’information.

L’approche méthodologique de l’étude, inscrite dans une épistémologie constructiviste, est basée sur une récolte d’informations qualitatives auprès des acteurs impliqués dans le projet pilote qui fait figure d’étude de cas ainsi que sur des informations quantitatives relevées dans les documents du projet.

La recherche a permis de démontrer que l’application de la norme ISO 19650 fait face à de nombreux obstacles dû aux bouleversements que celle-ci occasionne, tant au niveau des relations entre parties prenantes qu’au niveau des concepts qui cadrent la production et la gestion des livrables.


identifier: Terrier, Philippe  (2021). BiomiMETRIC: développement d’un outil pour la conception biomimétique et application à l’étude de scénarios de mobilité urbaine.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: biomimétisme

subject: méthodologie de conception biomimétique

subject: outil de conception en ingénierie

subject: analyse de cycle de vie

subject: mobilité urbaine durable

abstract:
Le biomimétisme, et plus spécifiquement la conception biomimétique encadrée par la norme ISO 18458, présente un fort potentiel d’innovation dans des domaines comme l’ingénierie, le design ou encore l’architecture. Cependant, ces approches puisant leur inspiration dans l’observation et la compréhension du vivant manquent de quantification. Cette faiblesse, en termes d’évaluation de la réelle performance biomimétique ou environnementale d’une solution, limite la diffusion et l’usage plus systématique de l’approche biomimétique dans les disciplines, comme l’ingénierie, qui mobilisent habituellement de nombreuses approches quantitatives.

L’objectif principal de cette thèse consiste à développer un outil quantitatif d’aide à la conception biomimétique, et à l’appliquer à l’évaluation de scénarios en mobilité urbaine, afin d’évaluer leur performance au regard des principes répondant aux différentes dimensions du biomimétisme. Pour atteindre cet objectif, cette thèse apporte trois principales contributions à l’avancement des connaissances.

La première contribution porte sur l’association des méthodes d’évaluation des impacts issues de l’analyse de cycle de vie (ACV) avec les dix principes de biomimétisme ou principes du vivant. Cette approche permet de réduire la subjectivité de la démarche actuelle d’évaluation biomimétique en proposant une mesure quantitative de la performance biomimétique d’une solution, d’un produit, d’un système ou d’un service.

La seconde contribution se présente sous la forme du développement de BiomiMETRIC, un outil de quantification de la performance biomimétique, qui bonifie la méthodologie de conception biomimétique en rendant la démarche de conception opérationnelle. En effet BiomiMETRIC quantifie les dix principes de biomimétisme grâce aux méthodes utilisées en ACV, en plus de proposer une liste de questions évaluées et pondérées, pour chaque principe de biomimétisme. Il en ressort une comparaison chiffrée permettant aux utilisateurs d’identifier les caractéristiques des options évaluées et d’éclairer le processus de sélection de l’option choisie.

La troisième contribution porte sur l’utilisation de l’approche innovante proposée par BiomiMETRIC, afin de comparer cinq scénarios de mobilité urbaine des personnes à travers une étude de cas associée au contexte des déplacements des usagers à l’heure de pointe sur l’Île de Montréal. Le scénario « Résilience Aléas » issus d’une approche systémique et prospective affiche le meilleur compromis en termes de mise en oeuvre, et de performance biomimétique. « Résilience Aléas » qui propose un cocktail de mobilité collective, mobilité active et d’électrification des transports, présente une performance biomimétique plus élevée et donc des impacts environnementaux systématiquement plus faibles que le scénario Statu Quo initial. L’outil BiomiMETRIC a permis de révéler une réduction au niveau de la consommation de matériaux (-75,7 %), de la demande en énergie (-72,1 %), de la consommation de ressources fossiles (-74,5 %), de la consommation d’eau (-55,0 %), des émissions de GES (-72,5 %), du cumul de substances toxiques (-72,9 %), ainsi que de l’occupation du sol (-68,2 %).

