identifier: Calvet, J. (2013). Analyse dynamique de logiciels malveillants  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un logiciel malveillant est un programme informatique qui réalise volontairement une action allant à l'encontre de l'intérêt de l'utilisateur. Durant la dernière décennie, ces logiciels ont particulièrement proliféré et leur niveau de complexité technique a drastiquement augmenté. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est le développement de méthodes de compréhension des logiciels malveillants, afin d'aider l'analyste humain à mieux appréhender cette menace. Notre premier thème de recherche est la compréhension des logiciels malveillants à l'échelle du programme. La première difficulté vient du fait que ceux-ci ne sont disponibles que sous une forme exécutable, c'est-à-dire naturellement compréhensible par un ordinateur, mais pas par un être humain. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les programmes exécutables sur l'architecture x86, car celle-ci est la plus commune pour les ordinateurs personnels. Ces programmes sont particulièrement délicats à étudier, du fait qu'ils contiennent très peu d'informations de haut niveau, qu'ils ont la capacité de se modifier eux-mêmes et que le langage machine x86 comprend de nombreuses spécificités difficiles à modéliser. La situation est aggravée dans le cas des logiciels malveillants, car ceux-ci emploient souvent des protections contre l'analyse. De nombreuses méthodes de travail usuelles sont alors inefficaces, et c'est pour cela que nous employons l'analyse dynamique -- l'étude d'une exécution particulière d'un programme --, car elle offre une plus grande fiabilité grâce à sa connaissance précise de l'état de la machine.  Dans ce contexte, la première réalisation de cette thèse est une analyse à grande échelle et en profondeur des protections de logiciels malveillants. En effet, ces protections restent peu étudiées, car la recherche en sécurité se focalise habituellement sur le cœur des logiciels malveillants, où se trouve leur logique finale. Afin de pallier cette carence, nous avons étudié des centaines d'exemplaires de logiciels malveillants, soigneusement sélectionnés pour leur dangerosité. En mesurant de façon automatique un ensemble de caractéristiques originales, nous avons pu alors montrer l'existence d'un modèle de protection particulièrement prévalent dans ces programmes, qui est basé sur l'auto modification du code et sur une limite stricte entre code de protection et code utile. La deuxième réalisation de cette thèse est l'étude des algorithmes cryptographiques dans les protections de logiciels malveillants. Dans les cas où ces algorithmes cryptographiques appartiennent au domaine public, le problème est alors de reconnaître l'implémentation d'un algorithme connu dans un programme en langage machine. Cela est rendu particulièrement difficile dans les protections de logiciels malveillants, car elles sont conçues spécifiquement pour rendre ce type d'analyse compliqué. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé une méthode d'identification d'implémentations cryptographiques adaptée aux programmes en langage machine protégés. Nous avons validé notre approche en identifiant de nombreuses implémentations d'algorithmes cryptographiques -- dont la majorité sont complètement invisibles pour les outils existants --, et ceci en particulier dans des protections singulièrement obscures de logiciels malveillants. Cela nous a permis de montrer que les logiciels malveillants Storm Worm et Silent Banker avaient la même erreur dans leur implémentation de l'algorithme TEA (contrairement à ce que mentionnent les analyses existantes).  Notre second thème de recherche est la compréhension des logiciels malveillants à l'échelle du réseau. En effet, il est devenu commun pour les machines sous le contrôle d'un logiciel malveillant de recevoir des ordres par Internet, et de constituer alors ce qu'on appelle un réseau de machines zombies (un botnet). L'opérateur de ce réseau peut ainsi coordonner les actions des machines infectées, par exemple pour déclencher des attaques de déni de service. Il existe trois grandes méthodes d'étude des botnets : l'infiltration sur Internet, la construction d'un modèle théorique pour le simuler, et finalement l'émulation, c'est-à-dire la reconstitution complète du réseau dans un environnement de laboratoire avec de véritables machines infectées. Cette dernière approche permet une grande rigueur scientifique, grâce à son contrôle sur l'environnement, et évite d'impliquer de véritables utilisateurs.  La réalisation de cette thèse dans ce thème est la validation de l'émulation comme méthode d'étude à grande échelle des botnets. Pour ce faire, nous avons développé ce qui est, à notre connaissance, le premier environnement d'émulation de botnets de plusieurs milliers de machines. Grâce à cela, nous avons montré que l'exploitation d'une vulnérabilité du protocole pair-à-pair du botnet Waledac permet de prendre le contrôle de ce réseau. À cet effet, nous avons reproduit complètement ce botnet avec 3 000 machines infectées dans notre environnement d'émulation, et nous avons exploité sa vulnérabilité de multiples fois en prenant différentes mesures. De plus, nous avons découvert que le choix de distribuer la même clé cryptographique aux machines infectées n'était pas une grossière erreur des opérateurs de Waledac, mais plutôt un compromis pour optimiser les performances du réseau.  ABSTRACT: Malicious software ---also called malware--- takes actions against a computer user's interest, e.g. by stealing its banking information, or by sending spam with its email account. In the last decade, this kind of software has significantly proliferated and their level of technical complexity has dramatically increased. In this context, the main goal of this thesis is the development of malware analysis methods to help human analysts better comprehend the threat it represents. Our first research theme is to address our understanding of malicious software with programme analysis techniques. The first difficulty comes from the fact that malware is typically only available in its machine-understandable executable form that is very hard for a human to comprehend. In this thesis, we focus on executable programmes on the x86 architecture, the most common among personal computers. These programmes are particularly difficult to analyse since they contain very little high-level information, they have the capacity of modifying themselves, and the x86 machine language includes many idiosyncrasies that are hard to model. The situation is made worse in the case of malware as they often employ protection techniques to counter programme analysis efforts. Several common analysis methods are thus rendered useless, and this is why we employ dynamic analysis ---the study of a particular execution of a programme--- as it offers great flexibility due to its precise knowledge of the internal state of the machine. In that context, the first achievement in this thesis is the large-scale and in-depth analysis of malware protection techniques. Indeed, these protections have not been studied very much as security research usually centers on the core code of the malware, where the final "payload" logic hides. In order to fill this gap of knowledge, we have studied hundreds of malware samples, carefully selected according to their threat level. By automatically measuring a set of original characteristics, we have been able to demonstrate the existence of a particularly prevalent model of protection in these programmes that is based on self-modifying code and on a strict delimitation between protection code and payload code. The second achievement of this thesis is the study of the use of cryptographic algorithms in malware protections. Where the cryptographic algorithms used are from the public domain, the problem consists in recognising the implementation of a known algorithm in machine code. This is made difficult in malware protections as they are specifically designed to make this kind of analysis intractable. To address this problem, we have developed an identification method for cryptographic implementations adapted to protected machine language programmes. We have validated our approach by identifying several implementations of cryptographic algorithms ---the majority unidentified by existing tools--- and this even in particularly obscure malware protection schemes. This has allowed us to demonstrate that the Storm Worm and Silent Banker malware had the same implementation error in the TEA algorithm (contrarily to what previous analysis had mentioned). Our second research theme is the understanding of malware at the network scale. Indeed, it has become common for machines under the control of malware to receive commands through the Internet, constituting network of robots or botnet. The operator of this botnet can coordinate the actions of infected machines, for example by initiating Denial-of-Service attacks. There are three overall methods for studying botnets: infiltration on the Internet, construction of a theoretical model and simulation, and emulation, i.e. the reconstitution of the botnet in a laboratory environment with truly infected machines. This last approach allows a high level of scientific rigour, thanks to its control of the environment, and avoids having to involve real users.


identifier: Menaa, M. (2013). Méthode des éléments finis hybride appliquée aux vibrations des coques sphériques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse des coques sphériques remplies de fluide et soumises à un écoulement supersonique a été l'objet de peu de recherches. Un nombre limité de travaux a été consacré à l'analyse des coques sphériques remplies de fluide ou sous l'effet du flottement supersonique. Dans cette thèse, nous élaborons un modèle capable d'analyser le comportement dynamique des coques sphériques à vide, partiellement remplies de liquide ou soumises à un écoulement supersonique. La méthode développée est une combinaison de la méthode des éléments finis, de la théorie des coques minces, de la théorie potentielle du fluide et de la théorie aérodynamique du fluide. Différents paramètres seront considérés dans l'étude. Dans la première partie de l'étude, l'analyse vibratoire des coques sphériques a été menée. Le modèle structural est basé sur une combinaison de la théorie des coques minces sphériques et de la méthode des éléments finis classique. Les équations de mouvement utilisant la méthode des éléments finis hybride ont été dérivées et résolues numériquement. Les résultats ont été validés en utilisant les données numériques et théoriques disponibles dans la littérature. L'analyse a été accomplie pour des coques sphériques de différentes géométries, différentes conditions aux rives et plusieurs rapports rayon-épaisseur. La méthode des éléments finis hybride peut être utilisée efficacement pour la conception et l'analyse des coques sphériques utilisées dans les structures des aéronefs à haute vitesse. Dans la seconde partie de cette étude, une méthode des éléments finis hybride a été appliquée pour l'étude des vibrations libres des coques sphériques remplies de liquide. Le modèle structural est basé sur une combinaison de la théorie des coques minces et de la méthode des éléments finis classique. Nous supposons un fluide incompressible. Les fréquences naturelles pour différentes taux de remplissage sont obtenues et comparées aux données théoriques et expérimentales qui existent dans la littérature. Le comportement dynamique pour différentes géométries, taux de remplissage et conditions aux limites avec différents rapports rayon-épaisseur a été élucidé. Cette méthode des éléments finis hybride peut être utilisée efficacement dans l'analyse du comportement dynamique des structures aérospatiales avec un moindre effort de calcul et de meilleures précisions que les logiciels commerciaux utilisant la méthode des éléments finis classique.  ABSTRACT: The analysis of spherical shells filled with fluid and subjected to supersonic flow has been the subject of few research. Most of these studies treat the dynamic behaviour of empty shells. Few works have investigated spherical shells filled with fluid or subjected to supersonic flutter. In this thesis, we propose to develop a model to analyse the vibratory behaviour of both empty spherical shells and partially filled with fluid. This model is also applicable to study of the dynamic stability of spherical shells subjected to supersonic flow. The model developed is a combination of finite element method, thin shell theory, potential fluid theory and aerodynamic fluid theory. Different parameters are considered here in this study. In the first part of this study, free vibration analysis of spherical shell is carried out. The structural model is based on a combination of thin shell theory and the classical finite element method. Free vibration equations using the hybrid finite element formulation are derived and solved numerically. The results are validated using numerical and theoretical data available in the literature. The analysis is accomplished for spherical shells of different geometries, boundary conditions and radius to thickness ratios. This proposed hybrid finite element method can be used efficiently for design and analysis of spherical shells employed in high speed aircraft structures. In the second part of the present study, a hybrid finite element method is applied to investigate the free vibration of spherical shell filled with fluid. The structural model is based on a combination of thin shell theory and the classical finite element method. It is assumed that the fluid is incompressible and has no free-surface effect. Fluid is considered as a velocity potential variable at each node of the shell element where its motion is expressed in terms of nodal elastic displacement at the fluid-structure interface. Numerical simulation is done and vibration frequencies for different filling ratios are obtained and compared with existing experimental and theoretical results. The dynamic behavior for different shell geometries, filling ratios and boundary conditions with different radius to thickness ratios is summarized. This proposed hybrid finite element method can be used efficiently for analyzing the dynamic behavior of aerospace structures at less computational cost than other commercial FEM software.


