identifier: Tardif-Drolet, M. (2018). Encadrement législatif et réglementaire de la valorisation des résidus miniers hors site au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La valorisation est promue par la communauté scientifique et le gouvernement québécois comme une méthode permettant de réduire la quantité de résidus miniers en surface. Certaines avenues de valorisation permettent même de vendre le résidu comme matière première sur le marché et ainsi de générer des revenus supplémentaires. Or, la prudence est de mise pour éviter que les produits issus de la valorisation des résidus miniers ne deviennent de futurs polluants à court ou à long terme. Un projet de valorisation des résidus miniers hors site doit donc être réalisé en considérant non seulement les viabilités technique et économique, mais également environnementale. La démonstration de ces trois aspects de la viabilité est requise pour obtenir les autorisations nécessaires du législateur, synonyme de viabilité législative. La revue de littérature montre que beaucoup de publications portent sur la viabilité technique alors que peu se consacrent spécifiquement à l'encadrement de la valorisation des résidus miniers. Cela peut expliquer en grande partie la forte variation observée dans les pratiques et les produits issus de la valorisation des résidus miniers d'une région ou d'un pays à l'autre. L'objectif principal de ce mémoire est d'analyser les lois et règlements applicables aux activités de valorisation des résidus miniers hors site au Québec. Cette étude montre que l'encadrement législatif et réglementaire de la valorisation des résidus miniers, tout comme celui de la gestion des résidus miniers, repose principalement sur le droit de l'environnement. Québec et Ottawa se partagent les compétences en cette matière, mais c'est surtout au palier provincial que s'exerce l'encadrement de la gestion des résidus miniers. Le principe du Gentlemen's agreement est central dans l'esprit de la Loi sur la qualité de l'environnement (LQE) du Québec et donc dans la formulation et l'exercice de la valorisation des résidus miniers. La centralisation de l'information relative à l'encadrement législatif et réglementaire serait bénéfique pour les promoteurs de projets et faciliterait l'application de la Loi. Les tests de lixiviation utilisés comme tests statiques pour les fins du Règlement sur les matières dangereuses (RMD) devraient être actualisés afin de conserver leur pertinence; c'est notamment le cas de la Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). Des tests de prédiction à long terme devraient être incorporés, tels que l'essai en colonne. Il est préférable que les promoteurs de projets de valorisation des résidus miniers contactent les représentants du MDDELCC de leur région avant de déposer une demande d'autorisation afin de permettre un échange d'information pouvant faciliter la réalisation du projet et la production de documents visant à le légitimer. Des normes, comme CAN/CSA-A3000-F13 – Compendium des matériaux liants, utilisées dans l'industrie dela construction, et des règlements municipaux limitent la viabilité législative de nouveaux types de liants, dont les liants produits à l'aide des technologies des matériaux d'activations alcalines et des géopolymères, à partir de résidus miniers. Il serait pertinent de rendre obligatoire pour tout promoteur l'analyse du potentiel de valorisation des résidus miniers au même titre que celle de l'impact sur les changements climatiques. Il faudrait miser sur le caractère évolutif de la LQE pour adapter l'encadrement des projets de valorisation des résidus miniers. La pratique de la valorisation hors site nous amène à reconsidérer la notion voulant que les résidus miniers ne quittent pas le site d'exploitation tel qu'on le présumait lors de l'implantation de la LQE. Aujourd'hui, certaines avenues de valorisation viennent même remettre en question l'applicabilité de normes techniques. Les législateurs peuvent cependant miser sur le principe du Gentlemen's agreement et sur la contribution de la communauté scientifique pour permettre à la LQE d'évoluer selon les besoins de l'industrie et de la société.  ABSTRACT: Beneficiation or valorization of mining wastes is promoted by the scientific community and the Quebec government as a method allowing the reduction of surface mining wastes. Under certain circumstances, those wastes can even be sold as raw materials on the market, thus providing a supplementary revenue stream. Care must be taken to avoid turning the products derived from the mining wastes into toxic materials in the short or long term. An off-site mining waste beneficiation project must be performed by considering not only its technical and economic viability, but also its environmental viability. These three aspects of viability must be demonstrated to obtain the lawmaker's approval. A literature review on the subject shows that there is a lot of research and publications on the technical viability but there is a lack of specialized publications about the guidance on mining waste beneficiation. The main goal of this master thesis is to analyze the applicable law and regulation regarding the off-site mining waste beneficiation activities in the province of Quebec. This study demonstrates that the main legislative and regulatory framework relating to mining waste beneficiation as well as to mining waste management is based on environmental law, which is a shared jurisdiction between Quebec and Ottawa. However, the majority of the mining waste management framework is performed at the provincial level. The Gentlemen's agreement principle is central to the Environment Quality Act (EQA) and this is reflected in the wording and practices of the mining waste beneficiation. Information centralization relative to the mining beneficiation legislative framework would be beneficial to project promoters and would facilitate enforcement work. Soil leaching tests used to comply with the Regulation respecting hazardous materials (Règlement sur les matières dangereuses), such as the static TCLP (standing for “toxicity characteristic leaching procedure”) tests, should be updated in order to remain relevant. Long-term prediction tests such as the leaching column tests should be included. It is advisable that mining waste beneficiation project promoters contact their region MDDELCC representatives before requesting an authorization in order to allow for an exchange of information that could facilitate the project realization and the production of documents aimed at legitimizing the project. Some standards, such as CAN/CSA-A3000-13 – Cementitious Materials Compendium, used in the construction industry, and municipal regulations, limit the legislative viability of new types of binders such as those derived from mining waste materials using alkali activation materials technologies and geopolymers. Making mandatory the analysis of the potential of e mining waste beneficiation, in the same way as the analysis of the impact of climate change, would be relevant. We should capitalize on the evolving nature of the EQA to adapt the framework to the mining waste beneficiation projects. The practice of off-site beneficiation challenges the notion that mining wastes are not leaving their exploitation site as presumed when the EQA was implemented. Some avenues of beneficiation even challenge the applicability of technical standards. Legislators can, however, rely on the principle of the Gentlemen's agreement and the contribution of the scientific community to allow the EQA to evolve according to the needs of the industry and the society.