Destiné à tous ceux ayant un intérêt pour la conception biomimétique, tels que les designers, architectes ou ingénieurs, en complément à la norme ISO 18458, BiomiMETRIC apporte une réponse à la question : « Comment évaluer quantitativement la performance de diverses alternatives afin de sélectionner celle ayant le meilleur potentiel environnemental et biomimétique? ». L’utilisation de BiomiMETRIC permet de caractériser les options évaluées en regard des principes de biomimétisme, de quantifier la performance biomimétique d’une potentielle innovation, et enfin de faciliter le processus de prise de décision par les parties prenantes.


identifier: Lemoine St-André, Hugo  (2021). Adaptation of deep siamese neural networks for video face recognition.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
reconnaissance faciale
apprentissage profond
réseau Siamois
vidéo surveillance
vidéo description

abstract:
Face recognition for static face images has been well explored and is generally very successful, but video face images taken in unconstrained environments pose more difficult challenges as the image samples suffer from more issues such as pose variation, blur, illumination variation, lower resolution and lower quality. This thesis, addresses face recognition for video-based applications. First, we explore face re-identification for video surveillance applications, attempting pairwise face matching to identify a person in a database using a deep Siamese network. Next, we explore video description, attempting to capture the distribution of the identity samples from a movie using the same Siamese network with clustering techniques. To address this problem, other researchers have labeled a large amount of data in order to enhance their model, which is problematic as it is time- and resource-intensive. The objective is to a adapt deep Siamese network trained on public datasets of static face images to the unconstrained video domain in an unsupervised manner, removing the need to label data manually. To this end, we use triplet loss to learn and adapt discriminative face features in a practical manner for real-world video applications.

Recentwork in video surveillance has used supervised adaptation to close the domain gap between static images and videos. Other researchers have used weakly-supervised or unsupervised domain adaptation, but there are very few works based on a deep Siamese network. These require the target domain to be either a closed-set problem or have a very large amount of unlabeled data, both of which impractical. In this thesis, we introduce an unsupervised domain adaptation named Dual-Triplet learning which is a variant of triplet learning. It simultaneously uses triplets from source and target domains to adapt robust static representation to newly installed video sources using only a few unlabeled samples. The methodology is validated with the COX-S2V dataset whith which we are able to get 3% to 7% gain in classification accuracy.

In regards to video description, we intend to use a deep Siamese network with tracklet information to group face samples of the same identity. With such a tool, it will be possible to describe faces on any video automatically. To this end, robust static face CNN backbones are adapted to a movie using unlabeled data from the movie itself. By using spatio-temporal information (tracklets) of video samples, it is possible to produce positive and negative pairs for triplet loss training. With this, we attempt self-supervised learning with a deep Siamese network, using the first episode of the television series The Big Bang Theory, to learn robust and discriminative features of face samples from the movie. We show that self-supervised learning can enhance the clustering V measure by 15%. We also show that with a sufficient number of samples, the tracklets can be used as a single representation to perform faster and more accurate clustering.


identifier: Allogba, Stéphanie  (2021). Modèles de classification et de prédiction de performance des signaux optiques WDM basés sur les algorithmes d’apprentissage machine.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage machine
apprentissage par transfert
détection anticipée d’anomalies
modèle univarié
modèle multivarié
prédiction des performances
qualité de transmission
réseaux de neurones

abstract:
La croissance constante du trafic contraint les opérateurs de télécommunications à déployer des systèmes de transmission optique WDM (Wavelength-Division Multiplexing) ayant des débits, une capacité et une flexibilité en constante évolution. Cependant, ces systèmes transportant une multitude d’applications (vidéo, cloud, Internet des objets …), l’impact des dégradations de leur performance devient de plus en plus important. Une solution potentielle serait d’implémenter des outils de contrôle et de gestion de réseau proactifs pouvant exploiter les métriques de performance collectées sur le réseau. Dans ce contexte, l’apprentissage machine se positionne progressivement comme une solution prometteuse pour gérer la complexité et l’évolutivité des réseaux optiques hétérogènes. En effet, les outils basés sur les techniques d’apprentissage machine seraient très utiles dans la couche physique de réseaux optiques dans un contexte de réseau dynamique défini par logiciel (Software Defined Network, SDN), en particulier pour la prédiction des performances.