identifier: Reguigui, A. (2013). Ordonnancement des fournées de traitement thermique dans une aluminerie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De manière générale, la planification et l'ordonnancement sont des moyens par lesquels une organisation choisit une suite d'actions pour atteindre un objectif donné. Dans le sens commun, les deux termes sont fréquemment employés pour désigner la même chose : construire des plannings d'exécution d'activités  sur des moyens ou des ressources. Il s'agit donc d'optimiser l'exploitation des ressources dont dispose un industriel. Face à une concurrence accrue et à un environnement économique en perpétuel changement, les industriels sont à l'affût de toute technologie ou  méthode leur permettant de réduire leurs coûts de production ou d'augmenter leurs profits. Dans le cadre de notre projet de maîtrise, nous analysons une problématique proposée par la compagnie Alcoa Cast Products, spécialisées  dans les activités de moulage pour les structures d'avion. Nous nous intéressons à l'ordonnancement d'une section d'une chaîne de production. Il s'agit des fours de traitement thermique servant à réaliser l'étape de trempe nécessaire à l'obtention de pièces conformes aux normes.  Nous présentons une application de la modélisation mathématique et de l'optimisation comme outil d'aide à la décision pour le responsable de la production. Ce dernier s'attaque à l'une des parties les plus consommatrices d'énergie électrique de sa chaîne de production. Notre objectif consiste à réduire ses coûts de production dans l'atelier de traitement thermique. Les fours de traitement thermique sont des machines de traitement par lot.  Un ensemble de pièces est placé à l'intérieur d'un four pour subir le traitement adéquat. Nous procédons, dans un premier temps, à l'optimisation du placement des pièces en élaborons des algorithmes. Ainsi, nous minimiserons l'espace perdu et nous réduirons la file d'attente en amont des fours. L'entreprise, afin de limiter sa consommation en énergie électrique, a établi un seuil maximal de consommation en puissance électrique. Dans un second temps, nous ordonnancerons les fournées de manière à respecter cette contrainte. De cette manière, nous établirons un planning de fonctionnement des fours tout en satisfaisant la demande. Ce projet illustre parfaitement l'étroite relation entre le côté académique et le côté industriel du problème. Notre défi était, d'une part, de comprendre les subtilités du problème réel et de les traduire en un modèle mathématique. D'une autre part, nous avons cherché dans la littérature des travaux qui peuvent s'appliquer et s'adapter à ce genre de problématique. Nous terminons ce mémoire en présentant des pistes d'améliorations futures qui pourront aider l'industriel à rester compétitif et à assurer sa pérennité.  ABSTRACT: In general, the planning and scheduling are the means by which an organization chooses a sequence of actions to achieve a given goal. In common sense, the two terms are often used to mean the same thing: build schedules to optimize the use of the resources. Faced with increased competition and a rapidly changing economic environment, manufacturers are on the lookout for any technology or method to reduce their production costs and increase their profits. As part of our project management, we analyze a project proposed by Alcoa Cast Products, specialized in producing aluminum castings for defense, aerospace and commercial applications We are interested in scheduling a section of a production line. It consists on the furnaces for heat treatment. We present an application of mathematical modeling and optimization tools as aid decision for the production manager. The furnaces are one of the biggest consumers of electrical power. Our goal is to reduce production costs in the heat treatment shop. A kit of items is placed inside an oven to undergo suitable treatment. We proceed in a first step, to optimize the placement of the items by developing algorithms. Thus, we will minimize wasted space and we will reduce the queue upstream ovens. The company, in order to limit the consumption of electric energy, set a maximum threshold of electric power consumption. In a second step, we will schedule batches in order to meet this constraint. In this way, we will establish a schedule of furnace operation while satisfying the demand. This project exemplies the close relationship between the academic side and the industrial side of the problem. Our challenge was, rst of all, to understand the specities of the real problem and translate them into a mathematical model. On the other hand, we searched the literature work that can apply and adapt to this kind of problem. We conclude this work by presenting avenues for future improvements that will help the industry remain competitive and ensure its sustainability.


identifier: Goswamy, N. (2013). Wideband Transfer Function Identification Using MAGVF (Magnitude Vector Fitting) Method  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La technique de lissage vectoriel («Vector Fitting»), lorsqu'elle est utilisée avec le modèle universel de ligne (ULM, «Universal Line Model»), sert à identifier les fonctions associées avec les lignes de transport et câbles, soit la fonction matricielle de propagation et l'admittance caractéristique, sous forme de fonctions de transfert dans le domaine fréquentiel. L'un des défis avec cette technique est relié aux calculs complexes requis pour estimer les délais de la fonction de propagation avant d'identifier ses pôles. Cette mémoire examine la technique de lissage vectoriel de magnitude («Magnitude Vector Fitting» ou «magVF») par rapport à la technique de lissage vectoriel dans l'identification des fonctions modales de propagation. Les valeurs propres de la fonction matricielle de propagation correspondent aux fonctions modales de propagation et chacune des fonctions modales est associée avec un délai. Le modèle ULM propose que chacune des fonctions modales de propagation découplées est un système de phase minimum multiplié par un délai constant dans le domaine fréquentiel. La méthode de lissage vectoriel est utilisée pour obtenir la fonction de transfert des fonctions modales en solutionnant deux équations linéaires séquentielles de moindres carrés. Néanmoins, une approche itérative bouclée doit être utilisée afin de trouver un délai adéquat, tout en minimisant l'erreur d'approximation. Alternativement, la technique de lissage vectoriel de magnitude est basé sur la technique de lissage vectoriel mais utilise des fonctions de base symétriques pour effectuer le lissage sur une réponse particulière: carrée de la magnitude.Naturellement, l'effet du délai disparait lors de la construction de la réponse à partir de la carrée de magnitude comme entrée pour le lissage. L'utilisation de la technique de lissage vectoriel de magnitude ne nécessite donc pas l'estimation des délais. Le délai d'une fonction modale peut se trouver suite au lissage en faisant des comparaisons de phase entre la fonction obtenue et la fonction originale. Une fois toutes les fonctions modales de propagation sont identifiées avec une tolérance d'erreur prédéfinie, le modèle ULM permet l'utilisation des pôles et délais pour résoudre un dernier problème de moindres carrés afin d'obtenir les résidus de la matrice de propagation dans le domaine de phase. Afin d'améliorer la qualité et la stabilité d'approximation, une approche de pondération est présentée dans cette étude pour dériver une méthode de lissage vectoriel pondéré de magnitude. Cette étude compare l'algorithme de lissage vectoriel de magnitude avec celui de lissage vectoriel, avec et sans pondération, en faisant des comparaisons en utilisant des vrais données de lignes de transmission. Cette recherche démontre que même si l'algorithme de lissage vectoriel de magnitude élimine le besoin d'estimer les délais avant le lissage, il exige quand même un calcul supplémentaire pour tenir compte des problèmes numériques. Une étape de modification de pôles à l'entrée est proposée dans ce travail afin de soulager les problèmes numériques.Il est observé qu'il est possible d'identifier les fonctions modales de propagation par des fonctions de phase minimum avec la méthode de lissage vectoriel de magnitude; par contre, le lissage vectoriel ne garantit pas des systèmes de phase minimum. Il est aussi démontré que les problèmes numériques sont plus manifestants dans le cas des câbles où la dépendance fréquentielle des paramètres est plus importante et complexe.  ABSTRACT: Vector Fitting (VF), when employed with the Universal Line Model (ULM), can be used for approximating system equations of multi-conductor power transmission lines and cables, by helping to identify the propagation matrices and characteristic admittances. However, one of the challenges posed by this technique is the additional computational logic required to estimate the time-delays associated with the modal propagation transfer functions in the frequency domain, prior to arriving at a suitable estimation for poles and residues.This thesis examines Magnitude Vector Fitting (magVF) as an alternative to VF for the fitting of propagation modes. The ULM employs frequency domain decomposition of n-conductor transmission lines or cables into n-propagation modal propagation functions, each of which has an associated delay. This model proposes that the decoupled modal propagation functions are time-delayed minimum-phase systems in the frequency domain. The VF method is used to fit the individual modal equations in residues-poles form using two sequential linear least-squares problems, but an iterative approach must be employed in order to first establish a suitable time delay while minimizing error in the fitter.  Alternatively, magVF is an algorithm based on VF that uses symmetric basis functions to perform least-squares fitting based on a given squared-magnitude response. Any effect from the delays on the phase is cancelled during the construction of the magnitude-squared response used as input for the fitter. Naturally, the effect of the delays disappears during the construction of the magnitude-squared response. Using magVF does not, therefore, require estimation of time-delays before getting a successful magnitude-squared fit. The time delay of a modal propagation function can then be directly identified by comparing the phase of the resulting fit with that of the desired response. Once all modal propagation functions have been fit within a suitable margin of error, then the ULM model allows the discovered poles and time-delays to be used to solve a final least-squares problem to get the residues of the phase-domain propagation matrix.A weighting technique that improves the iterative stability and numerical precision of the magVF algorithm known as Weighted Magnitude Vector Fitting (WmagVF) is presented in this study. This study compares the magVF algorithm with the VF one, with and without weighting, and tested against practical transmission line data. This research demonstrates that although the magVF algorithm eliminates the need for doing time-delay estimation prior to fitting, it does require additional logic for dealing with some problems that can arise numerically, making it difficult to implement for certain cases. An Input Pole Modification (IPM) step is proposed and demonstrated. Details are provided for the algorithms of these methods, and results are presented relative to practical transmission line frequency spectrum data.It is observed that while magVF restricts the resulting propagation mode equation to be minimum-phase, VF does not guarantee minimum-phase systems. It is also shown that numerical problems are more apparent in cable cases, where the frequency dependence of the fitting parameters becomes more important and complex.