identifier: Li, X. (2019). ERGO4ALL : Validation d'un algorithme d'analyse des postures et applications de force  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'émergence des nouvelles technologies de réalité virtuelle a ouvert un nouveau domaine d'application qu'est l'ergonomie virtuelle permettant d'effectuer une évaluation ergonomique de manière proactive dans un environnement de travail virtuel à l'aide du mannequin numérique. Cependant, les outils actuels de DHM (Digital Human Modeling) sont difficiles à maîtriser nécessitant beaucoup de temps et un effort de formation important pour en arriver à une utilisation efficace. Dassault Systèmes (3DS) planifie la mise en marché dès 2019 d'une nouvelle application «Ergonomic Workplace Design (EWD)» qui permettra de faire le lien entre une situation de travail défavorable et des suggestions à envisager pour réduire le risque de troubles musculo-squelettiques (TMS). Ce mémoire est une synthèse des travaux réalisés issus de l'équipe Recherche et Développement (R&D), chez Dassault Systèmes. L'objectif général de ce projet est de poursuivre le développement d'un algorithme d'évaluation de situations de travail simples élaboré dans un projet précédent, afin de l'amener à un niveau où il peut être intégré à la nouvelle application    « EWD ». Pour atteindre cet objectif, une comparaison des valeurs de capacité calculées par 3DSSPP et par les équations de Stobbe (1982) a été réalisée afin d'actualiser des valeurs de capacité dans le calcul biomécanique de DELMIA en intégrant les équations de Stobbe. Cette étude contribue à l'avancement de la recherche sur la détermination des valeurs de capacité physique au niveau d'une articulation dans le but d'assurer une meilleure validité de l'évaluation des risques d'une situation de travail. Par ailleurs, l'outil développé a été testé pour un ensemble plus vaste d'échantillons (216 postures * 3 niveaux des forces = 648 situations de travail) que celui du projet précédent dans le but de valider la méthode d'évaluation des risques se basant sur la norme EN 1005-3 et de vérifier que les suggestions générées par l'arbre de décision correspondent toujours bien aux problématiques de la situation réelle. Il ressort de cette étude que les indices de risque évoluent de façon monotone dans la grande majorité des cas analysés. En outre, les suggestions générées par l'arbre de décision ne peuvent pas fournir correctement des indices de solutions pour certaines postures analysées. Il est donc recommandé de continuer le processus d'amélioration de l'algorithme d'évaluation et de vérifier la concordance du résultat d'analyse produit par l'outil avec un consensus d'experts en ergonomie.Ce projet de recherche permet d'aider 3DS à améliorer son environnement virtuel en vue de mieux supporter les concepteurs industriels dans leur prise de décision quant aux aspects d'ergonomie, ce qui correspond à la vision de l'ergonomie virtuelle que 3DS s'est fixée.  ABSTRACT: The emergence of virtual reality technology has opened up a new field of application, namely virtual ergonomics, which allows to perform ergonomic assessments proactively in a virtual environment by means of digital manikin. However, the current DHM (Digital Human Modeling) tools are difficult to manipulate and require plenty of practice to master. Dassault Systèmes (3DS) is planning to launch a new application called "Ergonomic Workplace Design (EWD)" by 2019, whose aim is to find the link between unfavourable work situations and further improvements need to be realised in order to reduce the risk of musculoskeletal disorders (MSDs). This memoir is a summary of research conducted with Research and Development (R&D) team at Dassault Systèmes. The overall goal of this study is to optimize the evaluation algorithm that has been developed previously for simple work situations when it reaches a level of maturity where this algorithm can be integrated into the new "EWD" application. To achieve this goal, the joint capacity values calculated by 3DSSPP and by empirical equations from Stobbe (1982) were compared. This comparaision can help to update joint capacity values in biomechanical calculation of DELMIA by integrating equations of Stobbe into the calculation module of new application. This research contributes to the understanding of how to determine the physical capacity values of joint, which is an essential component to ensure a better validity of the workplace risk assessment. In addition, the developed evaluation tools were tested on a larger sample (216 postures * 3 levels of force = 648 work situations) than that of the previous study. The results of the test can further validate the risk assessment method based on EN 1005-3 standard and verify that the suggestions generated by the decision tree correspond appropriately to the ergonomics issues in the workplace. This study shows that risk index evolves monotonously in the vast majority of cases. In addition, suggestions generated by the current decision tree cannot correctly provide solutions for certain awkward postures. It is therefore recommended to continue the optimization process of the current evaluation algorithms and to verify the concordance between analysis results produced by developed tools and expert consensus in the assessment of ergonomic risks. This research project helps 3DS to improve its virtual environment, which can offer industrial designers a better support in their decision-making about ergonomic issues. This corresponds to the vision of virtual ergonomics fixed by 3DS.