Cette thèse vise donc à proposer de nouvelles méthodes basées sur des algorithmes d’apprentissage machine pouvant être intégrés dans les outils de gestion des réseaux optiques afin de contrôler les performances des connexions optiques qui transportent un trafic pouvant atteindre plusieurs Térabits par seconde. En outre, chacune des méthodes proposées est validée par des simulations utilisant des données de performance réelles recueillies dans des liaisons optiques de réseaux de production. Visant à répondre à des problèmes différents, ces nouvelles méthodes proposées sont présentées dans trois parties distinctes de la thèse.

Dans la première partie, la première méthode développée est un outil de classification construit à partir des données de BER (Bit Error Rate) d’une connexion optique (lightpath) déployée dans un réseau de production pendant une période de 31 jours. Cet outil utilise l’algorithme des plus proches voisins (K-nearest neighbor, KNN). Il a pour but de caractériser le niveau de qualité du BER et répond donc au problème d’estimation de la qualité de transmission d’une connexion optique. De plus, dans cette partie, un module permettant d’analyser l’impact des attributs utilisés pour estimer la qualité de transmission d’une connexion optique a été implémenté. Ce module a été construit à partir de l’algorithme à support vecteurs machine (Support Vector Machine, SVM).

Dans la seconde partie, les modèles proposés ont pour but de répondre au problème de prédiction des métriques de performance d’une connexion optique, notamment le BER et le rapport signal-sur-bruit (SNR). Ces modèles sont construits en utilisant deux de variantes des réseaux de neurones (Long Short-Term Memory, LSTM et Gated Recurrent Unit, GRU). Cette partie est divisée en trois sections. La première section présente des modèles univariés de prédiction du SNR d’une connexion optique utilisant les données historiques de BER provenant d’un réseau de production. La deuxième section présente les modèles multivariés de prédiction de SNR d’une connexion optique utilisant à la fois les données historiques de BER ainsi que d’autres attributs comme la puissance optique du canal WDM, la température, etc. La troisième section vise à explorer le potentiel de l’apprentissage par transfert en évaluant les modèles multivariés et univariés de prédiction de SNR sur des ensembles de données de terrain provenant de connexions optiques différentes.

Finalement, dans la troisième partie, un modèle de détection d’anomalies de performance, basé sur un algorithme SVM et l’approche de l’écart interquartile (Inter Quartile Range, IQR), est proposé. Dans un premier temps, le modèle permet de définir et d’extraire les attributs permettant de caractériser les anomalies observées dans les métriques de performance de connexions optiques déployées dans un réseau de production. Dans un deuxième temps, le modèle est utilisé pour la détection anticipée des anomalies dans les séries temporelles de SNR recueillies dans le réseau de production.


identifier: Rahimi, Ali  (2021). Modeling and simulation of high speed semiconductors used in GaN and SiC power converters.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
large bande interdite
semi-conducteur
convertisseur de puissance
diode de puissance PiN

abstract: By considering the merits of increasing power converters switching frequency, e.g., passive components size reduction, using wide-bandgap (WBG) semiconductors is an inevitable part of new generations of power converters. Designing a power converter in such high frequencies needs accurate modeling of semiconductor switches. In this thesis, after surveying the state-of-the-art, a new approach has been proposed for modeling and verifying the performance of these new generations of semiconductor switches (SiC-MOSFETs and GaN-FETs). A new mathematical method is proposed for modeling the switches’ current. Besides, an equivalent circuit is proposed for PiN power diodes, facilitating the circuit analysis of the switching dynamic. Finally, a set of state equations has been derived to simulate the switching transients by considering the impact of parasitic elements of the circuit. The main advantage of this set of equations is its validity during the entire switching period. In other words, it is not needed to divide the switching’s transient periods into smaller segments and analyze the circuit in each segment separately. The simulation results have been presented in two different scenarios. Comparing these results with the switches’ datasheets shows the promising performance of the proposed method.


