identifier: Nantel, J.-P. (2019). Localisation d'une source d'interférence dans un système satellitaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Lorsqu'une source d'interférence génère un signal qui est envoyé vers un satellite, cela a˙ecte les performances du système satellitaire. Afin de faire cesser l'envoi du signal interférant, le fournisseur de service doit géolocaliser la source de l'interférence. Les systèmes de géolocalisation implémentés actuellement ne sont pas en mesure de géolocaliser la source d'interférence si celle-ci est en mouvement ou, dans le cas contraire, si la vélocité n'est pas connue à l'avance. De plus, les algorithmes de géolocalisation de source d'interférence mobile présentés dans la littérature sont difficilement implémentables dû au mauvais conditionnement des matrices générées par le problème de géolocalisation. Ainsi, le but de ce mémoire est de proposer un algorithme de géolocalisation d'une source d'interférence mobile dont on ne connaît ni la position, ni la vélocité à l'avance et dont on veut estimer les valeurs dans le temps. L'algorithme proposé utilise un filtre de Kalman de Gauss-Hermite (GHKF) pour e˙ectuer le suivi de la source d'interférence à l'aide des mesures des différences des temps d'arrivée (TDoA), différences des fréquences d'arrivée (FDoA) et différences des taux de Doppler d'arrivée (DDRoA) extraites des signaux reçus à la station de base du fournisseur de service, alors que les algorithmes actuels se limitent aux mesures de TDoA et FDoA seulement et à l'utilisation du filtre de Kalman sans-parfum(UKF). Un algorithme d'optimisation, l'algorithme des mauvaises herbes avec évolution différentielle, est utilisé au commencement du processus de géolocalisation afin de géolocaliser grossièrement la position de la source d'interférence afin de démarrer le filtre GHKF. Les simulations de l'algorithme ont permis de confirmer le fonctionnement de l'algorithme et de caractériser ses performances selon divers paramètres, dont le bruit sur les mesures et les paramètres internes de l'algorithme et du système satellitaire. Les systèmes de communication satellitaire Iridium et Globalstar ont été choisis pour simuler l'algorithme et le logiciel STK d'AGI a été utilisé afin de générer les éphémérides des satellites, afin d'obtenir des résultats réalistes. Les résultats obtenus ont permis de confirmer le fonctionnement de l'algorithme des mauvaises herbes avec évolution différentielle, du GHKF et du couplage entre les deux modules. De plus, cela montre qu'il est possible en ajoutant la mesure du DDRoA d'obtenir des estimés de la position de la source d'interférence qui soient inférieures à 3km qui est la précision minimale moyenne des systèmes de géolocalisation déjà existants, et ce, dans un cas avec une source d'interférence en mouvement. Cette recherche a donc permis d'obtenir un algorithme capable de géolocaliser précisément une source d'interférence mouvante affectant une liaison satellitaire en utilisant un module de démarrage utilisant l'algorithme d'optimisation des mauvaises herbes, ainsi qu'un filtre GHKF afin d'en effectuer le suivi.  ABSTRACT: When an interference source generates a signal that is sent to a satellite, it affects the performance of the satellite communication system. In order to stop the sending of the interfering signal, the service provider owning the satellite communication system must geolocate the source of the interference. The geolocation systems currently implemented cannot geolocate the source of interference if it is in motion or if the velocity is not known in advance in the other case. In addition, the mobile interference source geolocation algorithms presented in the literature are difficult to implement due to the poor conditioning of the matrices generated by the geolocation problem. Thus, the purpose of this thesis is to propose an algorithm to geolocate a mobile interference source whose position and velocity are not known in advance and whose values are to be estimated. The proposed algorithm uses a Gauss-Hermite Kalman filter (GHKF) to track the source of interference using time difference of arrival (TDoA), frequency difference of arrival (FDoA) and difference of doppler rates of arrival (DDRoA) measurements retrieved from signals received at the service provider base station, while the current algorithms are limited to TDoA and FDoA measurements only and the use of unscented Kalman filter (UKF). An optimization algorithm, the invasive weed algorithm with differential evolution, is used at the beginning of the geolocation process to roughly geolocate the position of the interference source in order to initialize the GHKF filter. The simulations of the algorithm have made possible to confirm the functionality of the algorithm and to characterize its performances according to various parameters, including the noise on the measurements and the internal parameters of the algorithm and the satellite system. The Iridium and Globalstar satellite communication systems were chosen to simulate the algorithm and the STK software from AGI was used to generate the satellites ephemeris in order to obtain realistic results. The results obtained confirmed the functionality of the invasive weed algorithm with differential evolution algorithm, of the GHKF and the coupling between the two modules. In addition, this shows that it is possible to obtain position estimates of the interference source with a precision less than 3km by adding the measurement of the DDRoA, which is the average maximum accuracy of the current geolocation systems. This research allowed to obtain an algorithm able to precisely geolocate a moving interference source affecting a satellite link by using a startup module using the the invasive weed algorithm with differential evolution, as well as a GHKF filter for tracking purposes.


identifier: Girard, O. (2019). Modélisation de la diffusion des électrons dans des lames minces observées à l'aide d'un détecteur HAADF au MEB  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise présente les plus récents développements théoriques sur la technique de microscopie électronique à balayage en transmission (STEM) utilisant un détecteur annulaire en fond sombre d'électrons diffusés à grands angles (HAADF) dans un microscope électronique à balayage (MEB). Le programme de simulation de trajectoires électroniques dans la matière CASINO a été utilisé pour simuler le signal HAADF en MEB et le contraste chimique d'une sélection d'échantillons pour quelques combinaisons des paramètres opérationnels du MEB et de l'échantillon qui sont la tension d'accélération des électrons, l'épaisseur de l'échantillon et la distance entre l'échantillon et le détecteur pour des dimensions données du détecteur. Les effets de la taille et de la position d'une seconde phase contenue dans la matrice qui constitue un échantillon mince ont aussi été analysés. Ces résultats préliminaires ont dévoilé une variation non-monotone du signal HAADF avec la composition chimique des échantillons et des paramètres opérationnels. Un programme de simulation de trajectoires électroniques dans la matière, MatSTEM, a donc été développé dans le but d'automatiser l'exécution en lots de simulations pour l'obtention d'une cartographie complète du signal HAADF, pour toutes les combinaisons des paramètres opérationnels et une plage plus complète de compositions d'échantillons. Cette cartographie a été adaptée sous la forme d'une base de données afin d'en faire un outil pour l'accompagnement d'observations HAADF en MEB et l'interprétation du contraste d'imagerie et l'optimisation des paramètres opérationnels pour un échantillon donné.  ABSTRACT: This Master's thesis presents the latest theoretical developments on the Transmission Scanning Electron Microscopy (STEM) technique using a high-angle annular dark-field electron detector (HAADF) in a scanning electron microscope (SEM). The Monte Carlo simulation program CASINO was used to simulate the HAADF signal in SEM and the chemical contrast of a sample selection for some combinations of the operational parameters of the SEM and the sample which are the electrons accelerating voltage, the sample thickness and the distance between the sample and the detector for given detector dimensions. The effects of the size and position of a second phase contained in the matrix that constitutes a thin sample were also analyzed. These preliminary results revealed a non-monotonic variation of the HAADF signal with the chemical composition of the samples and operational parameters. An electron trajectories in matter simulation program, MatSTEM, has been developed in order to automate the execution in batches of simulations to obtain a complete mapping of the HAADF signal, for all combinations of operational parameters and a more complete range of sample compositions. This mapping was adapted in the form of a database in order to build a tool to use with the HAADF observations in SEM and to allow the interpretation of the image contrast and the optimization of the operational parameters for a given sample.


identifier: Pineault, A. (2019). Suivi multiobjet en situation urbaine à l'aide de la programmation par contraintes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une nouvelle approche pour effectuer le suivi de plusieurs objets utilisant la programmation par contraintes (CP) pour transformer une série de détections d'usagers de la route en un ensemble de trajectoires. Au meilleur de nos connaissances, il s'agit d'une première tentative de combiner le suivi d'objets et la programmation par contraintes. De nombreuses applications pourront bénéficier des avancées concernant la formation de trajectoires par le suivi multiobjet, notamment dans le domaine de la sécurité routière où l'identification de sites potentiellement dangereux permettrait d'éviter de futurs accidents de la route. Sur une note plus technique, exprimer le problème du suivi multiobjet dans un cadre CP demande tout d'abord la formulation d'un modèle exprimé à l'aide d'un ensemble de variables à domaine fini et de contraintes s'appliquant sur ces variables. Pour que la modélisation soit un succès, il faut à la fois que les contraintes correspondent le mieux possible à la définition du problème, soit d'associer chaque détection d'objet à son identité trame après trame en se basant sur des images, mais également que ces contraintes soient suffisamment faciles à propager de telle sorte que la résolution prenne le moins de temps possible. De manière appliquée, les contraintes de notre modèle restreignent les déplacements considérés comme étant acceptables pour un même objet d'une trame à l'autre. Des contraintes préservant l'apparence de chaque objet tout au long de leur trajectoire ont également été ajoutées au modèle. Une grande partie du travail du suivi multiobjet consiste à corriger des erreurs commises lors de l'étape de détection des objets d'intérêt. Certains de ces objets demeurent quelques fois non identifiés alors que d'autres fois, ce sont des parties de l'arrière-plan telles que des panneaux de signalisation qui sont identifiés comme étant d'intérêt. Une méthode de filtrage corrigeant ces anomalies a donc été développée et appliquée sur l'ensemble des détections avant même de commencer la phase d'association. Cette méthode implique l'utilisation de techniques de suivi d'un seul objet (SOT) servant à prédire l'ajout de nouvelles détections.  ABSTRACT: This thesis introduces a new method for multiple object tracking (MOT) using constraint programming (CP). More specifically, the goal of this work is to solve the data association phase where sets of individual detections are combined together to form trajectories. To the best of our knowledge, this is the first attempt to use CP in a visual tracking context. Since trajectories are the building blocks of numerous applications, especially in the field of road safety, identifying dangerous road crossings may lead to faster urban planner interventions. These interventions should reduce the mortality caused by road accidents. Tracking multiple objects at the same time through the use of constraint programming requires first to define a CP model. A CP model is made of finite domain variables and constraints restraining the domain possibilities in order to obtain a solution at the end having only one possible value per variable. To be successful, a model needs to correctly represent the problem, i.e. match each road user detection to an identity shared across multiple frames. It also needs to be easy to propagate, otherwise, the solver will not be able to find a solution in an acceptable amount of time. The constraints defined in this work address the motion of each objects by forbidding unlikely movements, but also make sure to preserve the general appearance between detections of a same trajectory. Correcting the detector mistakes is an important task of MOT algorithms. Many errors of different types (e.g., missing objects of interest or identifying background regions as road users) are made before the data association step, causing a significant drop in the tracking results. A filtering method is proposed in this thesis in order to improve the set of detections given as input to the CP model. The main part of this process is the use of visual object tracking (VOT) techniques to predict where detections are missing and adding new boxes to fill in these gaps.