identifier: Zeighami, V. (2019). Optimisation intégrée des rotations et des blocs mensuels personnalisés des pilotes et des copilotes simultanément  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de construction des blocs mensuels pour les membres d'équipage consiste à déterminer des horaires mensuels pour les membres d'équipage des compagnies aériennes tels que tous les vols planifiés sur un horizon de planification donné (généralement un mois) sont couverts tout en satisfaisant un certain nombre de contraintes. En raison de sa taille et de sa complexité, ce problème est généralement résolu séquentiellement en deux étapes: la construction des rotations suivie par la construction des blocs mensuels. Une rotation est une séquence de vols, de connexions et de pauses effectuée par un équipage partant et revenant à la même base. Le problème de construction des rotations consiste à déterminer un ensemble de rotations réalisables à un coût minimal, de telle sorte que chaque vol soit couvert exactement une seule fois. Dans le problème d'affectation des membres d'équipage, l'objectif est de construire des horaires mensuels à partir de ces rotations pour un ensemble donné de pilotes et de copilotes. La construction des rotations et des blocs mensuels doit respecter les règles de la sécurité aérienne, les règles d'opération de la compagnie et les règles contenues dans les conventions collectives entre les employés et la compagnie aérienne. Cependant, il peut s'avérer impossible que l'approche séquentielle obtienne une solution globale optimale car le domaine de décision du problème d'affectation des membres d'équipage est réduit par les décisions précédemment prises dans le problème de construction des rotations des membres d'équipage. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des modèles intégrés et de nouvelles approches qui permettent de résoudre le problème de planification des membres d'équipage pour un ensemble donné de pilotes et de copilotes simultanément. Tous les tests réalisés dans cette thèse se basent sur des instances réelles fournies par une compagnie aérienne américaine. À part l'introduction, la revue de littérature et la conclusion, cette thèse comprend trois chapitres principaux dont chacun présente les travaux réalisés pour un objectif de recherche bien précis. Dans le premier objectif, nous proposons en premier temps une extension du problème de construction des rotations des membres d'équipage qui intègre les demandes de vacances du pilote et du copilote au stade du couplage des équipages. Deuxièmement, nous présentons un modèle qui intègre complètement les problèmes de construction des rotations et le problème d'affectation des équipes simultanément pour les pilotes et les copilotes. Pour résoudre ce modèle intégré, nous développons une méthode qui combine la décomposition de Benders et la génération de colonnes. Dans un cas plus général concernant le problème de planification des équipages de ligne aérienne, chaque pilote/copilote a la possibilité de choisir chaque mois un ensemble de vols préférés parmi les vols réguliers. Le deuxième objectif de la thèse consiste à étudier la difficulté d'utiliser la méthode proposée dans le premier objectif lorsque nous considérons un ensemble de vols préférés et de demandes de vacances pour chaque pilote et copilote. Quant au troisième objectif de la thèse, nous considérons le problème de planification d'équipage (pilotes et copilotes) dans un contexte personnalisé où chaque pilote/copilote demande un ensemble de préférences pour des vols spécifiques et des vacances par mois. En effet, nous proposons un modèle intégré qui permet de générer des blocs mensuels personnalisés pour les pilotes et les copilotes simultanément en une seule étape où nous gardons les rotations dans les deux problèmes aussi similaires que possible afin de réduire la propagation des perturbations pendant l'opération. Pour résoudre ce modèle intégré, nous développons une méthode qui combine la relaxation lagrangienne, la génération de colonnes et l'agrégation dynamique des contraintes. Le processus de résolution itère entre le modèle intégré des pilotes et le modèle intégré des copilotes en estimant les effets des décisions du premier problème sur le second problème.  ABSTRACT: The airline crew scheduling problem consists of determining crew schedules for airline crew members such that all the scheduled flights over a planning horizon (usually a month) are covered and the constraints are satisfied. Due to its complexity, this problem is usually solved in two phases: the crew pairing followed by the crew assignment. A pairing is a sequence of flights, connections, and rests starting and ending at the same crew base. The crew pairing problem consists of determining a minimum-cost set of feasible pairings such that each flight is covered exactly once. In the crew assignment problem, the goal is to construct monthly schedules from these pairings for airline crew members, while respecting all the safety and collective agreement rules. However, finding an optimal global solution via sequential approach may become impossible because the decision domain of the crew assignment problem is reduced by previously made decisions in the crew pairing problem. The main goal of this dissertation is to propose integrated models and approaches to solving the crew scheduling problem for a given set of pilots and copilots simultaneously. We conduct computational experiments on a set of real instances from a major US carrier. In the first essay of this dissertation, first, we propose an extension of the crew pairing problem that incorporates pilot and copilot vacation requests at the crew pairing stage. Second, we introduce a model that completely integrates the crew pairing and crew assignment problems simultaneously for pilots and copilots. To solve this integrated model, we develop a method that combines Benders decomposition and column generation. In a more general case in the airline crew scheduling problem, each pilot and copilot have the option of choosing a set of preferred flights from the scheduled flights per month. In chapter 5, we study the difficulty of using the proposed method in the first essay when we consider a set of preferred flights and vacation requests for each pilot and copilot. In the third essay of this dissertation, we consider the pilot and copilot crew scheduling problems in a personalized context where each pilot and copilot requests a set of preferences flights and vacations per month. We propose a model that completely integrates the crew pairing and personalized assignment problems to generate personalized monthly schedules for a given set of pilots and copilots simultaneously. The proposed model keeps the pairings in the two problems as similar as possible so the propagation of the perturbations during the operation is reduced. To solve this integrated model, we develop an integrated approach that combines alternating Lagrangian decomposition, column generation, and dynamic constraint aggregation.