identifier: Brault, J.-P. (2013). Analyse des risques : vers une méthodologie adaptée au système de la santé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis 2006, Accréditation Canada a adopté une stratégie reposant sur des pratiques organisationnelles requises (POR) visant à réduire les risques et améliorer la qualité et la sécurité des services de santé. Parmi les méthodes existantes, Accréditation Canada propose en premier lieu l'AMDE et indirectement, l'AMDEC (Analyse des Modes de Défaillances, de leurs Effets et de leur Criticité). Cependant, l'AMDEC soulève des critiques malgré son utilisation par des organisations particulièrement axées sur la performance comme les compagnies aéronautiques ou automobiles. La volonté de rechercher des informations quantitatives, telle la probabilité d'occurrence des différents risques existant est une bonne démarche d'amélioration de la qualité permettant de mettre en perspective différents événements entre eux ou de mesurer le succès d'une action grâce à des indicateurs de performance avant et après son implantation. Cependant, dans le cas des risques issus des processus du milieu de la santé au Québec, ces informations seront très difficiles à obtenir et probablement approximatifs ou ayant besoin d'être mis à jour. Donner une confiance totale en ces chiffres pour une analyse a priori a de très fortes chances de donner une priorisation approximative et donc de rendre non-efficient le temps passé à la priorisation voir à donner une mauvaise représentation de la réalité. Une revue de littérature a été effectuée sur l'AMDEC afin de mieux en comprendre les caractéristiques et les principales faiblesses. Parmi les principales critiques soulevées, l'AMDEC peut induire des erreurs sur les priorités et faire perdre du temps précieux en s'occupant de problèmes non-critiques. Par exemple, des erreurs d'évaluations peuvent se réaliser en ne considérant pas les relations indirectes entre les paramètres de sévérité, d'occurrence et de détection ou lorsque les informations sont dispersées ou peu fiables.De plus, d'autres auteurs indiquaient que l'AMDEC est très fastidieux, prend beaucoup de temps et est sujet à être inachevé ou inconsistant. Sa structure résultant en des informations parfois très condensées rend aussi difficile la production, la lecture et la maintenance de cet outil. Dans ce travail de recherche, un outil d'analyse de risques en 4 modules et nommée « 4A » fut conçu à partir de différentes méthodes existantes et testé sur une équipe de 8 professionnels du secteur de la santé afin de répondre à ces critiques. Les principes ayant guidé la création de cet outil incluent entre autres de minimiser le temps des rencontres pour les participants ainsi que la lourdeur de réflexion du groupe, faciliter la réception des opinions externes et des nouveaux participants, laisser une souplesse par rapport à la profondeur des détails, s'éloigner autant que possible de la priorisation par échelles et approfondir la réflexion uniquement sur les risques jugés prioritaires. Les résultats obtenus semblent démontrer que la méthode proposée par ce travail de recherche donne des meilleurs résultats que l'AMDEC en termes de risques identifiées par heures et propositions formulées par heures tout en ayant obtenu un score élevé de satisfaction de la part des participants ainsi que de l'animateur ayant déjà une expérience avec la méthodologie AMDEC dans le secteur industriel. Ce travail de recherche permet aux établissements de la santé ainsi que toute autre organisation nécessitant des analyses de risques à priori une alternative supplémentaire à la méthode AMDEC. Cette recherche ouvre également la porte à de nouveaux travaux analysant des paramètres importants n'ayant pas pu être mesurés au cours de ce projet dû à des contraintes de temps, tel la comparaison entre 2 méthodes d'analyse de risques sur la qualité des propositions suggérées au cours de leurs séances de travail respectives.  ABSTRACT: Since 2006, Accreditation Canada has adopted a strategy based on Required Organizational Practices (ROP) to reduce risks and improve the quality and safety of health services. Among the existing methods, Accreditation Canada offers first FMEA and indirectly, the FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis). However, FMEA raises critical despite its use by organizations specifically focused on performance, such as aviation and automotive companies. The willingness to seek quantitative information, such as the probability of occurrence of various risks is a good approach to improving quality by putting into perspective different events or to measure the success of an action through indicators performance before and after implantation. However, in the case of risks arising from the health care processes, this information will be very difficult to obtain and probably approximate or needing to be updated. Giving total confidence in these figures for an analysis is very likely to give a rough prioritization and thus making non- efficient time spent prioritizing view to a misrepresentation of reality. A literature review was performed on FMEA in order to better understand the characteristics and the main weaknesses. Among the main criticisms, FMEA can lead to errors on the priorities and lose valuable time in dealing with non-critical problems. For example, errors of assessments can be achieved by not considering the indirect relationships between the parameters of severity, occurrence and detection or when the information is scattered or unreliable. In addition, other authors indicated that the FMEA is very tedious, time consuming and subject to be incomplete or inconsistent. Structure resulting in very condensed information sometimes makes it difficult to produce, read and maintain this tool. In this research, a risk analysis tool named « 4A » was design using different existing risk analysis methods and tested by a team of 8 professionals in the health sector to respond to these criticisms. The principles that guided the creation of this tool include, among others, to minimize the meeting time for the participants and the heaviness of the analysis, facilitate the receipt of external opinions and new participants, allow flexibility in relation to the depth of details, reduce the use of scales to priories risks, and only deepen the analysis on the risks prioritized. The results obtained seem to demonstrate that the method proposed by this research gives better results than the FMEA in terms of risk identified per hour and ideas per hour while having scored high satisfaction among participants with or without previous experience with the FMEA methodology. This research allows healthcare facilities and any other organization requiring a risk analysis an additional alternative to the FMEA method. This research also opens the door for further work analyzing important parameters that could not be measured during this project due to time constraints, such as the evaluation of the quality of the proposals suggested during the sessions.


identifier: Nackers, G.-C. (2013). Analyse des données gravimétriques en forage d'un gisement de sulfures massifs volcanogènes dans un contexte géologique complexe  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un code de modélisation et d'inversion a été développé pour étudier la capacité de la méthode de gravimétrie en forage à explorer les gisements de sulfures massifs volcanogènes dans la région de l'Abitibi, Québec. Deux difficultés importantes viennent entraver son développement : l'acquisition de données lente et coûteuse dans un contexte de forages en quantité limitée et la séparation de l'anomalie associée au gisement de celle causée par la géologie encaissante et par la structure régionale. L'objectif principal de ce projet de maitrise est d'analyser ces deux problèmes majeurs en modélisant et inversant les réponses d'un modèle synthétique. Les objectifs spécifiques sont l'optimisation de l'acquisition des données en forage et la séparation de la régionale et de la résiduelle. Pour calculer les réponses du modèle synthétique, la méthode de modélisation décrite par Li et Chouteau (1998) a été utilisée. L'inversion est basée sur l'inversion stochastique développée par Shamsipour et al. (2010) pour les données de surface, adaptée ici aux mesures en forage. Le modèle étudié est celui d'un gisement de sulfures massifs volcanogènes typique de la région de l'Abitibi. Lors de la prise de données, trois paramètres sont importants : le nombre de forages dans lesquels les réponses gravimétriques ont été mesurées, la position de ces forages par rapport au gisement, et l'intervalle des données dans les forages. Puisque la gravimétrie en forage est une méthode géophysique relativement coûteuse, il est important de bien connaître l'influence de ces paramètres pour pouvoir les optimiser. Un minimum de trois forages bien positionnés par rapport à la cible est requis pour bien positionner la structure recherchée. Lorsque quatre forages situés à portée du gisement sont utilisés celui-ci peut être positionné avec certitude. Dans le cas où la gravimétrie est utilisée pour évaluer un gisement, quatre forages au moins sont requis dont un forage interceptant le gisement, et des contraintes de densités ou de gradients fixes doivent être appliquées. Un pas de mesure de 10m est fortement recommandé. Si la position du gisement est connue, un bon compromis est d'utiliser un pas de mesure plus grand lorsque le forage est situé loin du gisement pour déterminer l'anomalie régionale et un pas de mesure de 10m lorsque le forage s'approche du gisement.  ABSTRACT: A forward modeling and an inversion code have been developed to study the use of the borehole gravity method for exploration of volcanogenic massif sulphides (VMS) deposits in the Abitibi region of Quebec. Two problems are associated with the gravity method: acquiring data can be a long and costly method in the context where there is a limited quantity of boreholes and the separation of the response caused by the immediate or local geology and the response of deeper and farther formations called the regional. The principal objective of this master's project is to analyse those two major problems by modelling and inverting synthetic data. The specific objectives are the optimisation of the data acquisition settings and the regional-residual anomaly separation. The forward modeling method is based on the prismatic method described by Li and Chouteau (1998). A stochastic approach developed by Shamsipour et al. (2010) is chosen for the inversion and was adapted for borehole data. A density model of a typical VMS ore deposit was designed based on a number of well-known mines in the region of Rouyn-Noranda, Val-d'Or and Matagami. The data acquisition settings include the number of boreholes, their location and data collection sampling in the boreholes. Since the borehole gravity method is a costly geophysics method, it is best to know well the influence of the data acquisition settings to be able to optimise them. A minimum of three boreholes within appropriate distance from the target is required to locate any structure. When four boreholes situated at the detectability range of the deposit are used, it can be located with precision. In the scenario where the borehole gravity method is used to calculate the excess mass of a deposit and to define its structure, at least four boreholes should be used with one intercepting the deposit and fixed densities or gradient constraints must be applied. A 10m sampling interval is recommended. If the position of the deposit is known, a good compromise is to use a larger interval far from the deposit and use a 10m interval when the borehole is closer to the deposit.