identifier: Begdouri, A.-H. (2019). Comportement mécanique du tissu cardiaque par flux optique et méthode des champs virtuels  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les maladies cardiovasculaires (CVD) sont connues pour être l'une des principales causes de mortalité non accidentelles, en particulier dans les pays développés. La détection précoce de ces maladies est donc indispensable pour réduire le taux de mortalité qu'elles engendrent. Pour traiter la leucémie de nos jours, la chimiothérapie à la Doxorubicine est largement utilisée. Toutefois, ce traitement engendre une cardiotoxicité qui affecte la morphologie et la fonction du myocarde. La dose de Doxorubicine cumulée dicte le degré de ces changements anatomiques et fonctionnels. Actuellement, très peu de techniques sont disponibles pour détecter de telles cardiotoxicités. Les oncologues utilisent des paramètres, comme le LVEF (fraction d'éjection du ventricule gauche), pour détecter cette cardiotoxicité. Ces méthodes n'arrivent pas à détecter cette cardiotoxicité d'une façon précoce. Les paramètres mécaniques jouent un rôle important dans le fonctionnement du muscle cardiaque, qui est un organe qui change de forme tout le long du cycle cardiaque. Le suivi des changements des propriétés mécaniques du tissu cardiaque pourrait nous informer sur la viabilité de celui-ci et détecter une cardiomyopathie.  Dans ce projet, les patrons 2D de déformations myocardiques sont évalués dans le cadre de la détection des dommages myocardiques et altérations fonctionnelles dus au traitement à la Doxorubicine. En second lieu, ces déformations sont utilisées comme données d'entrée à notre modèle numérique basé sur la méthode des champs virtuels spéciaux, dans le but de quantifier les propriétés mécaniques du myocarde, avec l'hypothèse que le traitement à base de Doxorubicine induit des changements importants à la fois dans le tissu myocardique et au niveau de la fonction cardiaque. Nous appliquons sur des images ciné-IRM, une des méthodes iconiques qui se base sur le flux optique, pour obtenir les champs de déplacements et de déformations internes des tissus cardiaques, tout au long du cycle cardiaque. Une méthode d'inversion basée sur la méthode des champs virtuels, permettant de déduire les champs de contraintes à partir des déformations obtenues par flux optique, est utilisée en choisissant des champs virtuels cinématiquement admissibles.   La cohorte évaluée dans notre étude se compose de 4 groupes, constitués chacun de 3 volontaires, 3 groupes de survivants de leucémie du projet PETALE et un groupe de sujets sains. Les survivants de leucémie présentent différents niveaux de risque basé sur la dose cumulative de doxorubicine reçue. Ces survivants sont séparés en deux groupes à haut risque, dont un groupe qui prend un agent protecteur (Dexrazoxane), et un groupe à risque standard. L'acquisition des images se fait avec un appareil IRM (Skyra™, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany), de 3Tesla avec une antenne tronc de 32 canaux. Le protocole RM consiste en une séquence ciné ECG- gated Steady state Free Precession (SSFP). Les paramètres d'acquisition sont l'épaisseur de la tranche (8 mm), le temps de répétition (TR=34.5 sec), le temps d'écho (TE=1.2 sec), l'angle de bascule (36 degrés), le facteur iPAT (3), et la taille de la matrice (210×208). Approximativement, 14 tranches sont acquises dans le plan axial, 5 tranches pour la coupe 4 chambres et 5 tranches pour la coupe 2 chambres, avec une résolution spatiale de 1.4 ×1.4× 0.8 mm. Pour chaque tranche, 25 phases du cycle cardiaque sont acquises pour chaque tranche. Pour la vue 2 chambres, nous avons constaté des différences dans les champs de déformations entre les quatre groupes. Pour le groupe à haut risque qui a reçu un agent protecteur (dexrazoxane), l'amplitude des champs de déformations est inférieure à celle du groupe à haut risque qui n'a pas reçu d'agent protecteur, quelle que soit la phase du cycle cardiaque (systole, diastole précoce, diastole retardée). Pour cette même vue 2 chambres, la contrainte en cisaillement et la contrainte de Von Mises sont inférieures, en systole, pour le groupe à haut risque qui reçoit un agent cardioprotecteur (HRdex) par rapport au groupe à haut risque (HR) qui n'en reçoit pas. Nous notons que le module d'élasticité est inférieur pour le groupe à risque standard (SR), comparé aux groupes HR et HRdex, pour la systole et la diastole tardive. La même différence est observée pour le module de cisaillement pour le groupe à risque standard SR, juste pour la systole.  Pour la vue 4 chambres, le module d'élasticité est significativement plus élevé pour le groupe HRdex, comparé aux groupes HR, SR et à celui du groupe de volontaires sains (HV), pour les trois phases (Systole, Diastole précoce, Diastole tardive).  En considérant la vue axiale, les contraintes de cisaillement et de Von Mises sont inférieures pour le groupe HR par rapport au groupe HRdex. Le module d'élasticité est inférieur pour le groupe SR par rapport aux groupes HR et HRdex. La même différence est observée pour le module de cisaillement pour le groups SR en systole. Dans la coupe axiale, en systole, les changements entre les quatre groupes pour les contraintes de cisaillement et de Von Mises ne concordent pas avec les différences trouvées pour les coupes 2 chambres et 4 chambres, probablement due à l'orientation différentes des fibres musculaires entre les coupes. Pour le module de Young, les changements en systole et en diastole retardée en coupe axiale concordent avec les différences trouvées pour les coupes 2 chambres et 4 chambres. Ces changements observés entre les groupes peuvent être expliqués par le fait que le muscle cardiaque des patients ayant survécu à un cancer se comporte différemment à cause d'une réduction de la quantité de fibres musculaires et d'une augmentation du tissu interstitiel.  La sévérité de ces changements est proportionnelle à la dose totale d'anthracyclines, ce qui fait que le muscle cardiaque se dilate plus facilement, surtout, en diastole. Notre modèle nous a permis de constater des changements dans les champs de déformations, de contraintes, ainsi que pour les propriétés mécaniques du tissu cardiaque, qui présente une carditoxicité due au traitement à la Doxorubicine, ce qui vérifie notre hypothèse et montre la faisabilité d'une telle approche. Une des perspectives de cette étude est de constituer une base de données, comme les courbes de pressions individuelles ou les modules d'élasticité pour des personnes saines et des personnes présentant une cardiomyopathie, pour fin de comparaison préliminaire, afin de classer les patients par ordre de sévérité de cardiomyopathie.  ABSTRACT: Cardiovascular disease (CVD) is known to be one of the leading non-accidental causes of death, early detection of these diseases is therefore essential to reduce the mortality rate they generated. One of these causes is the effect of the chemotherapy. To treat leukemia today, chemotherapy with doxorubicin is widely used. However, this treatment leads to cardiotoxicity that affects the morphology and function of the myocardium. The cumulative doxorobicine dose dictates the degree of these anatomical and functional changes. Currently, very few techniques are available to detect such cardiotoxicities. Oncology uses the parameters like LVEF (Left ventricle ejection fraction or fractional shortening) to detect this cardiotoxicity. However, these methods fail to detect this cardiotoxicity in an early manner.  Mechanical parameters play an important role in the functioning of the heart muscle, which is an organ that changes shape throughout the cardiac cycle. Tracking changes in the mechanical properties of a cardiac tissue informs us about his viability. We apply on cine-MRI images, one of the iconic methods based on optical flow, to obtain the fields of internal deformation of cardiac tissues throughout the cardiac cycle. The optical flow does not require information on the content of the image, so it is not necessary to know the organ to study its movement. An inversion method based on the virtual field method, which makes it possible to deduce the stress fields from the deformations obtained by optical flow, is used, by choosing cinematically admissible virtual fields; special virtual fields. Our study included 9 cancer survivors from the PETALE project and 3 healthy control volunteers. The cancer survivors were separated into 3 risk groups according to the cumulative doxorubicin dose received during the treatment, The standard risk (SR), group (n=3), the high risk (HR) group (n=3), the high risk with Dexrazoxane, HRdex group (n=3) that received the same median cumulative dose of Doxorubicin as the HR group along with a dose of a cardioprotective agent.  In this project, the use of 2D patterns of myocardial strain is evaluated as part of the detection of myocardial damage and functional impairment due to doxorubicin treatment. Secondly, the use of these strain obtained by optical flow method as input to our model which is based on the method of special virtual fields to have the mechanical properties as well as the internal stresses of the myocardium, with the assumption that the treatment based on Doxorubicin induces significant changes in both tissue and myocardial function. MRI acquisition was done on a 3T device (Skyra™, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany) using 18-channel phased array body matrix coil and an ECG-gated Steady State Free Precession (SSFP) cine sequence. Acquisition parameters were: slice thickness 8mm, repetition time 34.6ms, effective echo time 1.2ms, flip angle 38°, iPAT factor 3, matrix 208×210 and in-plane pixel size 1.25×1.25mm. Around 14 slices were acquired in the axial plane, and 5 slices in 2 chambers and 4 chambers planes. For the entire cardiac cycle, 25 images were acquired for each slice, with multiple breath holds. Within the 2-chambers view, significant changes were found for the strain fields between the four groups. Strain within HRdex were lower than in HR for the three considered phases (Systole, Early diastole, Late diastole).  For the same view, shear stress and Von Mises stress, are inferior, in systole for the HRdex compared to HR.  the module of elasticity is inferior for the SR compared to HR and HRdex, for the systole and the late diastole. The same difference is found for the shear modulus for the SR, in systole.  Considering the 4CH view, the module of elasticity is significantly higher for the HRdex, compared to HR, and compared to SR's group and healthy volunteers HV's group, for the three considered phases (Systole, Early Diastole, Late diastole). Considering the axial view, shear and Von Mises stress were lower in systole for HR than for HRdex. The modulus of elasticity was found lower for SR than  for HR and HRdex, same difference was observed for the shear modulus for the SR group in systole. In the axial view, in systole, significant changes were found between groups, for the shear and Von Mises stress. However, these changes were not found in 2CH and 4CH views, probably due to trhe different collagen fiber orientation between the views. For the modulus of elasticity, the changes in systole and late diastole were in agreement with the results obtained in 2CH and 4CH views. This difference between groups can be explained by the fact that the heart muscle of HR cancer behaves differently due to a reduction in the amount of the muscle fibers and an increase of the interstitial tissue. The severity of these changes is proportional to the cumulative anthracycline dose. If enough damage occurs, the heart expands in size and the chamber wall become thinner, creating a picture similar to dilated cardiomyopathy, in agreement with our results. Our model allowed us to observe the changes in strain fields, stress fields, as well as the mechanical properties of cardiac tissue presenting doxorubicin induced carditoxicity, which verifies our hypothesis and shows the feasibility of our approach. The perspectives of this study is to build a database for healthy volunteers and those presenting a cardiomyopathy, for preliminary comparison purposes, to rank patients according to the severity of the disease. This could help early detection of these cardiomyopathies.