identifier: Tabiai, I. (2018). 3D Full Field Displacement and Strain Measurements at the Microscale in Fiber Reinforced Composites Under Transverse Load Using Digital Image Correlation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La rentabilité de l'industrie aérospatiale est fortement liée à une réduction de la consommation de carburant et de la masse des structures utilisées tout en maintenant un niveau de performance et de sécurité similaire. Pour atteindre ces objectifs, les matériaux composites à renfort fibreux (CRF) sont de plus en plus utilisés dans cette industrie. Ces matériaux offrent une résistance spécifique élevée, résistent à la corrosion, sont légers par rapport à leurs propriétés mécaniques et ont de bonnes propriétés de résistance à la fatigue. Ces matériaux sont de plus en plus utilisés mais sont aussi considérés comme une des causes de plusieurs catastrophes aériennes. Les capacités de prédictions de l'état d'endommagement et de rupture de pièces faites en CRF sont encore limitées, tel que démontré par les deux éditions terminées du World Wide Failure Exercise. L'endommagement dans les CRF est caractérisé par une multitude d'événements microscopiques qui se développent puis se regroupent graduellement jusqu'à former un large réseau de micro fissures à travers le matériau. À l'échelle de la fibre, le type d'endommagement le plus critique pour des CRF unidirectionnels est la décohésion inter-faciale entre les fibres et la matrice d'après la littérature. Ce mécanisme commence avec une décohésion inter-faciale en Mode I entre la fibre et la matrice, la fissure inter-faciale se propage ensuite autour de la fibre dans et hors plan. L'interface entre la fibre et la matrice ne peut alors plus transférer de contraintes correctement, ce qui entraîne une augmentation locale de la contrainte autour de la fibre en décohésion. Une des fibres environnantes va ensuite à son tour avoir une décohésion inter-faciale qui se produit dû à l'augmentation de contrainte, et ainsi de suite pour toutes les fibres environnantes. La rupture de l'échantillon se produit éventuellement lorsque les fissures de décohésion commencent à croître dans la matrice, se regroupent et forment un large réseau de fissures qui grandit à travers tout le spécimen. Des observations de décohésion inter-faciale sont disponibles dans la littérature, mais il n'y a pas encore de modèle pour ce mécanisme qui est généralement accepté. La décohésion inter-faciale implique une croissance de la fissure en Mode I, en Mode II et en mode mixte. D'autres mécanismes s'ajoutent aussi, tels que la friction entre la fibre et la matrice, les contraintes résiduelles dues à la cuisson de la matrice et le retrait chimique de la matrice durant la cuisson. Cette combinaison de mécanismes qui participent à la décohésion inter-faciale en font un mécanisme d'endommagement complexe. Des données expérimentales additionnelles, telles que les champs de déplacement ou de déformation in-situ, permettraient de fournir une compréhension plus complète de la décohésion inter-faciale pour différents types de fibres.  ABSTRACT: This thesis aimed at experimentally investigate damage initiation and growth of FRCs under transverse loading at the fiber level, provide in plane and out of plane full field measurements and crack area measurements for different single fiber composites and for a bundle of carbon fibers. Firstly, a single fiber composite specimen is designed and manufactured in such a way that a large fiber, approximately 1 mm in diameter, is under transverse loading during a tensile test. Four specimens were manufactured out of fibers having strong adhesive bonding with epoxies and no adhesive bonding with epoxies combined with an epoxy and a modified epoxy. A stereoscopic Digital Image Correlation (DIC) setup is then used to track 3D displacements and compute in plane strains for a fiber's free surface and its vicinity. The experimental results showed that inter-facial debonding happened in three steps, an inter-facial crack opened under Mode I at the fiber / matrix interface at the location where an out of plane displacement difference between the fiber and matrix was the highest and where "y was maximum for all specimens. The inter-facial debonding crack then grew under mixed mode around the fiber while it kept protruding out of the matrix. Finally, specimen failure occurred differently for the specimens with no adhesive bonding compared to the strongly bonded ones. For the ones without adhesive bonding, specimen failure was caused by a crack growing under Mode I in the matrix where fibers were horizontally compressed and large out of plane deformation was experienced. Strongly bonded specimens' failure was also caused by a Mode I crack growing in the matrix but located where the tension is maximal within the inter-facial crack's free surface. The complete experimental results, containing the stereoscopic full field displacement and strain results for each test and timestep, were provided in a data package for further analysis, or benchmarking of simulation results. DIC provided quantitative information about displacement and strain fields, however, the method has limitations in the vicinity of cracks. In addition, DIC did not provide any quantitative information about cracks themselves. A method using the raw images from the experiment and the DIC results was developed to combine both results and accurately determine the crack area, crack path in the reference coordinates and the exact applied stress on the specimen for the crack to grow through a certain area. This method was applied to the previously mentioned experiments. Results showed that inter-facial crack initiation happens in fact at the same strain value applied on the specimen, whether the fiber has strong or weak adhesive bonding.


identifier: Ouzilleau, P. (2019). Développement thermodynamique de la graphitation pour la réduction des émissions primaires de CO2 et de CO lors de l'électrolyse de l'aluminium  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La carbonisation et la graphitation sont les procédés les plus importants de la science du carbone. La graphitation est formellement définie comme la transformation à haute tempé-rature d'un carbone turbostratique en un carbone graphitique. La carbonisation est définie comme étant le processus de transformation thermique opérant d'un carbone rudimentaire en un carbone relativement plus ordonnée (carbone turbostratique). Un carbone rudimentaire est défini comme tout matériau de carbone n'ayant pas subi de traitement thermique dans le but de développer une structure graphénique. Un carbone turbostratique est un carbone graphénique constitué de cristallites dans lesquels les graphènes sont empilés parallèlement entre eux, mais dont la majorité de ces derniers sont en désordre aléatoire rotationnel et/ou en désordre par décalage de translation des plans.  ABSTRACT: Graphitization and carbonization are critically important processes in the field of carbon science. Formally, graphitization is here defined as the high temperature transformation of initially non-graphitic carbons to graphitic carbons. Carbonization is defined as the lower temperature transformation of initially non-graphitic carbon to carbon materials of greater structural order (but still not graphitic per se). A graphitic carbon is defined here as a graphenic carbon where the majority of the graphene planes are aligned in the ABA Bernal stacking. Graphenic carbons are any carbon materials whose dominant structural component is the graphene layer. Industrial graphenic carbons (e.g. nuclear graphite moderators, met-allurgical electrodes) are typically obtained from the heat treatment of rudimentary carbons (e.g. biomass, petroleum residues). The heat treatment process of a rudimentary carbon gen-erally results in the formation of a graphenic carbon as the thermodynamic system always aims to irreversibly approach (as much as possible) the perfect graphite structure if suÿ-cient thermal energy is available and other structural prerequisites are met. Perfect graphite is defined here as a graphitic carbon whose average stacking of the layers is perfect (i.e. Bernal stacking).