identifier: Aubert, A. (2013). Détermination d'une métrique pour le problème de localisation et cartographie simultanées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les robots mobiles ont une autonomie limitée lorsqu'ils se retrouvent en environnement inconnu. Ils doivent alors construire une carte de leur environnement tout en s'y situant en même temps. Cette carte servira par la suite à la planification de trajectoire pour que le robot puisse effectuer sa tâche. Cette carte globale se doit donc d'être la plus précise possible, sinon le robot pourrait rencontrer des obstacles nuisibles et ne jamais atteindre la destination désirée. Le processus pour obtenir cette carte est composé d'une première phase d'acquisition où le robot utilise un LIDAR lui permettant de modéliser son environnement immédiat par un nuage de points. Ensuite, il faut relier les acquisitions entre elles le plus fidèlement possible pour obtenir un nuage de points couvrant une plus grande partie de l'environnement.  Les balayages sont d'abord regroupés deux par deux par un algorithme de recalage appelé ICP. Cette technique est très efficace lorsque l'estimé initial de la position est près du résultat recherché. Par contre, lorsque ces conditions initiales sont plus erronées, il est fortement possible de converger vers un minimum local. Cette erreur de recalage se propage ensuite lorsque le robot continue sa trajectoire. Il est donc important de trouver une technique permettant de qualifier le résultat d'un recalage et ainsi de rejeter les mauvaises informations.  La métrique proposée dans ce travail est un algorithme de discrimination où plusieurs paramètres sont comparés entre eux. Une base de données composée de plusieurs bons et mauvais résultats séparés en deux groupes respectifs a été créée. Elle permet ensuite de comparer un nouveau recalage par rapport à ces deux groupes et d'attribuer une probabilité d'appartenance à chacun des groupes. Ces valeurs donnent alors une indication de la fiabilité du recalage. Les résultats obtenus donnent un taux d'erreur de classification de 2.12%. Cette métrique est par la suite utilisée pour corriger l'accumulation d'erreurs au cours d'une longue trajectoire. En effet, lorsque le robot revisite un endroit déjà modélisé, il obtient de nouvelles informations permettant d'effectuer une correction sur sa position estimée et ainsi de réduire l'erreur accumulée. Ceci est fait à l'aide d'un algorithme de distribution d'erreur où le lien entre chaque paire de balayages est modélisé par des ressorts. L'ensemble des ressorts et des balayages constitue alors un système dynamique qui aura tendance à converger vers une position stable qui correspond au minimum d'énergie. Les positions estimées des balayages seront alors modifiées et l'erreur accumulée sera corrigée pour obtenir une carte globale de l'environnement qui est plus uniforme. La métrique de recalage permet de déterminer les constantes de raideurs des ressorts. Ainsi, les recalages moins fiables seront représentés par des ressorts plus flexibles qui pourront s'étirer pour mieux respecter les contraintes des ressorts plus rigides correspondant aux bons recalages.  ABSTRACT: Mobile robots have a limited autonomy when they are placed in an unknown environment. They must simultaneously create a map and position themself on that map. Then the robot will be able to plan his trajectory to avoid obstacles and accomplish its task. The global map must be precise, otherwise the robot could hit an obstacle or get lost and not reach his destination. The first step to obtain this global map is to use a LIDAR to scan the immediate environment and modelize it by a scatter plot. Then, scans are registered together to create a bigger scatter plot and so on. The scans are first registered two by two with a registration algorithm called ICP. This algorithm leads to a very good estimate of the position if the initial conditions are good enough. Otherwise, it may converge towards a local minima and introduce an error in the global map. This error is then propagated along the robot path. Thus, it is very important to qualify the registration result to be able to reject false informations. This work introduces a discrimination algorithm which compares specific parameters to obtain a registration metric. A database composed of multiple registration results has been created. It is composed of two distinct groups which are the good and the bad results. Then, a new registration result can be compared against these groups to see which ones it relates the most to. The probability of appartenance of this new data to each group gives the probability that the registration converged toward the solution. The parameters used in the discrimination algorithm give an apparent error rate of 2.12%.This metric is then used to minimize the error accumulation during long trajectories. When the robot reaches a previously visited location, it can acquire new data and this new information can be used to correct its estimated position and reduce the errors accumulated during its journey. An error distribution error is used to make this correction. Virtual springs are connected between each pair of scans. Then, the springs and scans constitute a dynamic system which naturally tends towards a stable position consisting of an energy minimum. The new scans position consist of a more consistent map where the error is equally distributed. The registration metric can be used to assign the stiffness of the springs. A less reliable registration result leads to a less stiff spring which can stretch to meet the constraints of the other springs representing better registration results.


identifier: Ghorbaniaghdam, A. (2013). Development of a Dynamic Model to Describe CHO cells Metabolic Network and Regulation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de ce travail est de démontrer qu'une approche de modélisation dynamique peut être utile pour comprendre le comportement du métabolisme central du carbone des cellules CHO. La première partie de ce travail se concentre sur le développement d'un modèle dynamique de cellules CHO du métabolisme primaire. Ce travail a été inspiré par un modèle cinétique métabolique auparavant développé dans notre groupe pour décrire le métabolisme cellulaire primaire decellules de plante. Le modèle métabolique a été développé et calibré à l'aide de données obtenues au préalable par notre groupe dans des cultures de cellules CHO produisant un activateur du tissu plasminogène recombinant en bioréacteur. En plus des données de base, telles les concentrations en biomasse, en glucose, en lactate, en glutamine et en ammoniac, les concentrations intracellulaires de plusieurs nucléotides et la consommation d'oxygène par cellule étaient également disponibles. Le principal résultat de cette partie consiste en un modèle métabolique cinétique qui permet de décrire le comportement des voies métaboliques majeures dans les cellules CHO, c'est-à-dire la glycolyse, la voie des pentoses phosphate, le cycle des acides tricarboxyliques, la glutaminolyse ainsi que la respiration cellulaire. Le modèle possède 30 réactions et plus de 72 paramètres. Les simulations obtenues à l'aide du modèle permettent de décrire les données expérimentales, ce qui suggère que la structure proposée du modèle est en accord avec le fonctionnement biologique des cellules CHO. Le modèle a également été utilisé pour étudier l'effet qu'a l'induction par le butyrate de sodium sur une culture de cellules CHO, celui-ci étant un produit chimique couramment utilisé pour augmenter la production spécifique de protéines recombinantes. En considérant le nombre élevé de paramètres, l'adaptation du modèle a été minime, nécessitant le changement de seulement quelques paramètres, en accord avec les modifications de l'expression des gènes rapportées pour décrire l'effet du butyrate de sodium sur des cellules CHO. Bien que principalement spéculatifs tout en reposant sur des simulations du modèle, les résultats concordent avec les données ainsi qu'avec les hypothèses issues de la littérature concernant l'effet du butyrate de sodium sur le métabolisme des cellules CHO. vi Dans une seconde partie, la capacité descriptive du modèle a également été évaluée à l'aide de données provenant d'une autre lignée cellulaire CHO recombinante cultivée à des conditions de culture différentes. Le modèle a été testé pour simuler des cultures discontinues de différents clones d'une lignée de cellules CHO ayant été génétiquement modifiée pour posséder un système d'expression inductible utilisant le cumate comme agent inducteur et permettant la production d'anticorps monoclonaux anti-CD 20. Une lignée présentant unefaible production spécifique et une lignée possédant une plus haute production ont été comparées à la lignée parentale. De plus, il a été possible d'augmenter le nombre de métabolites extracellulaires et intracellulaires à l'étude. Il a été démontré que la structure du modèle permet à celui-ci de facilement s'adapter à une autre lignée cellulaire CHO et ses clones, en ne nécessitant encore une fois qu'un nombre limité de modifications au modèle, qui ont été interprétés et analysés comme caractéristiques de lignées cellulaires spécifiques. La portée du modèle a été étendue ici de manière à décrire aussi le métabolisme des acides aminés et de la production d'anticorps. Il comprend donc maintenant 35 réactions et 92 paramètres. Toutefois, une modification limitée, c'est-à-dire trois et cinq paramètres pour la lignée à faible production et celle à production élevée respectivement, a permis des simulations qui décrivent avec précision les différences sur le plan métaboliques liées à la variation clonale. En se fiant à nos résultats, il est clair que ce modèle dynamique peut être facilement adapté à l'ensemble des cultures existantes. Enfin, dans la troisième partie de la thèse, le comportement du modèle a été étudié tout en intégrant la régulation métabolique de la glycolyse. Le but de cette étude était d'évaluer dans quelle mesure notre modèle cinétique peut décrire l'effet d'une perturbation soudaine sur le comportement du métabolisme cellulaire, tout en ayant été calibré à l'aide des données de culture montrant une dynamique lente. Les mécanismes de régulation connus de la glycolyse des cellules de mammifères, tels que les mécanismes d'inhibition par rétroaction, par anticipation et les mécanismes d'activation par des métabolites glycolytiques et les variables énergétiques ont été intégrés dans le modèle. Une expérience in silico a été réalisée en ajoutant un stress hypoxique soudain, diminuant à 10% de saturation de l'air. Le modèle a ensuite été modifié pour inclure l'effet de sept fonctions de régulation, à savoir l'inhibition par anticipation ou par rétroaction et l'activation de métabolites de la glycolyse et l'activation par rétroaction de l'état vii énergétique de la cellule, dans la voie de la glycolyse avec un paramètre pour chaque cas. Fait intéressant, la structure du modèle avec la glycolyse régulée résulte à la simulation du passage d'un métabolisme de phosphorylation oxydative à un métabolisme de la glycolyse anaérobique, un résultat qui est en accord avec la littérature. Le modèle développé a ainsi montré une capacité prédictive. En conclusion, ce travail a abouti à un modèle dynamique décrivant le comportement du métabolisme des cellules CHO, et qui pourrait être utile comme outil in silico pour l'optimisation des bioprocédés.  ABSTRACT: The main objective of the work was to demonstrate that a dynamic modelling approach can be useful to elucidate the behaviour of CHO cells' central carbon metabolism. The first part of this work focuses on the development of a dynamic model of CHO cells primary metabolism. This work was inspired by a previously developed kinetic metabolic model in our group to describe plant cell primary metabolism. The metabolic model was developed and calibrated using data previously obtained in our group from bioreactor cultures of CHO cells expressing recombinant t-PA. In addition to routine datasets, including the concentration of cells, glucose, lactate, glutamine and ammonia with time, intracellular concentrations of energetic nucleotides and cell specific oxygen consumption were also available. The main outcome of this part consists in a kinetic metabolic model that allows describing the behaviour of the major metabolic pathways, i.e. glycolysis, pentose phosphate pathway, TCA cycle, glutaminolysis as well as cell respiration, in CHO cells. The model has 30 metabolic reactions and 72 parameters. Model simulations were shown to agree with experimental data, which is suggesting that the proposed model structure copes with CHO cells' biology. The model was also used for studying the effect of inducing CHO cell culture by adding sodium butyrate, a widely used chemical to enhance recombinant protein production. Albeit the high number of parameters, limited model adaptation was required (i.e. the changing of only few parameters values), in agreement with gene expression modifications reported in literature, to describe the effect of sodium butyrate on CHO cells. Results from model simulations further supports our previous findings that butyrate treatment at mid exponential phase may induce a shift in cellular metabolism by increasing the efficiency of glucose utilization, with a greater fraction of this nutrient channeled through TCA cycle. Although mostly speculative while based on model simulations, the results agreed with data as well as common hypothesis found in literature of the effect of sodium butyrate on CHO cell metabolism. In a second part, the descriptive capacity of the model was further assessed using data from another recombinant CHO cell line under different culture conditions. The model was then challenged to simulate batch cultures for different clones of a CHO cell line genetically modified with an inducible expression system, called the cumate gene-switch, ix for the production of anti CD-20 monoclonal antibody. Low- and high-producer cell lines were compared to parental. The extra- and intra-cellular metabolites quantification was also included in the study. The model structure showed to be easily adaptable to another CHO cell line and its clones, by only requiring limited model modifications, which were interpreted and analysed as specific cell line characteristics. The model was extended here to also describe amino acids metabolism and recombinant monoclonal antibody production kinetics. It thus now includes 35 reactions and 92 parameters. However, limited modification, i.e. changing few parameters in both low-and high-producing clones, allowed simulations that accurately described metabolic variations related to clonal variation. Different patterns of metabolic flux distribution specially in highproducer clone was simulated by the model and the increased efficiency of cell metabolism, i.e. greater portion of glucose incorporated into the TCA as opposed to being converted to lactate, and up regulation of TCA cycle, has shown to be more induced by clonal variation than by recombinant protein induction. From our results, it is clear that such dynamic model can be readily adapted to existing culture datasets. Finally, in a third part of the thesis, model behaviour was studied while integrating metabolic regulation of glycolysis. The aim of that study was to evaluate to what extent our kinetic model can describe the effect of a sudden perturbation on cell metabolic behaviour, while having been calibrated using culture data showing slow dynamics. Regulatory mechanisms known to apply along the glycolysis pathway in mammalian cells, i.e. feedback and feedforward inhibition and activation regulatory mechanisms from glycolytic metabolites and energetic variables, were integrated in the model. An in silico experiment was performed adding a sudden hypoxic stress, decreasing oxygen level at 10% of air saturation. The model was then modified to include the effect of seven regulatory functions in glycolysis pathway with one parameter for each case. Interestingly, the model structure with a fully regulated glycolysis results in the simulation of a shift from an oxidative phosphorylation metabolism to an anaerobic glycolysis metabolism, a result that is in agreement with literature. The implemented model thus showed a predictive capacity. In conclusion, this work has led to a dynamic model describing CHO cell metabolic behaviour that could be useful as an in silico tool for bioprocess optimization.