identifier: Akhdim, I. (2020). Développement et application d'un outil interactif pour l'étalonnage des spectres sismiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ: Grâce au progrès accompli dans le génie parasismique, les analyses dynamiques temporelles linéaires et non linéaires deviennent de plus en plus communes lors de la conception ou l'évaluation des structures de génie civil. La sélection et l'étalonnage d'un nombre de secousses sismiques appropriées constitue l'une des étapes essentielles des analyses sismiques. Elles peuvent avoir des e˙ets considérables en représentant une grande source d'incertitude et de variabilité dans les estimations de la réponse. Le processus d'étalonnage d'un ensemble de séismes peut être ambigu et/ou fastidieux. Bien qu'on dispose de plusieurs méthodes systématiques et utiles à cet e˙et, les critères sousjacents font souvent l'objet de discussions et de débats. Pour aider l'ingénieur à évaluer les e˙ets de ces di˙érentes méthodes, de nombreuses recherches sont disponibles dans la littérature. Néanmoins, et particulièrement au Canada, il existe un grand manque d'outils interactifs permettant de faciliter cette tâche.  ABSTRACT: ABSTTRACT: With advances in computer technology and earthquake engineering, it has become more common for structural engineers to predict the response of a structure subjected to ground motions using linear and nonlinear time history analyses. Selection and scaling of seismic motions are one of the most important steps of such analyses.Due to the lack of consensus in the earthquake engineering community on how to appropri-ately select and scale ground motions, plenty of research was exclusively dedicated to this issue, mainly to deliver guidance to design professionals. However, scaling earthquake ground motions is a tedious task that may require significant effort from the analyst. In the canadian earthquake engineering community, there is a lack of automated tools available for this task.


identifier: Gauthier Melançon, G. (2019). Quantifying Uncertainty in Systems - Two Practical Use Cases Using Machine Learning to Predict and Explain Systems Failures  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Afin d'accomplir et automatiser des tâches complexes, différents modèles et composantes peuvent être organisés sous forme d'un système. Par exemple, les chaînes d'approvisionnement sont des systèmes qui permettent de transformer et transporter des matières premières en produits finis. Ces systèmes sont primordiaux lorsque la complexité d'un processus est telle qu'elle ne pourrait être gérée manuellement par un seul humain. Cependant, différentes sources d'incertitude peuvent affecter le comportement d'un système et son résultat. Cela peut mener à ce que l'on désigne comme une défaillance du système, c'est-à-dire lorsqu'un système ne produit pas un résultat désiré. Ce mémoire présente et compare deux projets où l'on utilise l'apprentissage machine afin de prédire les défaillances dans les systèmes, en modélisant ces sources d'incertitude avec une approche holistique. Dans le premier projet, pour lequel nous avons soumis un papier au INFORMS Journal on Applied Analytics, nous cherchons à prédire les défaillances dans les chaines d'approvisionnement. Nous avons développé notre approche à JDA, un fournisseur de logiciels en chaînes d'approvisionnement, et en coopération avec Michelin, un manufacturier international de pneus. Dans le cadre du projet, nous avons défini une défaillance du système comme étant une baisse du niveau de service en dessous d'un seuil désiré. Nous avons modélisé les différents risques présents dans la chaîne d'approvisionnement en fonction de leur habilité à prédire les défaillances quelques semaines à l'avance. Nous démontrons que notre modèle d'apprentissage automatique donne de bons résultats sur un large éventail de produits. Nous soulignons également l'importance de considérer dans l'approche la façon dont les utilisateurs interagissent avec les prédictions. Pour cela, nous avons développé un outil interactif afin que les utilisateurs puissent naviguer à travers les prédictions et obtenir le contexte nécessaire afin de comprendre la source de la défaillance. Cet outil a permis de convertir les prédictions en actions concrètes afin de prévenir et éliminer les défaillances avant qu'elles ne se produisent. Dans nos résultats, nous présentons également comment l'outil a permis d'identifier des causes récurrentes de défaillances dans leur chaîne d'approvisionnement. Dans le cadre du second projet, nous présentons nos résultats préliminaires effectués à Element AI, un fournisseur de logiciels en intelligence artificielle. Le projet consiste à quantifier la confiance associée à chaque prédiction générée par un système d'intelligence artificielle. Le système en question est composé d'une séquence de modèles, incluant deux algorithmes d'apprentissage profond et quelques heuristiques. L'objectif du système est d'extraire automatiquement de l'information contenue sur un document. Dans une approche similaire au premier projet, nous avons identifié les sources principales d'incertitude dans le système, telle de l'incertitude aléatorique et épistémique, pour ensuite les modéliser avec une approche d'apprentissage machine afin de déterminer la confiance du système dans chacune de ses prédictions. L'approche est de ce fait inverse à notre premier projet, puisque nous quantifions la possibilité que le système ne soit pas en état de défaillance. En pratique, cela revient à la même tâche. Nos résultats préliminaires suggèrent que notre approche est prometteuse. Pour nos deux approches, nous prédisons les défaillances d'un système dans le même but, celui d'identifier les situations incertaines où un humain-dans-la-boucle (human-in-the-loop)peut intervenir afin de rectifier le résultat du système et ainsi éviter la défaillance. Cela permet de mettre à profit la créativité et la connaissance de l'humain pour les situations plus délicates, et ainsi augmenter la performance du système. Dans le contexte des chaînes d'approvisionnement, cela peut vouloir dire d'ignorer les paramètres du plan afin de déplacer des items au bon endroit ou encore augmenter manuellement la production. Dans un système d'intelligence artificielle, l'humain peut directement changer la prédiction du système en regardant par lui-même les données, dans notre cas lire le document et extraire lui même l'information. Nous soulignons aussi comment notre approche est générique et peut s'adapter à divers types de systèmes, avec différentes granularités et sources d'incertitude. Nous discutons également comment le modèle utilisé se doit d'être explicable, afin que les utilisateurs puissent identifier et potentiellement éliminer les causes récurrentes de défaillances. Pour terminer, notre approche permet aussi d'augmenter la confiance de l'utilisateur dans le système utilisé ainsi que l'automatisation qu'il permet.  ABSTRACT: Systems are widely used to execute complex tasks, such as supply chain systems, which transform and transport raw materials into finished goods. We often rely on systems to automate, at least partially, a process that would be unmanageable or not-efficient for humans to tackle manually. However, different sources of uncertainty can affect systems' outcomes and behavior, and eventually lead to system failure. The definition of failure is dependent on the context, and it represents an outcome of the system that we want to avoid. This thesis presents and compares two different tracks of work where we explored how to predict system failures, using machine learning, by modeling its sources of uncertainty holistically. In the first project, for which we submitted a paper to the INFORMS Journal on Applied Analytics, we predict failures in a supply chain system. We developed our approach at JDA, a supply chain software provider, in co-operation with Michelin, an international tires manufacturer. In our approach, we modeled risks with features from different segments of the supply chain that could be good indicators of a future failure. We defined failure as a drop in the service level below the desired target. We showcase that our machine learning model works well on a large variety of products. Most importantly, we highlight the importance of considering in the approach how users interact with the models' predictions. We designed and built an interactive tool for users so they could navigate through the predictions, get the necessary context, and receive an explanation as to the cause of the failure. The tool allowed for predictions to become actionable, so users could act and avoid system failures. We also present in our results how planners identified recurrent issues in their supply chains. In the second use case, we present early experiments that we have done at Element AI, an artificial intelligence software provider, on quantifying the confidence of an AI system in its prediction. The system is composed of a sequence of models, including deep learning algorithms, and aims at extracting text from documents. In a similar idea to the first project, we modeled the primary sources of uncertainty of the system, such as aleatoric and epistemic uncertainty, and used a machine learning model to measure confidence estimates in each AI system's predictions. Our early results on a given dataset suggest that our method is promising. In both approaches, we predict system failure for a similar purpose: identifying uncertain situations where a human-in-the-loop can rectify the system's outcome to avoid failure. Indeed, by leveraging a human's creativity and knowledge in complex cases, we can boost the system's performance. In supply chains, this could mean overriding the system's parameters to change the location of some stock or increase the production. In the AI system use case, this could mean to change the predicted text to its correct value manually. We also highlight how our approach to system failure prediction is generic and flexible to various types of systems, with different granularity, failure definition, and uncertainty sources. We further underscore how the model needs to be explainable so that users can identify and potentially eliminate recurrent causes of system failure. Lastly, failures prediction also help to build general trust in the system and the automation it is providing.