identifier: Leclercq, R. (2019). Performance sismique des évacuateurs de crues : application d'une méthodologie pour la considération des incertitudes de modélisation  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une méthodologie pour l'évaluation de la performance sismique des évacuateurs de crue avec vannes soumis à une excitation sismique tridimensionnelle. Afin de se prémunir contre les incertitudes aléatoires et épistémiques, l'approche traditionnelle requiert d'importants facteurs de sécurité définis par des lignes directrices dans chaque pays de manière déterministe. Une approche différente est applicable en intégrant directement la variabilité des paramètres dans le processus de calcul. Cependant, pour des évacuateurs de crue avec vannes nécessitant un temps de calcul du modèle éléments finis (EF) non négligeable, les méthodes de simulation de Monte-Carlo sont très difficilement applicables.  ABSTRACT: This report presents a three-dimensional performance-based earthquake engineering assessment methodology for gated spillways. In the traditional design approach, epistemic and aleatory uncertainties are considered through deterministic safety factors different in each country. A new approach is to include directly the parameters variability. However, structural analysis by probabilistic methods, like Monte Carlo Simulation (MCS) require many samples, restricting the choice of input variables. In an initial step prior to perform probabilistic analysis, this study presents a methodology and its application for selecting and classifying the influence of uncertainties of input variables with sensitivity analysis.


identifier: Murray, P. (2019). Development of an Automated In-Line Resin Metering and Mixing System for Composites in the Automotive Industry  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation de composites structuraux pour les applications automobiles est considérée comme un moyen d'atteindre les nouvelles réglementations à venir en matière d'émission de CO2 des véhicules et les initiatives d'allégement. Le composé de moulage en feuille (SMC) de résine vinyle ester et de fibre de carbone utilisé avec le moulage par compression à chaud est actuellement l'une des solutions les plus performantes pour atteindre les cadences de production élevées requises par l'industrie. Les résines à polymérisation rapide utilisées contiennent une large gamme de charges et d'additifs permettant de réduire le coût de la matière et d'améliorer diverses propriétés. Les entreprises automobiles souhaitant rester compétitives doivent disposer d'une machine permettant le dosage et le mélange de cette résine, ainsi que de ses multiples additifs et charges, pour une distribution en continu à la chaîne de production. Magna International, un des principaux fournisseurs automobiles au monde, est actuellement en phase de validation d'un nouveau sous-châssis SMC et a demandé au Centre technologique en aérospatiale (CTA) de développer un nouveau prototype de système de dosage et de mélange de la résine en ligne. Le projet a été rendu possible grâce à la combinaison d'un étudiant à la maîtrise de l'École polytechnique de Montréal à travers une subvention Mitacs et d'une subvention RDA niveau 3 du CRSNG. Les objectifs du projet étaient de démontrer les performances de l'utilisation d'un mélangeur statique pour obtenir un échantillon de résine homogène, de développer et de fabriquer un nouveau système de dosage et de mélange de résine à deux composants et de valider la performance et les capacités du système. Les systèmes de dosage et de mélange à deux composants présentement disponibles ne sont pas adaptés pour traiter des fluides abrasifs et opérer dans des zones dangereuses de Classe 1 Division 1. En ce qui concerne le mélange, les mélangeurs statiques semblent offrir des performances suffisantes pour mélanger un système de résine à deux composants, mais leur performance est difficile à prédire à l'aide de modèles et de simulations. La performance d'un mélangeur statique de type Kenics a été évaluée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à réflexion totale atténuée (ATR-FTIR). Les résultats des travaux ont démontré que l'utilisation d'un mélangeur statique permet de mélanger les composants avec 98% d'homogénéité. Le nouveau système de mélange a été conçu, fabriqué et testé au CTA avant d'être installé et intégré à la ligne expérimentale de production de préimprégné SMC de Magna International. Il offre une large plage de ratio de mélange de 0,8:1 à 320:1 et un débit allant jusqu'à 2500 ml/min à un ratio de mélange nominal de 20,5:1.  ABSTRACT: The use of structural composites for automotive applications is seen as a means of reaching the upcoming new regulations regarding CO2 emission of vehicles and light-weighting initiatives. Carbon fibre vinyl ester Sheet Moulding Compound (SMC) used with hot compression moulding is currently one of the leading solutions to achieve high-volume production cadences required by the industry. The fast-cured resins used contain a wide range of fillers and additives to lower the material costs and improve various properties. Automotive companies wishing to remain competitive must have a machine that allows the dosing and mixing of this resin, along with its multiple additives and fillers, for delivery to the production line continuously. Magna International, a world-leading tier one automotive supplier, is currently in the validation phase of a new SMC front car subframe and mandated Centre technologique en aérospatiale (CTA) to develop a new prototype in-line resin metering and mixing system. The project was made possible with the combination of a master's student from Polytechnique Montréal through a Mitacs grant and an NSERC ARD level 3 grant. The objectives of the project were to demonstrate the performance of using a static mixer to obtain a homogeneous sample, develop and manufacture a new two-component resin metering and mixing system and validate its performance and capabilities. Commercially available two-component metering and mixing system are not capable of processing abrasive fluids while operating in Class 1 Division 1 classified locations. With respect to mixing, static mixers seem to offer adequate performance to mix two-component resin system but their performance is hard to predict with models and simulations. The performance of a Kenics static mixer was evaluated using attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The use of a static mixer allows the resin and thickening agent to be mixed to 98 % homogeneity. The new system was designed, manufactured and tested at CTA before being installed and integrated to Magna International SMC prepreg development line. It offers a wide range of mixing ratio of 0,8:1 to 320:1 and flow rate of up to 2500 ml/min at a nominal mixing ratio of 20,5:1.