identifier: Zorgani, Muftah  (2021). Effect of ausforming on the microstructure and transformation kinetics of a medium carbon carbide-free bainitic steel.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
bainite sans carbure
ferrite bainitique nanostructurée
austénite résiduelle
martensite
dilatomètrie
changement relatif de longueur
plasticité de transformation
alignement microstructural
revenu
dislocations
diffusion

abstract:
High-strength steels, characterized by an excellent combination of mechanical properties, such as ductility and formability, with satisfactory weldability and cost, are in continuous demand in most industries, especially the automotive industry, where reducing vehicle weight is an important means of improving both fuel efficiency and passenger safety. A new generation of nanostructured bainitic steels with high carbon-silicon content, known as carbide-free bainitic ferrite (CFB), has been developed to meet the above demand. However, high-C nanostructured CFB steel needs to be heat-treated, sometimes for several days, to attain the required microscopic structural features. Furthermore, the drawbacks of high carbon content are weldability problems, where cracks can be developed in the heat-affected zones due to the formation of untempered martensite. In this context, low- or medium-C nanostructured CFB steel could be an excellent alternative as it overcomes the shortcomings of high-C nanostructured CFB steels. However, obtaining nanostructured CFB in low- and medium-C steel can be challenging because reducing the steel’s carbon content increases the martensite start temperature and diminishes the difference between bainite and martensite start temperatures, ultimately resulting in losing the benefits of performing bainite transformation at a low temperature.

Among the prominent parameters that control the bainitic ferrite plate thickness is the strength of the austenite from where the bainite grows and the driving force of the transformation. Therefore, thermomechanical treatments such as ausforming can be a possible solution to overcome the limitations of using high carbon steel. The work hardening of supercooled austenite, owing to deformation prior to bainite transformation, resists the thickening growth of bainitic ferrite plates. Besides, the kinetics of bainite transformation, microstructure morphology, and retained austenite stability can be affected. Therefore, in order to achieve the above objectives, a more fundamental understanding of the mechanisms involved in the evolution of the microstructure as a result of the ausforming process in medium-C high Si steels is required. In particular, the impact of ausforming on bainitic transformation and the characteristics of bainitic laths needs to be understood and related to the ausforming parameters.

The present Ph.D. project aims to address the above question with the view to ultimately determine optimum ausforming conditions in order to obtain nanosized bainitic plates in a medium carbon high Si steel. To this end, three major objectives were identified: The first part of the study provides the details of how the stability of deformed retained austenite was modified according to the amount of deformation at 600 oC prior to isothermal bainitic transformation at 325 to 400 oC. The analysis showed that the main factor contributing to retained austenite's stability was bainitic isothermal temperature regardless of percent deformation. For the studied steel, bainitic transformation above Ms and below 350 oC was the threshold temperature above which the retained austenite within the CFB matrix decomposed dramatically to martensite as percent deformation increased. CFB microstructure obtained at 325 oC had the highest retained austenite thermal stability among other bainite transformation temperatures.

In the second part of the study, the anisotropy in the morphology of CFB is correlated to the transformation plasticity strain (TP) as a function of ausforming temperature (above or below bainite start temperature, (Bs). The microstructural change observed by SEM and EBDS analysis were compared with TP strains evolution calculated by axial and radial strains during bainite transformation at 325 oC after deforming supercooled austenite at 600, 400, and  325 oC. Ausforming at 600 oC had a limited effect on microstructural changes and TP strains and comparable with the pure isothermal condition. An alignment in bainitic ferrite plates was observed when a compressive plastic deformation was applied below Bs. The TP strain intensified with severe alignment in the microstructure when the ausforming was applied at the isothermal transformation temperature (325 oC). Moreover, nanostructured morphology with ~100 nm bainitic ferrite plate thickness was obtained, and the hardness reached a level similar to that of a martensitic state (~550 HV).