identifier: Medeiros Monteiro, F. (2013). Caractérisation automatisée de la consommation de puissance des processeurs pour l'estimation au niveau système  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, la consommation de puissance est une contrainte clé et une métrique de performance essentielle lors du design des systèmes numériques. La dissipation de chaleur excessive sur les circuits intégrés diminue relativement leurs performances. Également, plus que jamais, nous avons le besoin d'augmenter le temps de vie des batteries de nouvelles électroniques portables. Avec les techniques de design classiques, RTL « Register Transfer Level », une estimation de puissance  précise est  possible seulement aux dernières étapes du processus de développement. Pour remédier à cette problématique,  on a récemment proposé dans la littérature de hausser le niveau d'abstraction de la conception de systèmes embarqués à l'aide de la méthodologie de niveau système « Electronic System Level » (ESL). Dans cette perspective, ce travail propose une méthodologie capable de caractériser automatiquement la consommation de puissance des processeurs configurable de type « soft-processors » et de générer un modèle  efficace pour l'estimation de l'énergie consommée au niveau système. À l'aide de ce  modèle, une étude comparative entre trois techniques d'estimation est donc présentée. Les résultats de cinq programmes tests montrent une estimation de puissance huit mille fois plus rapide que les techniques d'estimation conventionnelles et une erreur moyenne de seulement ±3.98 % pour le processeur LEON3 et de ±10.70 % pour le processeur Microblaze.  ABSTRACT: Nowadays, power consumption is a key constraint and a digital system design essential metric of performance. Excessive heat dissipation of integrated circuits relatively decreases the performance of the system. Also, more than ever, we need to increase the battery lifetime of new portable electronics. With classical design techniques as RTL « Register Transfer Level », precise power estimation is only possible in the final stages of the development process. To solve this problem, the literature recently proposed to raise the abstraction level of embedded systems design, using ESL « Electronic System Level » methodology. In this context, this project proposes a methodology to automatically characterize configurable soft-processors power consumption and generate an effective power model for energy consumption estimation at system level. Using this model, a comparative study between three estimation techniques is also presented. The results of five benchmarks show that our power estimation is eight thousand times faster than conventional estimation techniques and an average error of only ±3.98 % for the LEON3 processor and ±10.70 % for the Microblaze processor.


identifier: Navarra, A. (2013). Mathematical Programming of Peirce-Smith Converting  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le convertissage par méthode Pierce-Smith (PS) est l'étape clé de la production de cuivre et du nickel. Cette opération se poursuit par des étapes séquentielles et présentent un cas idéal pour la programmation mathématique. Ce travail démontre les complexités thermochimiques  et les étapes du convertissage au moyen d'un programme linéaire (PL) en nombres entiers mixtes. Ceci est la première fois que le convertissage PS est abordé dans un cadre de programmation mathématique et représente  un avancement majeur de l'application de la recherche opérationnelle  aux  étapes de production des fonderies de cuivre et de nickel. Les résultats démontrent  que le cadre mathématique est fonctionnel, et peut être utilisé quotidiennement pour la gestion optimale des séquences d'opération  de  l'élaboration de cuivre et de nickel. Le cadre est flexible quant à la définition des contraintes du système et de la fonction objective.  Cette flexibilité évoque la formulation de divers modes d'opération des fonderies.  Le cadre pourra être exploité  en forme de logiciel industriel que les fonderies pourraient  utiliser  pour coordonner la production journalière, et  de varier  leur mode d'opération selon les conditions de l'usine et du marché. Le cadre a été formulé suivant une méthodologie qui est typique de la programmation mathématique, mais qui n'avait jamais été adaptée au convertissage PS.  Premièrement, le problème se pose en forme générale. En effet, Le problème de convertissage consiste  de la  coordination des convertisseurs PS avec d'autres opérations  dans la fonderie afin de  maximiser la production durant une période fixe, tout en respectant les contraintes chimiques, volumétriques et thermiques.  Deuxièmement,  les diverses composantes et dimensions du système sont représentées par des structures algébriques générales; c'est-à-dire, des ensembles, des paramètres et des variables.  Troisièmement, ces composantes sont liées de telle manière à ce que la formulation puisse être supportée par des techniques de résolution. Les techniques de résolution par la programmation linéaire (PL) en nombres entiers mixtes sont bien établies. Par contre, il a été nécessaire d'introduire des  simplifications pour pouvoir résoudre  le problème  des convertissages  par  l'adoption  d'un cadre hypothétique de PL en nombres entiers mixtes. En considérant la vaste gamme  de problèmes qui ont été déjà  abordées  dans ce type de cadre, il semblait raisonnable que le convertissage PS nécessiterait seulement des simplifications mineures. En fait, le nouveau cadre mathématique exige certaines simplifications. En particulier, il impose une rigidité artificielle sur deux  températures  variables : la température nominale d'effluent gazeux, et la température d'écrémage de la scorie.  Ces simplifications peuvent être considérées mineures, puisqu'il existe des logiciels qui ne traitent même pas ces quantités comme variables. En outre, il semble maintenant plausible de formuler un cadre non linéaire qui fournirait un traitement plus robuste et réaliste qui tient compte de ces  températures. Les résultats de cette étude ont un attrait considérable pour les industries de cuivre et de nickel, puisque l'opération efficace d'une fonderie dépend directement de la coordination quotidienne de la production. Suivant les succès du travail actuel, des efforts superficiels provoqueront des changements majeurs dans les opérations journalières des fonderies de cuivre et de nickel.  ABSTRACT: Peirce-Smith (PS) converting is central to the production of copper and nickel, and is a lucrative, yet previously undeveloped, context for mathematical programming.  The thermochemical complexities of PS converting have now been represented within a mixed-integer linear program (MILP). This is the first time that PS converting has been treated within a mathematical programming framework, hence a major advancement in the operations research of copper and nickel smelters. The MILP framework is now functional, and can be used to construct optimal daily production schedules.  The framework offers flexibility in the definition of system constraints and objective functions.  This flexibility can accommodate the formulation of alternative modes of operation for smelters.  The MILP framework can now be marketed as industrial software, to produce optimal daily schedules, and allow smelters to change their mode of operation in accordance to plant and market conditions. The framework has been created using a methodology that is typical of mathematical programming, but which had never been adapted to Peirce-Smith converting.  Firstly, the problem has been posed in appropriately general terms; indeed, the PS Converter Problem is to coordinate Peirce-Smith converters with other objects in the smelter, so as to maximize production within a fixed period of time, while respecting chemical, volumetric and thermal constraints.  Secondly, the various components and dimensions of the system have been represented using general algebraic structures, such as sets, parameters and variables.  Thirdly, these components have been related to each other in a manner that can be supported by solution techniques. The solution techniques for MILP are well established.  However, it was initially unclear what degree of simplification would be required in order to fit the PS Converter Problem into a hypothetical MILP framework.  Given the vast scope of problems that have already been treated using MILP, it seemed plausible that the PS Converter Problem would require only minor simplifications. The new MILP framework has indeed required some simplification.  More precisely, the framework imposes an artificial rigidity on two classes of temperature variables: nominal offgas temperatures, and skimming temperatures.  These simplifications can be considered minor, since there are existing software tools that do not even treat these quantities as variables. Moreover, it now seems plausible to extend the current formulation into a nonlinear framework that would provide a more intensive and realistic treatment of the offgas and skimming temperatures. The results of this study have a considerable appeal to the copper and nickel industries, since the efficient operation of a smelter is directly linked to its scheduling practice.  Following the successes of the current work, superficial efforts will cause major changes in the daily operations of copper and nickel smelters.