identifier: Noirant, G. (2019). Caractérisation de la pyrite dans les conditions de désulfuration environnementale à l'aide du xanthate et de collecteurs alternatifs  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière génère d'importantes quantités de rejets miniers, qui peuvent impacter l'environnement quand ils contiennent des sulfures de métaux capables de s'oxyder. Parmi ces rejets, les résidus de concentrateur sont composés de phases minérales sans valeur économique avérée (sulfures et gangue silicatée), finement broyées pour faciliter la libération des minéraux de valeurs. Les sulfures, dont la pyrite est le minéral prédominant, peuvent entraîner un drainage minier acide ou neutre sous l'action de l'oxygène en milieux aqueux. Une technique de gestion intégrée de ces résidus, appelée désulfuration environnementale, consiste à séparer les sulfures par flottation, produisant un rejet décontaminé et un concentré de sulfures plus apte à être géré de par son faible volume. La concentration des sulfures est possible grâce aux collecteurs de flottation, qui sont des composés organiques s'adsorbant sélectivement aux surfaces minérales pour les rendre hydrophobes. Le xanthate est le collecteur le plus utilisé pour la flottation des sulfures. Cependant, son utilisation devient restreinte pour des raisons toxicologique, écologique et de santé et sécurité. Des alternatives au xanthate, dont les composés de dithiophosphate, dithiocarbamate et benzothiazole, sont notamment étudiés comme collecteurs non sélectifs des sulfures lors de la désulfuration environnementale. Durant la phase fondamentale du travail, l'interaction entre la pyrite, deux collecteurs alternatifs de sulfures fournis par le groupe SOLVAY-CYTEC et le xanthate comme référence, a été caractérisée. Ces deux collecteurs, l'AERO 404 de la famille des dithiophosphates (DTP) et l'AERO 3739 de la famille des dithiocarbamates (DTC), sont des mélanges contenant du mercaptobenzothiazole (MBT).  La cinétique d'adsorption, caractérisant l'affinité des collecteurs pour le minéral, a dans un premier temps été étudiée par UV-Visible, après conditionnement de la pyrite à pH naturel (pH 4-4.5) et pH alcalin (pH 10.5) avec ajout de NaOH ou de CaO, pour déterminer la quantité de collecteur adsorbée sur la surface minérale en fonction de la concentration initiale en collecteur. La quantité maximum de collecteur pouvant être adsorbée sur la surface de la pyrite est au moins deux fois supérieures à pH naturel qu'à pH alcalin. De plus, le xanthate montre une meilleure affinité avec la surface de la pyrite comparativement aux deux collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT.  La surface de la pyrite ainsi conditionnée a ensuite été analysée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en mode réflexion diffuse (DRIFT). Cette caractérisation de surface avait pour but de comprendre les mécanismes d'adsorption de ces collecteurs sur la pyrite, en mettant en évidence les espèces superficielles présentes sur la surface du minéral. La nature et la quantité de ces espèces superficielles dépendent grandement du pH de conditionnement et sont responsables de l'hydrophobicité nécessaire à la flottation. Cette caractérisation de surface a montré que le conditionnement de la pyrite entraine une solubilisation et une modification des espèces d'oxydation présentes sur la surface de la pyrite après le broyage. Leur nature dépend du pH de conditionnement ainsi que du type de modificateur de pH utilisé. Pour le xanthate, des complexes de xanthate ferreux et ferriques se forment en premier suivis par le dixanthogène. Ces espèces sont observées à des concentrations plus basses à pH naturel (4-4.5) qu'à pH alcalin. Les collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT ont montré qu'à pH naturel, les groupements C—N—H et N—C=S appartenant au mercaptobenzothiazole sont principalement retrouvés sur la surface de la pyrite. Cette adsorption se ferait par des complexes Fe - MBT. À pH alcalin, les espèces caractérisant l'adsorption de ces collecteurs sont difficilement observables, montrant également que l'affinité de ces collecteurs sur la surface de la pyrite est moindre à pH 10.5. La seule signature qui apparait sur la surface de la pyrite est le groupe C—N—H de la molécule MBT, montrant également la probable présence d'un complexe Fe - MBT. Enfin, la phase appliquée de l'étude a consisté à flotter de manière non-sélective les sulfures du minerai de la mine Goldex, Val d'Or, Québec. Ces tests ont été effectués avec les différents collecteurs utilisés lors de l'étude fondamentale, à pH 6 (avec acide sulfurique) et à pH 9.5 (avec NaOH ou CaO), afin de comparer les récupérations en soufre et en sulfures dans les résidus finaux. Les rendements de désulfuration du DTP-MBT à pH 9,5 étaient de 74.0% et 73.1% en utilisant NaOH et CaO, respectivement. Cette récupération était similaire à celle du xanthate (~ 75%), mais les collecteurs à base de DTP-MBT et DTC-MBT montraient une cinétique de flottation plus lente. En revanche, la performance du DTC-MBT était inférieure à celle du xanthate; soit 69.9% avec NaOH et 66.6% avec CaO. Pour les trois collecteurs, la flottation des sulfures à pH 6 était moins efficace qu'à pH 9,5 (l'efficacité n'excédait pas 67%, quel que soit le collecteur). Selon les potentiels de génération et de neutralisation de l'acide calculés, aucun rejet désulfuré ne serait générateur d'acidité.  