identifier: Mahfoud, M. (2019). Développement d'une base de données thermodynamique de type ingénierie pour l'élaboration des alliages Al-Si-Fe-Mn-(Cr-Ni-V)  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ: Les alliages à base d'aluminium sont les alliages non ferreux les plus utilisés dans le monde et connaissent une croissance importante soulignée par une augmentation de 6% de la production mondiale de ce métal en 2017 [1]. La production de ce métal se fait à partir de la bauxite, un minerai traité par les procédés Bayer et Hall-Héroult afin d'en extraire de l'aluminium pur. Cependant, il faut noter que le procédé Bayer qui consiste à séparer l'alumine de la bauxite, ainsi que le procédé Hall-Héroult qui repose sur plusieurs réactions d'électrolyse, ne purifient pas totalement l'aluminium final et y laissent des traces des divers éléments contenus dans le minerai primaire et dans les électrodes respectivement. L'aluminium primaire produit n'est donc pas pur et contient des impuretés telles que le silicium, le fer, le chrome, le nickel et le vanadium issues des procédés d'extraction. À cela peuvent s'ajouter des éléments d'addition volontairement introduits pour atteindre des caractéristiques thermodynamiques plus spécifiques tels que le silicium, le fer et le manganèse. Ces éléments peuvent jouer un rôle important sur la thermodynamique des alliages en favorisant notamment la formation de certaines phases intermétalliques fragilisantes ou de défauts de surface macroscopiques tels que les Fir-Tree-Zones par exemple.ABSTRACT:  ABSTRACT: Aluminium-based alloys are the most widely used non-ferrous alloys in the world and are experiencing significant growth, highlighted by a 6% increase in world production of this metal in 2017 [1]. This metal is produced from bauxite, an ore processed by the Bayer and Hall-Héroult processes to produce pure aluminum. However, it should be noted that the Bayer process, which consists in separating alumina from bauxite, as well as the Hall-Héroult process, which is based on several electrolysis reactions, does not completely purify the final aluminum and leaves traces of the various elements contained in the primary ore and electrodes respectively. The primary aluminium produced is therefore not pure and contains impurities such as silicon, iron, chromium, nickel and vanadium from the extraction processes. To this can be added addition elements voluntarily introduced to achieve more specific thermodynamic characteristics such as silicon, iron and manganese. These elements can play an important role in the thermodynamics of alloys by promoting the formation of certain weakening intermetallic phases or macroscopic surface defects such as Fir-Tree-Zone for example.


identifier: Magnaval, G. (2020). Développement et application in situ de nouvelles techniques pour déterminer la tension mécanique dans les haubans des lignes de transmission en utilisant les téléphones intelligents  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Afin de s'assurer de la stabilité des pylônes haubanés des lignes de transmission, il est essentiel de mesurer la tension mécanique dans les haubans. Les méthodes les plus utilisées à cet effet par Hydro-Québec, partenaire du projet présenté dans ce mémoire, sont le tensiomètre PIAB et la méthode du retour d'onde. D'une part, le PIAB nécessite une calibration complexe. D'autre part, la méthode du retour d'onde dépend de l'utilisateur et peut s'avérer peu précise. Ainsi, il existe un besoin pour développer une nouvelle technique complémentaire. La technique développée dans le cadre de ce mémoire est une implémentation de la méthode de vibration avec l'utilisation d'un téléphone intelligent. Elle nécessite trois étapes successives. Tout d'abord, les vibrations du hauban sont enregistrées pendant un temps donné.Ensuite, les signaux d'accélération sont utilisés en entrée d'une méthode d'analyse modale afin de déterminer la fréquence fondamentale du câble.  ABSTRACT: The stability of guyed transmission towers is mainly ensured by their guy wires. The mechanical tensions in the guy wires have then to be regularly monitored. Currently, most frequently used methods are the PIAB tension meter and the wave-return method. On one hand, the tension meter requires a complex calibration. On the other hand, the wave-return method is user-dependent and can prove to lack accuracy. Therefore, there is a growing need for the development and validation of new techniques. The new tension prediction technique propose din this work is based on the use of smartphones. It finds its origins from the vibration method. Its operation requires three steps. Firstly, cable vibrations are recorded during a given time period. Secondly, a modal analysis method is performed on the acceleration data. The cable fundamental frequency is obtained. Thirdly, a practical formula is implemented. The mechanical tension is given as a function of the fundamental frequency. The three steps are gathered in an Android mobile phone application. In order to fasten the smartphone on the guy wire, a casing is designed. Additionally, a step by step procedure for the mechanical tension estimation is proposed. Finally, in-situ vibration tests are performed on a case study.


identifier: Ruiz, D. (2019). Optimisation environnementale de la production de vecteurs énergétiques à partir de matières résiduelles dans un contexte d'économie circulaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce mémoire est de développer un modèle de valorisation énergétique de matières résiduelles flexible et sensible à la matière entrante, prenant en compte la performance technologique et les impacts environnementaux potentiels, en vue d'une optimisation menant à un choix technologique. Le développement de ce modèle est réalisé au sein des outils développés par la Chaire de Recherche sur la Valorisation des Matières Résiduelles (CRVMR) et notamment au sein de l'outil VMR-Sys, permettant de prédire les performances techniques des technologies de traitement, ainsi que l'outil VMR-Imp, par la prédiction de leur performance environnementale. Ces modèles sont ensuite utilisés par l'outil d'optimisation MaRCOT (Materials Recovery & Choice of Technologies) permettant la réalisation d'un choix technologique en fonction de l'objectif, des contraintes spécifiées, ainsi que de la matière à traiter par le système. Pour ce faire, les modèles décrivant l'incinération de matières résiduelles ont été évalués afin d'identifier les approches de modélisation pertinentes. Cette évaluation permet alors de mettre en évidence les mécanismes à réutiliser dans le développement du modèle d'incinération ainsi que ceux à affiner, servant également de point de départ pour le développement du modèle de gazéification. Afin d'apporter de la modularité, les technologies ont été décomposées en étapes, et chaque étape a été modélisée individuellement et indépendamment, permettant une paramétrisation et une prise en compte accrue de la sensibilité à la matière alimentée et à l'évolution de la composition de la matière au sein du système. Les modèles d'incinération et de gazéification développés permettent ainsi de prendre en compte l'influence de la matière traitée sur l'efficacité de production des co-produits, notamment l'énergie générée, l'influence de la matière traitée sur les émissions directes à l'air et à l'eau ainsi que la prise en compte des impacts potentiels sur tout le cycle de vie par intégration de l'impact de production des intrants et les impacts évités par substitution des co-produits générés, obtenus grâce à l'utilisation de la base de données ACV ecoinvent pour la description des procédés en arrière-plan. Les modèles ont alors été comparés entre eux afin d'évaluer les performances technologiques et environnementales de l'incinération et de la gazéification pour le traitement d'une même matière. L'influence de la composition de la matière traitée sur ces performances a ensuite été étudiée.  ABSTRACT: The objective of this research is to develop a flexible model of energy recovery from MSW, sensitive to the composition of the input waste, considering technological performance and potential environmental impacts, to conduct an optimization leading to a technological choice. The models developed are part of the framework developed within the Chaire de Recherche sur la Valorisation des Matières Résiduelles (CRVMR) and particularly of the VMR-Sys tool, predicting technical performances of treatment technologies, and the VMR-Imp tool, predicting their environmental performance. Theses models are then used by the optimization tool MaRCOT (Materials Recovery & Choice of Technologies) allowing for a technological choice based on the optimization objective, the specified constraints and the composition of the MSW to be treated by the system. To complete this objective, models for the incineration of waste were evaluated in order to identify modeling approaches to reuse and mechanisms to represent differently while developing the models. The evaluation of incineration models is also the foundation for the development of the gasification environmental modelling. To be able to incorporate modularity, technologies were decomposed in a series of steps, each one modelized individually and independently, allowing an enhanced parameterization and the inclusion of the effect of waste composition on the step's performances. The incineration and gasification models developed allow the quantification of the production of co-products, especially the energy output, and the quantification of the emissions to air and water based on the composition of waste. The potential impacts on the whole life cycle are also integrated by considering the impact of the former production of inputs materials used in the system and substituting generated co-products, linking the LCA database ecoinvent for representation of the background system. Models were then compared to evaluate technological and environmental performances of incineration and gasification during the treatment of the same waste. The influence of waste composition on theses performances were then studied. Results confirmed the importance of the local context of the study on the environmental performances of the systems represented.


identifier: Dick, J.-S. (2019). Un nouveau modèle d'échange de masse et de quantité de mouvement entre formulation lagrangienne et eulérienne appliqué à une cavité de roulement de moteur d'avion  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract:
Résumé
La quête de puissance à bas coût de l'industrie aérospatiale pousse les ingénieurs à réduire le volume occupé par les sections chaudes des moteurs d'aéronefs et à améliorer l'efficacité de leur système d'huile. Pour réduire la consommation d'huile sans affecter la gestion de la chaleur du moteur, les ingénieurs ont besoin d'outils numériques performants, précis et fiables, car les conditions d'opération des moteurs sont pratiquement impossibles à reproduire en laboratoire.  Les cavités de roulement sont une des zones les plus complexes du système d'huile, car l'huile et l'air, qui s'y retrouvent, sont animés par la rotation des arbres dans un espace confiné. L'écoulement résultant est visuellement similaire à celui d'une machine à laver opérant dix fois plus rapidement qu'à sa vitesse de rotation habituelle. La présence de différentes échelles de structures liquides (gouttelettes, ligaments et film mince) rend la modélisation de l'écoulement particulièrement complexe.
Pour réussir à simuler un tel écoulement, un nouvel outil numérique permettant l'interaction entre un écoulement dispersé et un écoulement de film mince en parois a été créé. Quatre objectifs ont été définis et accomplis à partir du code ANSYS Fluent. Le premier objectif consistait à définir une méthode robuste pour modéliser le film d'huile en parois. Le second objectif nécessitait de modéliser les gouttelettes d'huile en circulation dans la cavité de roulement. Les troisièmes et quatrièmes objectifs consistaient à modéliser l'intégration des gouttelettes au film liquide et leur détachement par les forces de cisaillement de l'air en mouvement. Pour réaliser ces objectifs, il a été démontré que les gouttelettes retrouvées dans les cavités de roulement peuvent être approximées par des sphères rigides et que l'évaporation de l'huile peut être négligée.
Le premier objectif a été complété en employant le modèle Volume of Fluid (VoF) avec une version modifiée du modèle de turbulence