identifier: Ould-Bachir, T. (2013). Opérateurs et engins de calcul en virgule flottante et leur application à la simulation en temps réel sur FPGA  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation en temps réel des réseaux électriques connaît un vif intérêt industriel,  motivé par la réduction substantielle des coûts de développement qu'offre une telle approche de prototypage. Ainsi, la simulation en temps réel permet d'intégrer dans la boucle de la simulation du matériel au fur et à mesure sa conception, permettant du même coup d'en vérifier le bon fonctionnement dans des conditions réalistes. Néanmoins, la simulation en temps réel au moyen de CPU, telle qu'elle a été pensée depuis une quinzaine d'années, souffre de certaines limitations, notamment dans l'atteinte de pas de calcul de l'ordre de quelques micro-secondes, un requis important pour la simulation fidèle des transitoires rapides qu'exigent les convertisseurs de puissance modernes. Pour tenter d'apporter une réponse à ces difficultés, les industriels ont adopté les circuits FPGA pour la réalisation d'engins de calcul dédiés à la simulation rapide des réseaux électriques, ce qui a permis de franchir la barrière de la fréquence de  commutation de 5 kHz qui était caractéristique de la simulation sur CPU. La simulation sur FPGA offre à ce titre différents avantages telle que la réduction de la latence de la boucle de simulation du matériel sous test, particulièrement du fait que le FPGA donne un accès direct aux senseurs et aux actuateurs du dispositif en cours de prototypage. Les paradigmes usuels du traitement de signal sur FPGA font qu'il est d'usage d'y opérer une arithmétique à virgule fixe. Ce format des nombres pénalise le temps de développement puisqu'il requiert du concepteur une évaluation complexe de la précision nécessaire pour représenter l'ensemble des variables du modèle mathématique. C'est pourquoi l'arithmétique à virgule flottante suscite un certain intérêt dans la simulation des réseaux sur FPGA. Cependant, les opérateurs en virgule flottante imposent de longues latences, particulièrement handicapantes dans la réalisation de lois d'intégration (trapézoïdale,  Euler-arrière, etc.) pour lesquelles l'utilisation d'un accumulateur à un cycle est cruciale. En cela, la problématique de l'addition et de l'accumulation en virgule flottante forme le cœur de notre travail de recherche. Ce travail a permis l'élaboration des architectures d'accumulateurs, de multiplieurs accumulateurs (MAC) et d'opérateurs de produit scalaire (OPS) en virgule flottante, qui joueront un rôle déterminant dans la mise en œuvre de nos engins de calcul pour la simulation des réseaux électriques. Ainsi, le travail présenté dans cette thèse propose différentes contributions scientifiques au domaine de la simulation en temps réel sur FPGA. D'une part, il contribue à la formulation d'un algorithme de sommation qui est une généralisation de la technique d'auto-alignement, nantie ici d'une formulation et d'une réalisation matérielle simplifiées. Le travail établit les critères permettant de garantir la bonne exactitude des résultats, critères que nous avons établis par des démonstrations théoriques et empiriques. La thèse propose également une analyse exhaustive de l'utilisation du format redondant high radix carry-save (HRCS) dans l'addition de mantisses larges, format pour lequel deux nouveaux opérateurs arithmétiques sont proposés: un additionneur endomorphique ainsi qu'un convertisseur HRCS à conventionnel. Une fois l'addition en virgule flottante à un cycle réalisée, la thèse propose de concevoir sur FPGA des engins de calcul exploitant une architecture SIMD (single instruction, multiple data) et disposant de plusieurs MAC ou opérateurs de produit scalaire (OPS) en virgule flottante. Ces opérateurs présentent une latence très courte, permettant l'atteinte de pas de calcul de quelques centaines de nanosecondes dans la simulation de convertisseurs de puissance de moyenne complexité.  ABSTRACT: The real-time simulation of electrical networks gained a vivid industrial interest during recent years, motivated by the substantial development cost reduction that such a prototyping approach can offer. Real-time simulation allows the progressive inclusion of real hardware during its development, allowing its testing under realistic conditions. However, CPU-based simulations suffer from certain limitations such as the difficulty to reach time-steps of a few microsecond, an important challenge brought by modern power converters. Hence, industrial practitioners adopted the FPGA as a platform of choice for the implementation of calculation engines dedicated to the rapid real-time simulation of electrical networks. The reconfigurable technology broke the 5~kHz switching frequency barrier that is characteristic of CPU-based simulations. Moreover, FPGA-based real-time simulation offers many advantages, including the reduced latency of the simulation loop that is obtained thanks to a direct access to sensors and actuators. The fixed-point format is paradigmatic to FPGA-based digital signal processing. However, the format imposes a time penalty in the development process since the designer has to asses the required precision for all model variables. This fact brought an import research effort on the use of the floating-point format for the simulation of electrical networks. One of the main challenges in the use of the floating-point format are the long latencies required by the elementary arithmetic operators, particularly when an adder is used as an accumulator, an important building block for the implementation of integration rules such as the trapezoidal method. Hence, single-cycle floating-point accumulation forms the core of this research work. Our results help building such operators as accumulators, multiply-accumulators (MACs), and dot-product (DP) operators. These operators play a key role in the implementation of the proposed calculation engines. Therefore, this thesis contributes to the realm of FPGA-based real-time simulation in many ways. The research work proposes a new summation algorithm, which is a generalization of the so-called self-alignment technique. The new formulation is broader, simpler in its expression and hardware implementation. Our research helps formulating criteria to guarantee good accuracy, the criteria being established on a theoretical, as well as empirical basis. Moreover, the thesis offers a comprehensive analysis on the use of the redundant high radix carry-save (HRCS) format. The HRCS format is used to perform rapid additions of large mantissas. Two new HRCS operators are also proposed, namely an endomorphic adder and a HRCS to conventional converter.  Once the mean to single-cycle accumulation is defined as a combination of the self-alignment technique and the HRCS format, the research focuses on the FPGA implementation of SIMD calculation engines using parallel floating-point MACs or DPs. The proposed operators are characterized by low latencies, allowing the engines to reach very low time-steps. The document finally discusses power electronic circuits modelling, and concludes with the presentation of a versatile calculation engine capable of simulating power converter with arbitrary topologies and up to 24 switches, while achieving time steps below 1 μs and allowing switching frequencies in the range of tens kilohertz.