Finally, the response of the CFB microstructure to tempering process, obtained via pure isothermal transformation (P-bainite), i.e., no deformation applied prior to bainitic transformation, and ausforming followed by isothermal transformation (A-bainite), was investigated. The aim of this study was done in order to determine the underlying mechanisms of observed dilatometric and microstructural changes during isothermal tempering at 400 and 500 oC. The outcome of this investigation showed that the P-bainite condition had minimal dilatometric changes for all examined tempering temperatures. In addition, no microstructural changes, such as cementite precipitation, revealed either by metallography or XRD examination, expect a mild increase in bainitic ferrite plats by about 20%. Consequently, the hardness level before and after tempering has not changed much (6% decrease). Likewise, ausformed sample (A-bainite) showed minimum dilatometric and microstructural change during tempering at 400 oC.

On the other hand, a large contraction in dilatometric signal was observed in the ausformed bainitic microstructure that tempered at 500 oC. The change in dilatation started at the early stage of the heating step at around 400 oC. The observed contraction was linked to cementite precipitation due to either decomposition of bainitic ferrite and/or film-like retained austenite. The cementite precipitates could be revealed by SEM and XRD techniques with an amount of about 6%. The presence of these precipitates prevents the large coarsening of bainite ferrite, thereby producing hardness levels similar to that of non-tempered conditions (14% decrease). Moreover, the calculation of carbon content in bainitic ferrite showed a remarkable decrease, from 0.19 to 0.08 wt.% after tempering at 500 oC, compared with other investigated conditions. This can be related to altering the supersaturated bainitic ferrite crystal (BCT) to itsequilibrium state (BCC). The significant effect of tempering in the A-bainite sample is due to the enhancement of carbon diffusion through the existence of high dislocation density.


identifier: Bathaei, Seyed Amir Hossein  (2021). The prediction of liquid leak rates through packing seals.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
anneaux de garniture
milieu poreux
fuite
expérimentation
modélisation analytique et numérique

abstract:
Packing rings are the most sensitive member of packed stuffing boxes in pressurized mechanical assemblies such as valves and pumps. Their ability in dealing with pressure and temperature are not well established, making their long-term use in valves and compressors unpredictable. The wrong choice of the material, number of packing rings, incorrect installation and fluid incompatibility can lead to leakage failure and cause hazards to human and environment.

Leakage of fluids (gas or liquid) in the nuclear or petrochemical industries often occurs in carrier lines, valves, and compressors. Such a situation can cause high risk and have drastic consequences on human health and safety and the environment. In these industries, accident reports indicate that fluid leakage is often related to valves. The sealing of valves is insured by packed stuffing boxes that requires a special attention by researchers in this field. The porous nature of packing rings is an open path for leakage. Unfortunately, the lack of standard tests and design procedures of stuffing box packings of valves is alarming and has been the subject of recent studies.

In practice, a small amount of research has been conducted on fluid flow through packing rings, some of which cover numerical and analytical leakage predictions. There is definitely a need of experimental research in this field. In fact, the results of experimental tests can validate and confirm the accuracy of the predicted results and determine the robustness of the analytical and numerical models. In this research, a test rig was used to simulate the actual conditions of a valve packed stuffing box and lead us to simulate the leakage behavior at room temperature. This test rig was designed to measure gas or liquid leakage through packing rings under different compressive loads and fluid pressure. Different leakage measurement methods were used depending on the amount of leakage obtained with flexible graphite-based packing.

This work aims at predicting leak rate through stuffing box packing rings; This is achieved by validation of the predictions with the experimental test results. In fact, the experimental tests have been performed to validate the analytical model and benefit the various industries with the results obtained under different operating conditions. Practically, the many parameters affecting leakage of packing rings have render the comparisons difficult to make. However, some parameters considered simultaneously have produced results close to reality. This work is based explicitly on the validation of a fluid flow analytical model based on several experimental leak measurements. The study on the packing ring materials starts with the determination their porosity parameters with a reference gas used in the developed fluid flow models to predict leak rates. Nitrogen gas was used as a reference gas to determine the pore size and their number in the packing ring porous structure.