identifier: Faissal Bassis, N. (2019). Assessment of innovation ecosystems for technology roadmapping at firm level  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'environnement économique n'est plus le même et sa complexité évolue à une vitesse défiante aux entreprises basées sur la technologie. Même les entreprises non technologiques souffrent indirectement des conséquences du changement technologique et social. La relation entre les acteurs du marché est plus dynamique, elle est “en ligne”. En quelques secondes, les informations stratégiques peuvent être entre les mains d'un concurrent d'un simple clic sur un bouton de la souris. De nos jours la façon dont nous envisageons la concurrence de points de vue industriels, sectoriels ou des clusters a ses limites ignorent de nombreux aspects commerciaux tels que la valeur capturée des relations informelles des acteurs sociaux, la coévolution entre entreprises concurrentes, les communautés sociales créant de la valeur pour les entreprises et autres qui montrent l'obsolescence de ces perspectives et des outils associés. Depuis le travail fondateur de James Moore intitulé “The Death of Competition” publié au début des années 90, on a beaucoup conjecturé sur la “nouvelle” innovation. Selon Moore, nous nous trouvons dans un scénario où la frontière de l'entreprise n'a aucune signification, mais son interaction intense avec d'autres acteurs indique sa capacité à innover dans un lieu appelé “écosystème de l'innovation”. Ce lieu est l'endroit où l'innovation a son importance grâce à un flux continu de connaissances qui capturent et créent de la valeur pour le client. Tout cela est articulé à travers des modèles commerciaux ouverts impliqués dans les interactions entre tous les acteurs participant à l'écosystème. Mais comment cartographier un écosystème, ses relations? Ses modèles d'affaires? Et surtout, comment identifier et évaluer ses stratégies bénéficiant uniquement aux entreprises et aux acteurs qui intègrent ce lieu ? Ces questions constituent cette recherche. Dans notre revue de littérature, nous identifions “l'état de l'art” des écosystèmes d'innovation (article 1). Pour comprendre les aspects empiriques de ce nouveau lieu d'innovation, nous avons développé une analyse de terrain à travers des tests, des conjectures précédentes, des comparaisons et une évaluation des résultats trouvés (article 2). En identifiant les concepts par l'observation sur le terrain et une revue littéraire systématique, nous avons développé un outil d'analyse pour l'évaluation de l'écosystème de l'innovation intégrée à la planification stratégique technologique (article 3). Les considérations de cette expérience sont partagées dans la section de discussion générale de la thèse et la dernière section concerne nos conclusions. Cette section identifie les principales contributions de la recherche entreprise par les limitations de la recherche, mais aussi les opportunités à saisir pour la recherche future dans le domaine de l'innovation technologique.  ABSTRACT: The economic environment is no longer the same and its complexity changes at a challenging speed for technology-based companies. Even non-technological companies suffer in some indirect way the results of technological and social change. The relationship between market players is more dynamic, it is “online”. In a few seconds, strategic information can be in the hands of the opponent with just a click on the mouse button. Nowadays, the way we view competition from industrial, sectoral or cluster perspectives has its limitations and ignores many business aspects like the captured value from informal relationships of social actors, the co-evolution between competing companies, the social communities creating value for companies and others that show the obsolete of these perspectives and related tools. Since James Moore's seminal work entitled “The Death of Competition” published in the early 1990s, much has been conjectured about the “new” innovation. According to Moore, we are inside of a scenario where the frontier of the firm has no significance but its intense interaction with other actors indicates its ability to innovate in a locus named the “innovation ecosystem”. This locus is where innovation takes place through the continuous flow of knowledge that captures and creates value for the customer. All of this is articulated through open business models involved in interactions between all actors participating in the ecosystem. But how to map an ecosystem, its relationships? its business models? And above all how to identify and assess its strategies benefiting only the companies and actors that integrate this locus. These issues make up this research. In our literature review, we identify the “state of the art” of innovation ecosystems (article 1). To understand the empirical aspects of this new locus of innovation, we develop a grounded analysis and speculations by testing, comparing and evaluating the results found (article 2). By identifying constructs through field observation and a systematic evidence literary review we developed an analytical tool for assessment of innovation ecosystem integrated with technological strategic planning (article 3). The considerations of this experience are shared in the general discussion chapter of the thesis, and the final chapter is concerning our conclusions. This chapter identifies the main contributions of the research undertaken by research limitations but also opportunities to be taken in future research in the field of technology innovation.


identifier: Venet, A. (2019). Localisation et cartographie avec superquadriques comme primitives géométriques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le rôle de la robotique est d'assister l'homme dans des tâches répétitives ou dangereuses. Très présents dans l'industrie, les robots ont commencé à réaliser des missions complexes, notamment en gagnant en autonomie. Parmi ces tâches, nous retrouvons la cartographie, qui consiste à réaliser une carte repré-sentant un environnement donné. Les robots mobiles sont souvent employés, car ils peuvent évoluer dans ce milieu, et faire des observations de di˙érents points de vue. Dans nos tra-vaux, nos observations sont faites par un capteur laser fixé sur un robot, pouvant e˙ectuer des mesures de distance et de cap. La construction d'une carte passe d'abord par le choix de la représentation de l'environnement. Beaucoup de représentations existent, et doivent ré-pondre aux problèmes de fiabilité et de mémoire. Nous avons choisi d'utiliser des primitives géométriques telles que les superquadriques, encore peu utilisées en cartographie, de par la grande variété de formes qu'elles peuvent prendre, et leur paramétrisation simplifiée. Un problème inhérent à la robotique mobile est la localisation, et un robot doit pouvoir se positionner dans son environnement pour interagir avec lui. Nous proposons une méthode de localisation qui repose sur la représentation de notre environnement en superquadriques. Nous traitons séparément dans ce mémoire les deux problèmes de cartographie et de locali-sation pour un robot mobile se déplaçant dans un plan.  ABSTRACT: Robots are intended to assist people in repetitive or dangerous tasks. With a significant presence in the industry, robots have started to carry out complex missions, especially by becoming more autonomous. Among these tasks we have mapping, which consists in building a map that represents a given environment. Mobile robots are often used because they can operate in this environment and make observations from different points of view. In our work, our observations are made using a laser sensor fixed on a robot which can take distance and heading measurements. The first step in building a map is to choose the appropriate representation of the environment. Many representations have been developed, and must address reliability and memory issues. We have chosen to use superquadrics as geometric primitives for the wide variety of shapes they can take, and their simplified parametrisation. Those shapes are not yet widely used in cartography. An inherent problem in mobile robotics is localisation, and a robot must be able to position itself in its environment to be able to interact with it. We provide a method of localisation based on the representation of our environment made of superquadrics. In this paper, we deal separately with mapping and localisation problems for a mobile robot travelling in a plane.


identifier: Samadani, S. M. (2019). Indoor Localization Using Channel State Information with Regression Artificial Neural Network  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette recherche, les informations sur l'état du canal (CSI) sont utilisées pour localiser les stations mobiles dans un environnement intérieur. À cette fin, deux ordinateurs portables équipés de la carte Intel Wireless Wi-Fi Wireless Link 5300 disponible dans le commerce sont utilisés. Les informations CSI sont collectées en établissant une connexion sans fil entre deux machines de plus de 200, 70 et 52 points de référence (RP) aux sixième, cinquième et troisième étages respectivement, dans l'immeuble Lassonde de Polytechnique Montréal servant de banc d'essai expérimental. Différentes approches de localisation sont étudiées et comparées les unes aux autres en termes de précision de localisation. Dans la première approche, les CSI collectés alimentent directement le réseau de neurones artificiels (RNA) en tant que caractéristiques d'entrée et le RNA appris est utilisé en tant qu'algorithme de correspondance du modèle afin de prédire la position de l'utilisateur. La deuxième approche consiste à appliquer à l'entrée de RNA les paramètres pertinents du canal extrait représentant le nombre réduit d'entités à l'entrée de RNA. Enfin, une exploration est effectuée pour trouver la meilleure configuration de couches cachées et de facteurs d'étalement pour les réseaux Perceptron multicouche (MLP) et Réseaux de neurones à régression générale (GRNN), respectivement.  ABSTRACT: In this research, the Channel State Information (CSI) is leveraged to locate mobile stations in an indoor environment. For this purpose, two laptops equipped with the off-the-shelf Intel Wi-Fi Wireless Link 5300 (NIC card) are used. CSI information is collected by establishing a wireless connection between two machines over 200, 70 and 52 reference points (RP) on sixth, fifth, and third floors respectively, in Lassonde building of Polytechnique Montreal as the experimental testbed. Different geolocation approaches are investigated and compared with each other in terms of location accuracy and precision. In the first approach, the collected CSIs are directly fed to the artificial neural network (ANN) as input features and the learned ANN is used as the patternmatching algorithm in order to predict the user's location. The second approach consists in applying at the input of the ANN the extracted channel relevant parameters representing the reduced number of features at the input of ANN. Finally, exploration is performed to find the best configuration of hidden layers and spread factors for Multilayer Perceptron (MLPs) and General Regression Neural Networks (GRNNs), respectively.


identifier: Béland, T. (2020). Improving the seismic robustness of Conventional Construction concentrically braced steel frames by mobilizing the gravity load framing system  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Canada, le processus de conception de systèmes de reprise des charges sismiques (SRFSs) en acier de faible ductilité de type Constructions Conventionnelles (Type CC) ne demandent pas de conception par capacité et la majorité de la conception peut être effectuée rapidement avec des résultats d'analyses élastiques. Cette méthode de conception simple et rapide représente un grand incitatif aux ingénieurs de conceptions pour choisir ce système. La ductilité limitée de ce système provient de la ductilité inhérente à l'acier et au glissement des connexions pour accommoder les déformations inélastiques et dissiper l'énergie sismique. Le manque de contrôle sur la réponse inélastique et sur la hiérarchie de plastification peut créer des mécanismes de ruine indésirables comme un étage faible ou des ruptures fragiles dans le SRFS.  ABSTRACT: In Canada, the design process of steel low-ductility Conventional Construction (Type CC) seismic force resisting systems (SFRSs) does not require capacity design and most of the design can be performed quickly based on elastic analysis results. This quick and simple design procedure represents a strong incentive to design engineers for selecting this type of SFRSs. The limited ductility of this system is provided by the inherent ductility of steel and slip in connections to accommodate inelastic deformations and dissipate the seismic energy. The lack of control on the inelastic response and yielding hierarchy can lead to undesirable failure mechanisms such as a soft story or brittle failures in the SFRS.