identifier: Hachani, A. (2013). Prototype d'un stimulateur électrique multicanal dédié aux applications interfaces cerveau-machines  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce mémoire de maitrise consiste en la réalisation d'un stimulateur électrique flexible dédié aux applications interfaces cerveau-machines. Il fait partie des efforts mis pour l'investigation du cortex visuel afin de réaliser une prothèse visuelle intracorticale.  Le système conçu comporte 8 canaux de stimulation, chacun génère un signal rectangulaire biphasique en courant constant paramétrable et permet de stimuler des valeurs élevées d'impédances résultant de l'interface électrode-tissus biologiques qui peuvent atteindre les 400 kΩ, grâce à une plage de tension de sortie allant à 21 V. Le système réalisé permet de suivre l'opération de stimulation en détectant la valeur de la tension analogique développée aux bornes de l'impédance stimulée, il est aussi capable de renvoyer la valeur de l'amplitude correspondante. Le système complété, appelé µStim, a été réalisé avec des composantes électroniques commerciales et assemblé sur 3 circuits imprimés. Il est contrôlé par une interface graphique conçue en LabView. µStim possède 8 canaux de stimulation et 96 sorties pour qu'il soit possible d'injecter du courant électrique à travers une grande matrice d'électrodes tel que celle d'Utah qui comporte 96 électrodes. Chaque canal de stimulation est capable de générer un courant maximal égal à 250 µA sous forme d'une onde rectangulaire biphasique. µStim possède une matrice des commutateurs configurable qui permet à chaque canal de stimulation d'être connecté à n'importe quelle sortie parmi les 96 disponibles. Le contrôleur principal du système est réalisé à l'aide d'un composant FPGA IGLOO AGL250. Il reçoit et envoie les données depuis et vers l'interface graphique. Il existe deux voies de communication avec l'interface LabView. Une voie sans fil via le module Bluetooth et une autre  filaire via le module USB. µStim fonctionne en deux modes, un mode simultané où les canaux de stimulation sont activés en même temps et un mode séquentiel ou les canaux sont activés de façon séquentielle une à la fois. En mode simultané, l'ensemble du système consomme 15,6 W, en mode séquentiel la consommation baisse à 11,3 W. En état de repos la consommation est de l'ordre de  6,5 W. Le module de monitorage mesure le niveau de tension développé sur l'impédance stimulée avec une précision de 0.5 V et la mesure du module d'impédance se fait avec une précision de 4 kΩ.  ABSTRACT: The objective of this master's thesis is the implementation of a flexible electrical stimulation system dedicated to the stimulation of the visual cortex. It is part of efforts made for the investigation of the visual cortex in order to achieve intra cortical visual prosthesis. The designed system includes 8 channels of stimulation, each generates adjustable biphasic rectangular constant current stimuli, and allows driving high impedance load that can reach  400 kΩ values with a range of output voltage equals to 21 V. The system detects the developed voltage at the stimulated impedance; it is also able to return the value of the impedance magnitude. The proposed system, called μStim, is a platform made with commercially available electronic components. It is assembled on 3 printed circuit boards. It is controlled by a graphical user interface designed with LabView. μStim has 8 stimulation channels and 96 outputs, to be able to drive current into large electrode array as the Utah array of 96 electrode. Each stimulation channel is able to generate a maximum current of 250 µA as a biphasic square wave. μStim has a matrix of configurable switches allowing each stimulation channel to be connected to any of its 96 outputs. The control unit of the system is built around an IGLOO FPGA AGL250. It allows sending and receiving data to and from the graphical user interface. There are two ways for communicating with the interface LabView. Using a wireless link through Bluetooth, or using wired link via USB. μStim operates in two modes, the first mode where the channels are activated simultaneously, and the second one is sequential where channels are activated by switching one after another. The whole system consumes 15.6 W and 11.3 W in simultaneous and sequential mode respectively. In idle state, the power consumption is equal to 6.5 W. The monitoring module provides the level of the impedance voltage with an accuracy of 0.5 V, and the magnitude measurement part has an accuracy of 4 kΩ.


identifier: De Broucker, W. (2013). Étude du comportement en flexion et à l'effort tranchant de poutres précontraintes en BRF  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation du BRF combiné avec la précontrainte est très prometteuse, mais reste encore peu étudiée, surtout en ce qui concerne les éléments de grande hauteur (h>750mm). Cette maîtrise s'intéresse au comportement en flexion et en cisaillement de poutres en BRF précontraintes. L'étude se base sur un programme expérimental comportant neuf poutres faites du même BRF à 80MPa et 1% de fibres. Cinq poutres ont été testées en flexion et quatre à l'effort tranchant. Elles ont en commun leur géométrie extérieure alors que c'est leur ferraillage qui les différencie : nombre de torons, présence d'armatures passives, gainage, présence d'étriers. Aussi, une vaste campagne d'essais de caractérisation a été menée afin d'obtenir les propriétés en compression et surtout en traction du matériau. Des essais de flexion trois points sur des primes entaillés ont été effectués, ainsi que sur des dalles circulaires supportées en trois points. Ces derniers ont permis, par calcul inverse, d'obtenir la courbe contrainte-ouverture de fissure du matériau, propriété caractéristique des BRF et indispensable au calcul numérique des poutres. Des modèles numériques, EPM3D sur ABAQUS et AIS, ont été validés pour chacune des poutres testées afin de pouvoir à l'avenir être utilisés pour prévoir le comportement des éléments structuraux en BRF précontraint. Les résultats des simulations des essais de flexion et de cisaillement sont particulièrement satisfaisants et son en mesure de prédire la résistance maximale et le mode de rupture.  ABSTRACT: The combine use of SFRC and pre-tensioning seem very promising, however it isn't been greatly studied, especially for the specimen of important height (h>750 mm). This master thesis focuses on the flexural and shears behaviour of pre-stressed SFRC beams. This study is based on an experimental program including nine beams made of the same SFRC (80 MPa – 1 % of fibres). Five of them were tested in bending and the other four were tested in shearing. All these beams have the same geometry, only their reinforcement is different: number of strands, presence of passive reinforcement, and presence of stirrups. Also, an important campaign of characterisation experiment was conducted in order to obtain the compressive capacity and most importantly the traction behaviour of the material. Three-point bend tests on notched beams were conducted and also bend test on centrally loaded round panels supported on three symmetrically arranged pivots and subjected to a central point load. The latter allowed us, through inverse calculation, to obtain the constraint vs. crack opening curve of the material, which a fundamental characteristic of the SFRC and necessary for numerical analysis. Numerical models, EPM3D on ABAQUS and AIS, for each tested beam have been validated, in order to be able to predict the behaviour of pre-stressed SFRC structures. The results of the numerical simulation of the bend and shear test are very satisfying.


identifier: Mugombozi, C. F. (2013). Solution des systèmes de contrôle de grandes dimensions basée sur les boucles de rétroaction dans la simulation des réseaux électriques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La production de l'énergie électrique, tout comme son transport et son utilisation, exige des systèmes de contrôle complexes afin de réguler la puissance et la fréquence. Ces systèmes de contrôle doivent tenir compte, entre autres, de nouvelles sources d'énergie telles que l'énergie éolienne et de nouvelles technologies de lien d'interconnexion en courant continu à haute tension. Ces systèmes de contrôle doivent être capables de contrôler l'atteinte des consignes de puissance et de fréquence tout en tenant compte des changements dans la dynamique de la source d'énergie ainsi que des défauts et événements divers affectant le comportement du réseau électrique. Ce comportement doit être étudié, en particulier, dans les scénarios où les changements génèrent des transitoires électromagnétiques. Dans ces conditions, le niveau de détails exigé par les modèles a pour conséquence d'augmenter la complexité des systèmes de contrôle. Par ailleurs, pendant la conception du réseau, pour des tests de calibration d'équipement ou même en phase d'exploitation du réseau, peuvent être requis des outils d'aide à la décision pour les ingénieurs, tels que l'estimation de l'énergie dissipée dans les parafoudres. Ces outils utilisent les données générées par la simulation. Ils comportent des fonctions complexes, nécessitant parfois une solution numérique. Ces fonctions sont associées aux systèmes de contrôle dans les programmes de simulation. La simulation sur ordinateur évolue par ailleurs dans un contexte de développement des contrôleurs numériques, d'algorithmes de calcul parallèle ou distribué et d'outils informatiques, notamment, de la technologie à multiprocesseurs. Dans ce contexte, il est indiqué de proposer des améliorations continues au niveau du solveur des équations de contrôle modélisant ces systèmes. Cette thèse vise à améliorer la solution des systèmes de contrôle. Plus spécifiquement, elle vise à réduire le temps de simulation du réseau avec ses systèmes de contrôle, tout en maintenant la précision requise pour l'analyse de phénomènes transitoires électromagnétiques.  ABSTRACT: The generation of electrical energy, as well as its transportation and consumption, requires complex control systems for the regulation of power and frequency. These control systems must take into account, among others, new energy sources such as wind energy and new technologies for interconnection by high voltage DC link. These control systems must be able to monitor and achieve such regulation in accordance with the dynamics of the energy source, faults and other events which may induce transients phenomena into the power network. Such transients conditions have to be analyzed using the most accurate and detailed hence, complex models of control system. In addition, in the feasibility study phase, the calibration or the setup of equipment as well as in the operation of the power network, one may require decision aid tools for engineers. This includes, for instance, knowledge of energy dissipated into the arresters in transient analysis. These tools use simulation programs data as inputs and may require that complex functions be solved with numerical methods. These functions are part of control system in computer simulator. Moreover, the simulation evolves in a broader context of the development of digital controller, distributed and parallel high performance computing and rapid evolutions in computer (multiprocessor) technology. In such context, a continuing improvement of the control equations solver is welcomed. This thesis aims to contribute to enhance the accuracy and efficiency in computation of control system equations in electromagnetic transients type simulation methods.  Control systems are modelled using ax=b simultaneous system of equations. These equations are sometimes non-linear with feedback loops and thus require iterative Newton methods, including the formation of a Jacobian matrix and ordering as well as processing by graph theory tools. The proposed approach is based on the formulation of a reduced rank Jacobian matrix. The dimension is reduced up to the count of feedback loops. With this new approach, gains in computation speed are expected without compromising its accuracy when compared to classical full rank Jacobian matrix representation.