Finally, according to the findings, leakage through packing rings can be controlled and reduced, and its prediction is possible using the validated analytical models.


identifier: Shcherbakova, Monisha  (2021). Optical thermography infrastructure to assess thermal distribution in critically ill children.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
soins intensifs
stress hémodynamique
thermographie infrarouge
caméras IR
gradients thermiques

abstract: Goal: The aim of this study is to explore and assess infrared thermography as a method to analyze temperature profiles of critically ill children. Methods: Critically ill patients admitted to the pediatric intensive care unit of Saint Justine Hospital with features of respiratory, hemodynamic or neurological failure were included prospectively in this study. A FLIR Lepton 3.5 infrared sensor was used to take images of the patients in real clinical condition, after obtaining informed consent. The temperatures of their core (either thorax or inner eye) and of their extremities (fingers or toes) were extracted. The gradient between the central and extremities temperature of the patients was calculated by taking their difference and the ratio was calculated by dividing the two values. Continuous temperature analysis along the body was also performed by taking the temperatures along a line joining the core to the extremities. Spearman correlation tests were performed to study any relation between the gradient and the clinical background of the patients. Results: In total, 36 patients were included. The median central temperature [interquartile range] extracted from the IR images of the subjects was 33.88°C [32.74-34.19], and the median temperature of the extremities was 30.21°C [28.89-33.13]. There was a good correlation between the central temperature extracted via thermography and the clinical axillary temperature (correlation factor of 0.39, p value= 0.016). There was also a very good correlation between the central and extremities temperature extracted via thermography (correlation factor of 0.66, p value = 1.2 e-05). The correlation tests with clinical markers did not give any statistically significant results. The temperatures extracted along the line joining the core to the limbs were plotted on a graph and gave insightful results into the artefacts present on the body. Conclusion: Thermography was found to be effective to estimate the temperature of the core and limbs of the patients included in this study. Correlation with specific clinical conditions such as shock or sepsis needs further study with a larger sample size.


identifier: Trabelsi, Helmi  (2021). Optimisation des performances de Hyperledger Fabric: détection précoce des conflits de concurrence de multiversion.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Hyperledger Fabric
MVCC
EOV

abstract:
Hyperledger Fabric est un système de blockchain privée qui dispose d’un système hautement modulaire et extensible pour le déploiement de blockchains sans permission qui a un effet majeur sur un large éventail de secteurs. Contrairement aux systèmes blockchain traditionnels tels que Bitcoin et Ethereum, Hyperledger Fabric utilise le modèle EOV pour le traitement des transactions : les transactions soumises sont exécutées par le noeud endorseurs, ordonnées et groupées par les services de commande et validées par les noeuds de validation.

Cette architecture EOV pose un problème bien documenté qui est le conflit de concurrence de multiversions. Cela se produit lorsque deux transactions tentent d’écrire et de lire la même clé dans le grand livre en même temps. Les solutions existantes pour résoudre ce problème incluent l’élimination des blocs au profit du traitement des transactions en streaming, la réparation des conflits lors de la phase de commande et la fusion automatique des transactions en conflit à l’aide des techniques CRDT.

Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelle solution appelée Détection précoce des conflits MVCC. Notre solution détecte les transactions en conflit à un stade précoce de l’exécution de la transaction au lieu de les traiter jusqu’à la phase de validation pour être abandonnée. L’avantage de notre solution est de détecter les conflits le plus tôt possible afin de minimiser la surcharge des transactions conflictuelles sur le réseau, ce qui réduit la latence des transactions de bout en bout et augmente le débit effectif du système. Nous avons réussi à faire les modifications nécessaires sur le code source de Hyperledger Fabric afin d’implémenter notre solution. Nous proposons trois solutions différentes pour réaliser la détection précoce qui diffère par la structure de données utilisée pour le stockage des clés ainsi que la politique de verrouillage. Nos résultats montrent que nos solutions fonctionnent mieux que la solution basic de Hyperledger Fabric. Notre meilleure solution est la méthode SyncMap qui améliore le débit effectif de 23% et réduit la latence de 80%.