identifier: Fradj, B. (2019). Implémentation d'une mémoire cache supportant la recherche IP  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La croissance explosive du trafic Internet a été accompagnée d'une croissance exponentielle de la bande passante des liens de transmission des équipements de traitement de données, à savoir les routeurs, rendue possible par le déploiement de la fibre optique. Les routeurs sont devenus le principal goulot d'étranglement du traitement des paquets circulant dans le réseau. L'implémentation matérielle permet aux routeurs de satisfaire les exigences de performance d'un routeur à haute vitesse en exploitant l'abondant parallélisme disponible dans le traitement des paquets. Les ASIC (« Application-Specific Integrated Circuits »), qui sont des circuits intégrés spécialisés, sont alors utilisés pour leur performance. Ces circuits induisent cependant des coûts : comme les routeurs sont construits à partir de matériel spécialisé, ce sont des périphériques à fonction fixe qui ne peuvent pas être programmés. Beaucoup d'efforts et de travaux ont été réalisés afin de rendre les ASIC plus programmables, cependant, cela est encore insuffisant pour exprimer de nombreux algorithmes. Dû à la nécessité de mieux contrôler les opérations du réseau et à la demande constante d'offrir de nouvelles fonctionnalités, la contrainte de la programmabilité des routeurs est devenue aussi importante que la performance. Les routeurs logiciels sont considérés plus appropriés dans le contexte où la programmabilité prime sur la performance et ils peuvent bénéficier d'une performance intéressante, comme l'incarnent les processeurs de réseau. Les processeurs réseau utilisent des accélérateurs matériels pour implémenter des fonctions spécifiques comme l'utilisation des mémoires TCAM (« Ternary Content Addressable Memory ») pour effectuer des recherches de types LPM (« Longest Prefix Match »), nécessaires pour la transmission des paquets. La TCAM satisfait le requis de débit exigé par le LPM, qui est le facteur de performance le plus limitant dans la transmission de paquets au vu de sa complexité, et elle s'est imposée comme la solution standard dans l'industrie. Cependant, elle présente des inconvénients graves : sa consommation d'énergie élevée, sa faible flexibilité (opérations de mise à jour lente) et son coût financier (coût par bit plus élevé par rapport aux autres types de mémoire). La consommation d'énergie de la TCAM est critique dans les routeurs, qui ont des budgets de puissance énergétique limités.  ABSTRACT: The Internet's traffic growth has been accompanied by an exponential growth in the bandwidth of the data processing equipment transmission links, made possible by the deployment of optical fiber. Routers have, therefore, become the main bottleneck in the packets processing speed across the network. The hardware implementation allows routers to meet performance requirements of a high-speed router by exploiting the abundant parallelism available in packet processing. ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) are specialized integrated circuits used for their performance, but they have a cost: as routers are built from specialized hardware, they are fixed-function devices that do not cannot be programmed. Much effort and work has been done to make ASICs more programmable, however, this is still insufficient to express many algorithms. Due to the need to better control network operations and the constant demand to support new features, the constraint of router programmability has become as important as performance. Hardware specification is the only way to achieve performance requirements for high-speed routers, however some contexts involve high computing requirements with lower link speeds. Software routers are considered more appropriate in the context where programmability takes precedence over performance and can benefit from interesting performance, as incarnated by network processors. Network processors use hardware accelerators to implement specific functions like TCAM (Ternary Content Addressable Memory) memories to perform LPM (Longest Prefix Match) lookup, required for packet transmission. The TCAM meets the speed required by the LPM, which is the most limiting performance factor in packet transmission due to its complexity, and has been an effective standard in the industry. However, TCAMs have some serious disadvantages: their high-power consumption, their poor scalability and their higher cost per bit compared to other memory types.  The motivation of our work is to explore the concept of a generalized cache memory that can support the LPM. The on-chip memory of a network processor acts as a cache memory and is implemented using SRAM technology (Static Random-Access Memory) which is a much less expensive memory than TCAM memory. In order to speed up LPM lookup, the cache memory stores the prefixes consulted recently, in order to reduce the access time to the routing table. In this thesis, an architecture is proposed which relies on associative memories implemented by hash functions.


identifier: Bordim, A. S. (2019). Les dimensions de l'expérience utilisateur dans les patrons de conception de jeux vidéo  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les jeux vidéo sont sur tous les écrans : de la télé du salon jusqu'au téléphone intelligent que nous avons tout le temps avec nous. Les jeux sont un type particulier de logiciel orienté vers le divertissement et le plaisir, contrairement aux applications qui sont orientées vers des tâches dites sérieuses. L'importance de l'expérience utilisateur (EU) est incontestable dans les jeux vidéo. En effet, l'EU ou plus précisément l'expérience joueur (EJ) est la raison d'être des jeux vidéo car l'objectif principal de ces derniers est de provoquer des émotions chez le joueur. Afin d'atteindre cet objectif, la conception des jeux mélange plusieurs ingrédients comme les mécaniques de jeux, l'interaction avec l'interface, l'esthétique, la qualité graphique, la musique, etc. En somme, pour les concepteurs, les défis sont nombreux face aux problèmes de conception de systèmes complexes comme les jeux vidéo. Dans la conception des interfaces humain-ordinateur (IHO), les patrons de conception (PC) sont utilisés pour documenter les meilleures solutions aux problèmes récurrents de conception. Il en est de même pour les IHO des jeux vidéo. Étant donné l'importance de l'EJ dans la conception de jeux, on s'attend à ce que les dimensions (ou composantes) de l'EJ soient documentées dans les PC de jeux. La présence des dimensions de l'EJ dans les PC peut influer sur les décisions des créateurs de jeux lors de la résolution de problèmes de conception. Ainsi, les objectifs de notre travail de recherche sont de : (a) identifier les dimensions de l'EJ présentes dans les PC, le cas échéant; (b) évaluer la force de cette présence; et (c) savoir s'il est pertinent d'ajouter les dimensions de l'EJ dans les PC lorsque celles-ci sont considérées comme absentes. Pour réaliser notre recherche, nous avons d'abord fait une revue de littérature sur les PC. Celle-ci est divisée en deux sections. La première porte sur l'origine, l'utilité et les avantages de l'utilisation des patrons dans la conception de systèmes informatiques. La deuxième section traite de l'EJ dans les jeux et des modèles d'EJ. Parmi les modèles d'EJ étudiés, nous avons choisi le modèle Playability (Sánchez, Vela, Simarro, & Padilla-Zea, 2012) comme base d'évaluation des PC. Ce modèle est composé de sept dimensions : l'efficacité, l'apprentissage, l'immersion, la satisfaction, la motivation, l'émotion et la socialisation. Chaque dimension comporte un certain nombre d'attributs pour un total de 29 attributs. Par la suite, nous avons fait un inventaire des collections de PC des jeux vidéo et avons choisi la collection de PC de GDP3 (Björk, 2019) parce qu'elle comprend 606 patrons de jeux et que leur description est très détaillée. Nous avons extrait un échantillon de 38 PC à partir de la collection GDP3. Nous avons choisi les patrons de l'échantillon en tenant compte des différentes catégories des patrons de la collection (patrons d'action, patrons de personnage, patrons dynamiques, etc.). Nous avons formulé deux hypothèses : la première stipule que les dimensions de l'EJ, à travers leurs différents attributs, sont présentes dans les PC; la deuxième stipule que les spécialistes des IHO proposent d'ajouter les dimensions de l'EJ dans les PC lorsqu'elles sont absentes. Dans le but de tester ces hypothèses, nous avons posé deux questions à des juges. La première porte sur la présence des attributs de chaque dimension dans la description du PC et s'ils sont présents, sur l'évaluation du degré de présence de l'attribut (sur une échelle de Likert en cinq points). La deuxième question, qui n'est posée que si l'attribut de la dimension est absent du PC, porte sur la pertinence d'ajouter cet attribut dans la description du patron. Deux spécialistes en IHO, qui sont aussi des adeptes de jeux vidéo, ont participé à notre recherche à titre de juges et ont évalué les patrons de façon indépendante. Nous avons calculé le facteur kappa d'accord inter-juges pour chaque question. Les valeurs de kappa varient de - 0,03 à 0,71 par patron pour la question 1, et de - 0,02 à 0,71 par patron pour la question 2. Tenant compte des résultats du calcul du kappa, nous nous sommes concentrés sur les patrons pour lesquels l'accord inter-juges était modéré (k > 0,4) ou substantiel (k > 0,6), ce qui a réduit l'échantillon à 15 PC. Parmi les 15 PC de l'échantillon, 12 patrons (80%) comprennent chacun au moins une des sept dimensions du modèle Playability dans leurs descriptions; trois patrons ne comprennent donc aucune dimension de l'EJ. Les taux de présence des sept dimensions de Playability dans les 12 PC sont les suivants : Motivation (9 PC sur 15, ou 60 % de l'échantillon), Immersion (8 PC, 53 %), Efficacité (7 PC, 47 %), Apprentissage (5 PC, 33 %), Satisfaction (3 PC, 20 %), Émotion (3 PC, 20 %) et Socialisation (1 PC, 7 %). Les résultats tendent à confirmer l'hypothèse 1 puisque 80% des patrons (12 sur 15) comportent une ou plusieurs dimensions de l'EJ dans leurs descriptions. Cela dit, il y a de fortes différences entre les nombres de dimensions de l'EJ impliquées dans les PC, il faut tenir compte du fait les résultats sont basés sur 12 PC seulement, et le faible nombre de PC retenus ne nous a pas permis de faire des tests statistiques. Les résultats montrent aussi que dans les trois PC ne comprenant aucune dimension de l'EJ et dans un autre PC comprenant quelques dimensions de l'EJ, les deux juges estiment que des dimensions de l'EJ sont manquantes et devraient être ajoutées aux PC. Il s'agit des dimensions suivantes : Satisfaction (1 PC sur 15, ou 7 % de l'échantillon), Socialisation (1 PC, 7 %) et Motivation (2 PC, 13 %). Bien que basés sur quatre PC sur 15 (27% de l'échantillon) seulement, les résultats tendent à montrer, conformément à l'hypothèse 2, que les juges veulent ajouter les dimensions jugées manquantes aux PC. Cette recherche ouvre des pistes d'amélioration des PC des jeux vidéo, notamment en ce qui concerne l'intégration harmonieuse des dimensions de l'EJ dans les patrons de façon à ce que la nouvelle description des PC soit facilement compréhensible et utilisable par les concepteurs, et l'explication de l'impact de la solution proposée par le patron sur l'EJ lorsque cet impact est connu. La recherche soulève la question du nombre et du choix des attributs des dimensions qu'il est pertinent d'intégrer dans différents PC en tenant compte des sujets sur lesquels ils portent, et la question du coût d'intégration des dimensions de l'EJ dans plusieurs centaines de patrons de jeu. Une prochaine étude pourra évaluer si l'intégration de l'EJ dans les PC a un impact positif sur la conception des jeux vidéo.  ABSTRACT: Video games are present on all screens: from the Television sets in our living rooms to the smartphone that we have with us all the time. Unlike other applications that are often oriented towards productivity, video games are a particular type of software oriented towards entertainment and pleasure. The importance of user experience (UX) in games is therefore indisputable. The main goal of games is to provoke emotions in players, the UX, or more precisely the player experience (PX), is a games' raison d'être. With this goal in mind, game designers must successfully combine many ingredients such as game mechanics, interface interaction, aesthetics, graphics, music, etc. In short, designers must overcome several challenges and problems while creating complex systems in the form of video games. In Human-Computer Interfaces (HCI), design patterns (DP) are used to document the best solutions to recurrent design problems, and this approach is also used in the HCI of video games. Because of the importance of PX in game design, aspects linked to PX should be documented in the game design patterns. The presence or absence of PX dimensions in the DP can affect the decision of game creators when solving design problems. The objectives of our research are: (a) to identify the presence of PX dimensions in the DP; (b) to evaluate the strength of this presence; (c) to determine whether adding absent dimensions to the DP is necessary. To achieve these objectives, we divided the literature review on DP into two sections. The first one concerns the origin, utility and benefits of using patterns in the design of information systems. The second one provides an overview of the player experience in games and some PX models. Among the PX models studied, we selected Playability (Sánchez et al., 2012) as a guideline to assess the DP. This model is composed of seven dimensions: Effectiveness, Learnability, Immersion, Satisfaction, Motivation, Emotion and Socialization. Each dimension has a certain number of attributes, totaling 29 attributes for all dimensions. After making an inventory of video game DP collections, we chose the GDP3 collection (Björk, 2019) as the object of study since it has 606 patterns of gameplay, with a very detailed description for each of them. We extracted 38 DP as samples from the GDP3 collection, based on different categories in the collection, like Action Patterns, Character Patterns, Dynamic Patterns, etc. We formulated two hypotheses: the first one stipulates that the PX dimensions, through their attributes, are presented in the DP; the second one stipulates that HCI specialists will want to add the PX dimensions if they are considered as missing in the DP. In order to assess the presence of PX dimensions in the DP, we asked two questions. The first one is whether each PX attribute is present in the pattern description; a Likert scale with five points was used to measure their presence. The second question, complementary to the first, asks if an absent attribute should be added to the DP description. Two HCI specialists and video game players were invited to participate as judges in our research, and they scored the presence of the attributes independently. For each pattern, we calculated the Cohen's kappa interrater agreement based on the score of the judges. The kappa values of the sample varied from - 0.03 to 0.71 for the first question, and from - 0.02 to 0.71 for the second question. For the qualitative analyses, we considered only the pattern with a moderate (k> 0.4) or substantial interrater agreement (k> 0.6). As a result, the sample was reduced to 15 patterns. With the data from the judges, we were able to assess the presence of dimensions in the DP sample. First, within the 15 DP samples, 12 of them have at least one of the model dimensions in their descriptions; 3 patterns do not have any PX dimension. Indeed, the presence rates of the seven Playability dimensions in the DP are: Motivation (9 DP of 15; or 60% of the sample), Immersion (8 DP; 53%), Effectiveness (7 DP; 47%), Learnability (5 DP; 33%), Satisfaction (3 DP; 20%), Emotion (3 DP; 20%) and Socialization (1 DP; 7%). This tends to confirm our first hypothesis about the PX dimensions in the patterns, as the 12 DPs show (80% from the 15 DP sample). Then, the results point 4 patterns of the 15 DP sample wherein PX dimensions are considered as missing, those dimensions are: Satisfaction (1 DP of 15; or 7% of the sample), Socialization (1 DP, 7%) and Motivation (2 DP, 13%). Although a small number of patterns miss the dimensions, we identify a tendency, in accordance with the second hypothesis, where the judges want to add the missing dimensions. The results reveal new opportunities to improve video game design patterns, like integrating the PX dimensions into the patterns description, or exposing the impact of the pattern solution on the PX. Future research should investigate how to better integrate PX dimensions into game patterns and whether patterns combining gameplay with PX dimensions have a significant impact on video game design.