identifier: Bellemare, J. (2013). Nanostructure de pores ordonnés pour augmenter la capacité des condensateurs électrolytiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Vers la fin du 19e siècle, Charles Pollak découvre qu'une mince couche d'oxyde d'aluminium ou d'alumine formée à la surface de l'aluminium agit comme un diélectrique et permet d'établir une très grande capacité entre l'aluminium et un électrolyte. Il venait de découvrir le principe fondamental du condensateur électrolytique. Durant le 20e siècle, l'évolution du condensateur électrolytique débute. On commence à utiliser du papier électrolytique entre les électrodes du condensateur, on effectue un forming prolongeant la durée de vie des condensateurs et on scelle adéquatement le bobinage évitant ainsi l'évaporation de l'électrolyte. De plus, pour augmenter davantage la capacité des condensateurs électrolytiques, on développe des techniques de gravure de pores dans les électrodes de plus en plus efficaces, augmentant la surface et par le fait même la capacité. La capacité surfacique d'un condensateur fonctionnant à 200 V passe de 0,09 μF/cm2, pour une électrode plane, à 2,56 μF/cm2 [1], pour une électrode gravée en 2013. La gravure nous permet donc d'obtenir un gain en capacité de 30 pour une tension de 200 V. Dans cet ouvrage, nous proposons une nouvelle méthode, consistant à ordonner les pores dans l'électrode, qui pourrait nous permettre d'obtenir un gain de 75 pour une tension de 200 V. Pour mener à terme cette proposition, l'objectif principal de ce mémoire est de mettre en évidence la possibilité d'ordonner les pores gravés dans les électrodes des condensateurs électrolytiques pour en augmenter leur capacité. Une fois le principe éprouvé, il y aura une grande opportunité pour augmenter la capacité des condensateurs électrolytiques ou, d'un autre point de vue, de les miniaturiser. Pour y arriver, nous débutons par élaborer un modèle théorique décrivant la capacité surfacique des condensateurs électrolytiques disponibles sur le marché. En maximisant cette capacité, nous réalisons que la capacité des condensateurs présents sur le marché s'approche considérablement de la valeur théorique maximale. Cela signifie que la technique actuelle de gravure, produisant des pores aléatoires à la surface, a quasiment atteint son plein potentiel. Par la suite, nous développons un modèle théorique décrivant la capacité surfacique pour une gravure produisant des pores ordonnés. En maximisant cette capacité, nous montrons que cette nouvelle méthode gravure produit une capacité 2,5 fois plus importante que la gravure à pores aléatoires.  ABSTRACT: At the end of the 19e century, Charles Pollak discovered that a thin layer of aluminum oxide or alumina formed on the surface of aluminum acts like a dielectric and enables a very high capacity between the aluminum and the electrolyte thereby formulating the fundamental principle of the electrolytic capacitor. The 20e century saw the evolution of the electrolytic capacitor with the use of electrolytic paper between the electrodes of the capacitor and a forming that prolongs the life of the capacitors. Evaporation of the electrolyte was avoided by adequately sealing the spool. Also, new more effective methods were developed to etch tunnels in the electrodes thereby increasing the surface and thus the capacity. In this period, the surface capacity of a capacitor working at 200 V increases from 0.09 μF/cm2 for a flat electrode to 2.56 μF/cm2 [1] for an etched electrode developed in 2013. The etching increases the capacity by a factor of 30 for the aforementioned tension. In this essay we propose a new method of ordering the tunnels in the electrode to eventually obtain a gain of 75 for the same tension. To successfully demonstrate this proposition, the principal objective of this essay is to highlight the possibility of organising the etched tunnels in the electrodes of electrolytic capacitors with the aim of increasing their capacity. Proving this principle will open opportunities not only to increase the capacity but also to miniaturize electrolytic capacitors. To achieve this, a theoretical model describing the surface capacity of electrolytic capacitors available on the market is developed. Maximizing this capacity, we realize that the capacity of capacitors on the market is close to the maximum theoretical value. This means that the actual method of producing randomly etched tunnels at the surface has reached its full potential. Thereafter, we develop a theoretical model describing the surface capacity for an etching producing random tunnels. Maximising this capacity, we show that this new etching method produces a capacity 2.5 times greater than random etching. To organize the etched tunnels in the aluminum, we propose to etch the aluminum with a mask formed by an alumina membrane to which the oxide barrier has been etched. To do this, we begin by producing large scale alumina membranes. The fabrication of membranes with interpore distances of 60, 100 and 500 nm is well known. In this work, we produce alumina membrane with interpore distances of 1 μm, 1.2 μm and 1.45 μm compatible with the etched tunnel


identifier: Peralta Rodriguez, J. (2013). Dynamic Averaged Models of VSC-Based HVDC Systems for Electromagnetic Transient Programs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes d'haute tension à courant continu (HTCC) basés sur technologies de convertisseur de source de tension (CST) offrent des prometteur opportunités dans une variété de domaines au sein de l'industrie des systèmes de puissance en raison de leurs avantages reconnus par rapport aux systèmes HTCC classiques basés à convertisseurs de commutation de ligne (CCL). La technologie CST-HTCC combine des convertisseurs de puissance, basé sur des IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), avec des liens au courant continus pour transmettre la puissance dans l'ordre de milliers de mégawatts. En plus de contrôler le flux d'énergie entre deux réseaux à courant alternatif, les systèmes CST-HTCC peuvent fournir de réseaux faibles et même des réseaux passifs. Les systèmes CST-HTCC présentent une réponse dynamique plus rapide grâce à la méthode de modulation de largeur d'impulsions (MLI) en comparaison avec l'opération de commutation de fréquence fondamentale des systèmes HTCC traditionnels. Représentation détaillée des systèmes CST-HTCC dans les programmes d'Électromagnétique Transitoire (EMT) comprend la modélisation des valves IGBT et doit normalement utiliser de pas d'intégration petit pour représenter avec précision les événements de commutation rapides. Les simulations et les calculs informatiques introduits par les modèles détaillés compliquent l'étude des événements en régime permanent et transitoire mettant en évidence la nécessité de développer des modèles plus efficaces qui assurent un comportement similaire de la réponse dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des modèles moyennés qui reproduit avec précision le comportement statique et dynamique, en plus les transitoires des systèmes CST-HTCC dans des programmes de type EMT. Ces modèles simplifiés représentent la valeur moyenne des réponses des dispositifs de commutation, convertisseurs, et des contrôles à l'aide de techniques de valeur moyenne, de sources contrôlées et des fonctions de commutation. Cette thèse contribue également à l'élaboration de modèles CST détaillés utilisés pour valider les modèles moyenne proposés. Les modèles détaillés développés comprennent convertisseur avec topologies à deux et à trois niveaux et la plus récente topologie du convertisseur modulaire multiniveaux (CMM). Comparaison des différentes topologies de convertisseur approprié pour VSC-HVDC transmission, y compris leurs avantages et leurs limitations, sont également discutés.  ABSTRACT: High Voltage Direct Current (HVDC) systems based on Voltage-sourced Converter (VSC) technologies present a bright opportunity in a variety of fields within the power system industry due to their recognized advantages in comparison to conventional line-commutated converter (LCC) based HVDC systems. VSC-HVDC technology combines power converters, based on IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), with dc links to transmit power in the order of thousands of megawatts. In addition to controlling power flow between two ac networks, VSC-HVDC systems can supply weak and even passive networks. VSC-HVDC systems present a faster dynamic response thanks to its Pulse-width Modulation (PWM) control in comparison with the fundamental switching frequency operation of traditional HVDC systems. Detailed representation of VSC-HVDC systems in Electro Magnetic Transient (EMT) programs includes the modeling of IGBT valves and must normally use small integration time-steps to accurately represent fast switching events. Computational burden introduced by such a detailed models complicates the study of steady-state and transient events highlighting the need to develop more efficient models that provide similar behavior and dynamic response. The objective of this thesis is to develop, test and validate averaged models to accurately replicate the steady-state, dynamic and transient behavior of VSC-based HVDC systems in EMT-type programs. These simplified models represent the average response of switching devices and converters by using averaging techniques involving controlled sources and switching functions. The work also contributes to the development of detailed VSC models used to validate the proposed average models. The detailed models developed include two- and three-level converter topologies and the most recent Modular Multilevel Converter (MMC) topology. Comparison of different converter topologies suitable to VSC-HVDC transmission, including their advantages and limitations, are also discussed. A control system is implemented based on vector control which permits independent control both active and reactive power (and/or voltage) at each VSC terminal. Available modulation techniques are presented and compared in terms of performance and power quality.


identifier: Gélinas, A. (2013). Étude expérimentale du comportement sismique des assemblages utilisés dans les contreventements en X en acier  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les structures en acier, les contreventements concentriques en X sont fréquemment employés pour résister aux charges latérales. Les profilés tubulaires HSS ainsi que les cornières dos-à-dos sont souvent utilisés comme profilés pour ces contreventements. Dans ce cas, une diagonale est continue et la seconde diagonale est discontinue. Au point d'intersection, un assemblage central est réalisé en insérant une plaque de gousset à travers la diagonale continue et en insérant des plaques de transfert aux extrémités des diagonales discontinues. Les diagonales discontinues sont ensuite boulonnées à la plaque de gousset central. Le projet de recherche vise à étudier le comportement de ces assemblages, particulièrement la stabilité de ceux-ci lorsqu'ils sont soumis à des efforts en compression. Dix-sept essais ont été réalisés sur des contreventements en X à échelle réelle dans le cadre vertical de l'École Polytechnique de Montréal. Les sections utilisées étaient des profilés HSS et des cornières dos-à-dos. Les assemblages et les diagonales de contreventements ont été dimensionnés selon les exigences de la norme canadienne des structures en acier (CSA S16-09). Deux configurations d'assemblages ont été testées, soit en cisaillement simple ou en cisaillement double. Pour les assemblages en cisaillement simple, le transfert de l'effort est réalisé par une seule plaque insérée dans la diagonale. La configuration est excentrique. Pour les assemblages en cisaillement double, le transfert de l'effort est réalisé par deux plaques insérées dans la diagonale et, dans ce cas, la configuration est concentrique. De plus, des assemblages modifiés ont été testés, notamment en ajoutant un raidisseur à un assemblage en cisaillement simple et en remplaçant les plaques de transfert insérées dans la diagonale discontinue par des cornières dos-àdos soudées sur le HSS.  ABSTRACT: Concentrically X-bracing is frequently used to resist lateral loads in steel structures. Hollow square sections (HSS) and back-to-back angles are often used for these braced frames. In this case, one diagonal is continuous and the second one is discontinuous. A mid-connection detail is then achieved at the intersection point by inserting a plate through the continuous diagonal and by using transfer plates at the ends of the discontinuous diagonals. The discontinuous brace segments are then bolted to the through plate. The aim of this research project is to study the behaviour of these connections, especially their stability response when subjected to compressive loading. Seventeen tests were performed on full-scale X-bracing specimens in the vertical frame at École Polytechnique de Montréal. HSS and back-to-back angles sections were used for the braces. The bracing members and their connections were sized according to the requirements of the Canadian standard of steel structures (CSA S16-09). Two connection's configurations were tested: single shear and double shear. For single shear connections, the load transfer is done using a single plate inserted in the braces. The configuration is eccentric. For double shear connections, the load transfer is done by means of two plates inserted in the brace; in this case, the configuration is concentric. In addition, two modified connections were tested; one where a stiffener was added to a single shear connection and one where the transfer plates were replaced by double angles welded to the HSS braces.