ABSTRACT: The mining industry generates significant amounts of mining wastes, which can impact the environment when they contain metal sulphides that can oxidize. Among these wastes, tailings are composed of non-economic mineral phases (sulphides and silicate gangue) finely crushed to facilitate the liberation of valuable minerals. Sulphides, predominated by pyrite, can lead to acidic or neutral mine drainage under the action of oxygen in aqueous media. An integrated management technique for these tailings, known as environmental desulphurization, consists in separating sulphides by flotation, producing a decontaminated reject and a sulphide concentrate, easily managed because of its low volume. The concentration of sulphides is possible thanks to the flotation collectors, organic compounds which can selectively adsorb onto mineral surfaces to make them hydrophobic. Xanthate is the most used molecule for sulphide flotation. However, its utilization becomes restricted for toxicological, ecological and health and safety reasons. Alternatives to xanthate, including the dithiophosphate, dithiocarbamate and benzothiazole molecules, are studied as non-selective sulphide collectors during environmental desulphurization. During the fundamental phase of the work, the interaction between pyrite, two alternative sulphide collectors provided by the SOLVAY-CYTEC group and xanthate as a reference, was characterized. These two collectors, AERO 404 from the dithiophosphate family and AERO 3739 from the dithiocarbamate family, are mixtures containing mercaptobenzothiazole. The kinetics of adsorption, characterizing the affinity of the collectors for the mineral, was first studied by UV-Visible, after conditioning the pyrite at natural pH (pH 4-4.5) and alkaline pH (pH 10.5) with addition of NaOH or CaO, for determine the amount of adsorbed collector on the mineral surface. The maximum amount of collector that can be adsorbed on the pyrite surface is at least two times higher at natural pH (4-4.5) than at alkaline pH. In addition, xanthate shows a better affinity with the pyrite surface than the two DTP-MBT and DTC-MBT based collectors. The surface of the pyrite thus conditioned was then analyzed by Diffuse Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (DRIFT). This surface characterization was intended to understand the adsorption mechanisms of these collectors on pyrite, by highlighting the superficial species present on the mineral surface. The nature and the quantity of these superficial species are highly dependent of the pH of the conditioning and are responsible for the hydrophobicity required for flotation. This surface characterization has shown that the pyrite conditioning causes a  solubilization and a modification of the oxidation species present on the pyrite surface after crushing. Their nature depends on the pH of conditioning as well as the type of pH modifier used. For xanthate, ferrous and ferric xanthate complexes are formed first followed by dixanthogen. These species are observed at lower concentrations at natural pH (4-4.5) than at alkaline pH. At natural pH values, the alternative collectors vibrations were mainly observed in the C—N—H or N—C=S groups belonging to the 2-mercaptobenzothiazole compounds adsorbed on the pyrite surface, which could correspond to an iron mercaptobenzothiazole complex. At alkaline pH values, the main species characterizing the adsorption of these collectors on pyrite were difficult to identify because of their lower affinity for the pyrite surface. The only adsorption signature appearing on the pyrite surfaces at high concentrations was a C—N—H group of the MBT component; this also most likely indicated the presence of an Fe - MBT complex on the pyrite surface.  This study attempted to apply the above findings in the desulphurization of an ore from Goldex mine (Val-d'Or, Quebec). These tests were carried out with the three collectors at pH 6 (using sulphuric acid) and at pH 9.5 (using NaOH or CaO) in order to compare sulphur recoveries and sulphide cleaning in the final tailings. The desulphurization efficiencies of DTP-MBT at pH 9.5 were about 74.0% and 73.1% using NaOH and CaO, respectively. This was similar to the efficiency of xanthate (~ 75%), but the alternative collectors showed slower flotation kinetics. In contrast, the performance of DTC-MBT was lower than for xanthate; i.e., 69.9% with NaOH and 66.6% with CaO. For the three collectors, sulphide flotation at pH 6 was less efficient than at pH 9.5 (efficiency did not exceed 67% regardless of collector). According to the calculated acid-generation and neutralization potentials, none of the final desulphurized tailings should be considered as acid-generating.


identifier: Roth, A. (2019). Contrôle de la diffusion de nanoparticules dans un gel par effet d'affinité : un modèle pour la livraison de médicaments  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'administration de médicaments est un enjeu crucial de la médecine actuelle. Les exigences dans le traitement des patients deviennent de plus en plus importantes : le traitement doit être personnalisé, plus efficace, moins contraignant, etc. Cela a conduit à un important effort de recherche dans le domaine (bio)pharmaceutique et biomédical. Un des principaux objectifs de ces recherches est le contrôle de la libération des agents thérapeutiques pour permettre une administration efficace, localisée et prolongée. De nombreuses méthodes sont étudiées comme l'utilisation de micro- ou nanovecteurs (liposomes, particules polymériques, particules inorganiques, etc) ou le développement d'hydrogels chargés en principe actif. Néanmoins, contrôler la vitesse de libération de l'agent thérapeutique reste un véritable défi. Les systèmes d'affinité semblent être des candidats potentiels pour pallier cela. En effet, quelques groupes de recherche ont montré que l'utilisation d'une interaction spécifique (d'où le terme « affinité ») entre le vecteur et l'agent thérapeutique peut permettre de contrôler la libération de certaines protéines. Cependant, ces systèmes sont généralement basés sur une propriété propre à l'agent thérapeutique d'intérêt et ils ne peuvent être utilisés pour une grande plage de molécules. Le travail de recherche présenté ici propose l'utilisation de peptides superhélices, plus précisément le système peptidique Ecoil/Kcoil, pour contrôler la diffusion de nanoparticules d'or dans un hydrogel d'alginate. Des nanoparticules (NPs) d'or ont été fonctionnalisées avec une protéine chimère correspondant au peptide Ecoil fusionné au facteur de croissance épidermique (EGF). La bioactivité du EGF greffé a été vérifiée par un test de phosphorylation des récepteurs EGF de cellules A431 et la biodisponibilité du peptide Ecoil a été testée en immobilisant les nanoparticules sur des surfaces décorées avec le peptide Kcoil. Ensuite, nous avons réalisé un hydrogel d'alginate décoré avec le peptide Kcoil. Les chaînes d'alginate ont été fonctionnalisées via une chimie click azide-alcyne et la diffusion des NPs dans des hydrogels possédant différentes densités de Kcoil a été étudiée par microscopie différentielle dynamique (DDM) ainsi que par des tests de libération. Les résultats ont montré que la diffusion des nanoparticules d'or était ralentie d'un facteur deux dans des hydrogels contenant une quantité suffisante de Kcoil comparée à dans un hydrogel sans Kcoil. Ces résultats permettent de confirmer que le système peptidique Ecoil/Kcoil permet de contrôler la libération de nanoparticules hors d'un hydrogel, ouvrant la voie à de nombreuses applications en administration de médicaments, thérapie cancéreuse ou encore en médecine régénératrice.  