identifier: Ohadi, S. (2020). Seismic demands within gravity dams and appurtenant structures including reservoir and rock foundation effects  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire vise à étudier les effets des fondations sur les sollicitations sismiques au sein des barrages poids et des structures connexes à l'aide d'analyses par éléments finis. À cette fin, des composantes sismiques horizontales et verticales sont appliqués aux systèmes barrage-réservoir-fondation pour évaluer les effets de l'interaction sol-structure sur les spectres de plancher des accélérations horizontale et verticale, représentant les accélérations maximales des structures annexes au barrage. Le système barrage-réservoir-fondation est modélisé en utilisant des éléments finis solides bidimensionnels (2D), incluant des éléments spéciaux assurant l'interaction fluide-structure à l'interface barrage-réservoir, et des conditions aux limites absorbantes, i.e. amortisseurs visqueux de Lysmer-Kuhlemeyer, aux limites inférieures et latérales du domaine modélisé de la fondation du barrage.  ABSTRACT: This research aims at investigating rock foundation effects on the seismic demands with concrete gravity dams and their appurtenant structures using finite element analyses. For this purpose, horizontal and vertical seismic components are applied to dam-reservoir-foundation systems to evaluate the effects of soil-structure interaction on both horizontal and vertical acceleration floor spectra, representing maximum acceleration response experienced by dam appurtenant structures.The dam-reservoir-foundation system is modelled using bidimensional (2D) solid finite elements, including fluid-structure interaction special elements at the dam-reservoir interface, and absorbing boundary conditions, i.e. viscous Lysmer-Kuhlemeyer dampers, at the bottom and lateral boundaries of the dam foundation domain. The mass of the dam foundation is included in the finite element models.


identifier: Hébert, A. (2019). Transmetteur d'énergie sans fil à haute puissance pour la recharge d'appareils électroniques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La majorité des appareils utilisés dans notre quotidien fonctionnent avec une batterie qu'il faut recharger, sans quoi ils doivent être branchés au mur. Depuis peu, nous sommes en mesure d'utiliser ces appareils sans devoir les recharger avec un fil, mais en les posant simplement sur une surface qui transmet de l'énergie par le biais d'un champ magnétique ce qui permettrait d'augmenter leur mobilité. Les systèmes de transfert d'énergie sans fil font de plus en plus leur entrée sur le marché. Cependant, la majorité des systèmes existants ont plusieurs limitations. Ils transmettent de faibles puissances sur de très courtes distances, et ce, à un seul appareil à la fois, qui doit être positionné d'une façon spécifique. De plus ces chargeurs sont souvent à un prix trop élevé par rapport aux chargeurs avec fil, qui sont, pour l'instant, bien plus efficaces. En utilisant des circuits résonants et une fréquence plus élevée, par exemple, de 6,78 MHz, il est possible d'améliorer tous ces aspects afin de réaliser des produits plus performants et attrayants pour les utilisateurs. C'est l'un des buts de la compagnie avec laquelle le projet de maîtrise est réalisé. L'objectif principal de ce projet est de développer un programme de simulation permettant d'optimiser la forme de bobines dans un système de transfert d'énergie sans fil fonctionnant sur une grande surface et avec une puissance de plus de 30 W. La recherche est axée plus particulièrement sur la topologie et les composantes du circuit résonant, ainsi que sur la forme de la bobine. Le code de simulation créé permet à l'entreprise de simuler des bobines et d'avoir une idée assez précise de leurs caractéristiques, et cela, sans devoir les fabriquer ou utiliser un logiciel d'éléments finis, qui est trop coûteux en temps pour être commode d'utilisation. Ainsi, les bobines qui seront utilisées pour les produits sont celles qui offrent de meilleures performances selon les calculs effectués par le code. Afin de réaliser l'objectif du projet, on utilise le logiciel de programmation Python. Le code de simulation développé permet de créer des bobines et de les caractériser, c'est-à-dire de calculer leurs inductances propres et mutuelles ainsi que leurs résistances. Le calcul d'inductances est fait avec une version numérique de la formule de Neumann. On peut ensuite en déduire la valeur des condensateurs à utiliser pour syntoniser le circuit résonant ainsi que le facteur de qualité des bobines. Les valeurs des caractéristiques sont ensuite utilisées dans un simulateur de circuits qui calcule la tension en tout point du circuit et le courant traversant chaque composante. Ainsi, on peut déterminer la puissance et l'efficacité du transfert d'énergie.  ABSTRACT: Most of the devices used daily are battery powered and need to be charged with an electric wire. These wires greatly limit the mobility of our devices. It is now possible to use our device without connect them to any wire and only by being close to a wireless charger transmitting energy with a magnetic field. Currently, the wireless power transfer system on the market can charge only one device at a time at low power, at a distance of less than a few centimetres and the device needs to be well positioned. The price of those chargers is also too high to be competitive in comparison to regular chargers with wire, which are also more efficient than the wireless ones. It is a necessity to improve the transmission power, the distance of charge and the number of devices that can be charged simultaneously while respecting the magnetic and electrical field restrictions for the human body. To achieve that, we can use a resonant circuit at higher frequency (e.g. 6,78 MHz). This is the main goal of SINAP Interaction Inc., the company with which this master of research project is realized. The main objective of the project is to create a simulation code that optimizes the shape of the transmitter and receptors, to have an uniform charging surface transmitting more than 30 watts. The research is done mostly on the system's topologies, the choice of components and the shape of the coils. With the simulation code, the company can propose coils and characterize them without the need of creating them physically or using the Finite Element Method (FEM), two ways which are time consuming. By calculating the coil caracteristics before the conception, it improves the coils and their transfer efficiency. The first step is to create a coil and to develop a method to calculate the self and mutual inductance of coils which can have any shape. To calculate those inductances, a numerical version of the Neumann formula is used. It is also necessary to calculate other characteristics such as the resistance of the coil. Then we can deduct the capacity needed in the resonant circuit. That information is used in another part of the code, the circuit simulator. It allows us to find the voltage and current at all points in the circuit which leads to the value of the power and efficiency transmitted. The circuit simulator can give results as a function of the time or frequency. The code also calculates the magnetic and electric fields in a user-defined volume.


identifier: Maaref, A. (2019). Prediction of Chemotherapy Response of Liver Metastases from Baseline CT-Images Using Deep Neural Networks  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les pays développés, le cancer colorectal est reconnu comme étant la deuxième cause la plus importante de mortalité liée au cancer. La chimiothérapie est considérée comme un traitement standard pour les métastases colorectales du foie (MCF). Parmi les patients qui développent des MCF, l'évaluation de la réponse du patient au traitement de chimiothérapie est souvent requise pour déterminer le besoin d'une chimiothérapie de seconde ligne, ainsi qu'une éligibilité à la chirurgie. Toutefois, tandis que les régimes basés sur un régime dénommé FOLFOX sont typiquement utilisés pour le traitement de la MCF, l'identification de la sensibilité du patient reste difficile. Les systèmes de diagnostic assistés par ordinateur peuvent fournir de l'information supplémentaire sur la classification des métastases du foie identifiées au niveau des images de diagnostic. Du aux quelques difficultés que rencontrent les radiologues pour distinguer, à l'oeil nu, les lésions traitées des lésions non-traitées, nous proposons dans cette étude un système automatisé basé sur les réseaux profonds convolutifs (RPC). Dans un premier lieu, ces réseaux profonds différencient les lésions traitées des lésions non-traitées, pour ensuite identifier les nouvelles lésions apparaissant sur les tomodensitométries. Ensuite, un réseau de neurones dense émet une prédiction, à partir des lésions non traitées visibles sur les tomodensitométries de prétraitement pour les patients à MCF sous chimiothérapie, sur leur réponse au régime spécifique de chimiothérapie. Dans ce contexte, la référence pour l'évaluation de la réponse au traitement pour le régime approprié de chimiothérapie était le degré de régression de la tumeur en histopathologie. La méthode adoptée dans cette étude nous a aidé à adresser les trois grands objectifs de ce projet de recherche. La première étape était de développer un système automatique de classification des tumeurs traitées et non-traitées à partir des tomodensitométries de patients. La deuxième étape a été de concevoir une nouvelle approche pour prédire la réponse au traitement FOLFOX qui utilise le médicament Bevacizumab en tant que traitement de première ligne. La troisième étape était de prédire le pourcentage de changement volumétrique de la tumeur suivant deux moments temporels consécutifs. Les algorithmes d'intelligence artificielle (IA), et les approches d'apprentissage profond en particulier, ont montré des progrès prometteurs en vision par ordinateur ainsi qu'en traitement d'images. Il existe de nombreuses applications en analyse d'images médicales qui utilisent des réseaux profonds convolutifs pour propulser ces progrès en avant le plus rapidement possible. En pratique, les radiologues et lesmédecins évaluent les images médicales visuellement pour le diagnostic, la détection, la récurrence, le suivi et la caractérisation des maladies. Les méthodes d'apprentissage profond sont souvent supérieures pour la reconnaissance automatique de structures complexes à partir d'images, et quantifier l'évaluation de propriétés et caractéristiques radiographiques.  ABSTRACT: In developed countries, colorectal cancer is known as the second cause of cancer-related mortality. Chemotherapy is considered a standard treatment for colorectal liver metastases (CLM). Among patients who develop CLM, the assessment of patient response to chemotherapy is often required to determine the need for second-line chemotherapy, and eligibility for surgery. However, a drug regimen known as FOLFOX are typically used for CLM treatment, the identification of responsive patients remains elusive. Computer-aided diagnosis systems may provide insight into the classification of liver metastases identified on diagnostic images. Due to some difficulties for radiologists to distinguish between treated and untreated lesions from the naked eyes, in this study, we propose a fully automated framework based on deep convolutional neural networks (DCNN) which first differentiates treated and untreated lesions to identify new lesions appearing on CT scans, followed by a fully connected neural network to predict from untreated lesions in pre-treatment computed tomography (CT) for patients with CLMundergoing chemotherapy, their response to the specific chemotherapy regimen. In this respect, the ground truth for assessment of treatment response for proper chemotherapy regimen was histopathology to determine the tumor regression grade (TRG). The adopted method in this study helped us to address the three main research objectives. The first step is to develop an automated framework for the classification of treated and untreated tumors based on the patient's CT images. The second step is to design a new approach for the prediction of response to FOLFOX regimens with Bevacizumab agents as the first-line of treatment. The third step is to predict the percentage of the tumor volume change following two consecutive exams. Artificial intelligence (AI) algorithms, particularly deep learning approach, have shown very astonishing progress in computer vision and image processing tasks. There are several applications in the medical image analysis area which use DCNN to propel these methods forward as quickly as possible. In practice, radiologists and physicians attempt to assess visually medical images for diagnosis, detection, recurrence, monitoring, and characterization of diseases. Deep learning methods surpass at the recognition of complicated patterns from imaging data automatically and quantify the assessment of radiographic features and characteristics.


identifier: Faucheux, P. (2019). Simulating Shot Peen Forming with Eigenstrains  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les tôles d'aluminium qui couvrent les ailes de la plupart des avions sont mises en forme par grenaillage. Ce procédé consiste à bombarder une tôle avec un jet de billes d'acier, de verre, ou de céramique dont le diamètre excède rarement un millimètre. Lorsqu'une bille frappe la tôle, elle comprime le matériau dans la direction normale à la surface et l'étire dans la direction parallèle à la surface. Pour accommoder ces déformations, la tôle s'alonge et plie. Lorsque combiné à un choix judicieux des conditions de grenaillage, cet e˙et permet de donner à une tôle initialement plane une forme complexe. Bien que plusieurs modèles du procédé aient été proposés dans la littérature, tous doivent être calibrés dans des conditions proches de celles utilisées en production, ce qui limite leurs capacités prédictives. Par conséquent, la plupart des séquences de grenaillages sont, encore aujourd'hui, développées par essai-erreur. Cette thèse vise à développer de nouveaux outils pour simuler et optimiser la mise en forme par grenaillage. Tous les développements présentés reposent sur le concept d'eigenstrains (déformations libres) où l'e˙et du grenaillage est modélisé par une expansion permanente des couches superficielles de matière. Dans un premier temps, on rappelle comment identifier ces eigenstrains à partir de mesures réalisées sur de petits coupons représentatifs, puis, comment les transférer vers des modèles éléments finis de grandes structures pour estimer contraintes résiduelles et déformations induites par grenaillage. On présente ensuite les résultats d'une campagne expérimentale lors de laquelle trente-six tôles d'aluminium 2024–T3 de 4.9 mm d'épaisseur et de longueur comprise entre 1 et 0.5 m ont été mises en forme. Toutes les tôles ont été grenaillées uniformément sur une face avec le même traitement. Certaines étaient libres de se déformer tandis que d'autres étaient précontraintes dans un montage de flexion 4-points. L'une des principales conclusions est que, pour les géométries considérées, les contraintes résiduelles de présentes avant grenaillage comme celles induites par le traitement thermique T3 peuvent, même si elles sont de faible amplitude, a˙ecter significativement la forme finale des tôles. On montre également comment une instabilité élastique explique que certaines tôles adoptent une déformée ‘sphérique', avec la même courbure dans toutes les directions, alors que d'autres adoptent une déformée ‘cylindrique', avec une courbure dans une seule direction. Enfin, on montre comment la procédure de simulation proposée peut être couplée à des algorithmes d'optimisation usuels pour déterminer automatiquement des séquences de grenaillages permettant de fabriquer une géométrie imposée. Bien qu'elles ne soient validées que sur des plaques rectangulaires d'épaisseur uniforme, les procédures proposées peuvent être adaptées à d'autres géométries et traitements de surface, par exemple le grenaillage laser.  ABSTRACT: Aluminum skins that cover the wings of most aircraft are usually shaped using shot peen forming. The process consists in bombarding the initially flat skins with a stream of hard shot—usually steel sphere about one millimeter in diameter—in order to plastically deform a thin layer of material. In this layer, repeated impacts compress the material in the direction normal to the surface and stretch it in the direction tangent to the surface, and the strain incompatibility with the underlying material that results causes the whole skin to deform. When faced with a new design, process engineers can control the type of shot, the intensity of the treatment, and which areas to peen to achieve the desired shape. However, because of a lack of robust models of the process, peening sequences are still being developed by trial and error, which often requires scrapping several parts before finding an appropriate sequence. This thesis aims at developing simulation procedures to predict the final shape of metal sheets subjected to known peening treatment. The proposed strategy relies on the concept of eigenstrains (stress-free strains) to model peening induced loads as permanent growth in the peening a˙ected layer. First, we show how to identify these loads experimentally from limited strain and residual stress measurements performed on small representative coupons. Once identified, the loads are mapped onto finite element models of larger parts to compute distortions. This approach is then used to analyze the results of peen forming experiments conducted on 4.9 mm thick and about 1 m long rectangular 2024–T3 aluminum sheets of various aspect ratios uniformly shot peened on one face with the same low intensity treat-ment. Some specimens were free to deform during peening while others were elastically prestressed in a four-point bending jig. Our results show that the progressive deformation of unconstrained specimens amounts to an externally applied prestress and that constraining conditions significantly a˙ect the shape of peen formed parts. We also found that, for the ge-ometries and peening treatment investigated, low intensity initial stresses present in the spec-imen did control the direction along which the specimens preferentially bent. Furthermore, we clarify how an elastic instability causes uniformly shot peened plates to transition from spherical to cylindrical deformed shape as the intensity of the treatment is increased. Finally, we demonstrate how the proposed simulation procedure can be interfaced with o˙-the-shelf optimization algorithms to automatically identify peening patterns and process parameters required to form metal sheets into desired target shapes. Although validation is limited to rectangular aluminum sheets of uniform thickness, the proposed approach is generic and can be adapted to other geometries and surface treatments, such as laser peening.