ABSTRACT: Drug delivery is a highly active field of research in today medicine. Treatments must be more personalized, efficient and compliant, leading to a significant research effort in the (bio)pharmaceutical and biomedical domain. A key goal of this research is the controlled release of therapeutic agents for an efficient, localized and sustained release. Diverse methods have been studied, including the use of micro- or nanoparticles (liposomes, polymeric or inorganic particles, etc) or the development of hydrogels loaded with therapeutic agents. However, the control of the drug release rate remains a challenge. Affinity based-systems have been proposed as interesting alternatives to achieve a controlled release. Indeed, several research teams have shown that a specific interaction between the vector and the therapeutic agent (hence the term ‘affinity') could allow for a controlled release of some proteins. Unfortunately, those systems generally depend on a natural characteristic of the therapeutic agent and cannot be applied to a large variety of molecules. The work presented here takes advantage of specific peptides forming coleid-coil structures, namely the Ecoil/Kcoil coils, to control decorated gold nanoparticle (NP) diffusion in an alginate hydrogel. Gold NPs have first been functionalized with a chimeric protein corresponding to the fusion of the Ecoil peptide to the epidermal growth factor (EGF). Bioactivity of grafted EGF has been confirmed in an in vitro cell assay based on the EGF receptor phosphorylation, while the bioavailability of the Ecoil peptide has been tested by immobilizing the decorated NPs on a Kcoil decorated surface. Alginate hydrogels were then designed by functionalizing alginate chains with the Kcoil peptide using alkyne-azide click chemistry. NP diffusion in alginate hydrogels of various Kcoil densities were studied by differential dynamic microscopy (DDM) and traditional release assays. Results demonstrated a factor two slowdown of NPs diffusion in hydrogels containing a sufficient amount of Kcoil peptide. This confirms that E/Kcoil system can control the release of nanoparticles from a hydrogel and paves the way to a broad range of applications in drug delivery, cancer therapy or regenerative medicine.


identifier: Bourgault-Côté, S. (2019). Ice Interface Evolution Modelling Algorithms for Aircraft Icing  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le givrage des aéronefs est un phénomène qui nuit à la sécurité des vols depuis le début de l'aviation et qui n'est toujours pas bien compris. Ainsi, des réglementations ont été définies pour identifier les conditions de givrage contre lesquelles les avions doivent être protégés, mais les conditions les plus critiques n'ont été ajoutées que récemment dans la réglementation après des accidents majeurs. Ces conditions critiques incluent l'accumulation de verglas sur les ailes en flèche et l'agglomération de cristaux de glace, ce qui est particulièrement problématique pour les moteurs. Ces domaines font l'objet de recherches expérimentales, mais le développement de modèles et d'outils appropriés pour simuler ces conditions numériquement est également important. Ces simulations comprennent plusieurs modules exécutés de façon séquentielle pour modéliser l'écoulement aérodynamique, les phases dispersées (gouttelettes et cristaux), les échanges thermodynamiques de surface et l'évolution de la géométrie. Ce dernier point est moins étudié dans la littérature que les autres et dépend i) d'une représentation géométrique et ii) d'une méthode permettant de faire évoluer le front de glace. L'objectif principal de ce travail est de fournir un ensemble approprié de méthodes pour simuler l'accrétion de glace avec un logiciel multicouche automatisé. Dans ce contexte, le module d'évolution de la géométrie est identifié comme étant la partie faible devant être améliorée. Les développements sont réalisés en deux dimensions dans le logiciel maison NSCODE-ICE, mais les méthodes étudiées sont considérées pour une future extension en trois dimensions. De ce fait, la robustesse des méthodes est de la plus haute importance, en particulier lors de la phase de transition entre deux couches de glace. La méthode d'évolution de la géométrie développée devrait être capable de gérer la fusion des fronts de glace tout en conservant la masse de glace. L'accumulation de glace étant par nature chaotique, il serait également intéressant d'étudier l'impact d'un modèle stochastique sur les résultats. Premièrement, les différents composants d'un logiciel d'accrétion de glace sont détaillés pour établir la base du logiciel de givrage multicouche utilisé dans cette étude. L'écoulement aérodynamique est simulé avec un solveur RANS structuré et les trajectoires des gouttelettes sont modélisées avec une formulation eulérienne sur la même grille. Les échanges thermodynamiques en surface et les eaux de ruissellement sont modélisées avec un modèle de Messinger itératif. Une évolution algébrique standard de la géométrie fait partie de NSCODE-ICE et est utilisée comme point de comparaison pour les autres méthodes de cette étude.  ABSTRACT: Aircraft icing is a phenomenon that has hindered flight safety since the beginning of aviation and that is still not well understood. Thus, regulations have been set to identify icing conditions that the aircraft must be protected against, but the most critical conditions were only added recently in the regulations after major accidents happened. These critical conditions include scallops ice accretion on swept wings and ice crystal agglomerations, which is particularly problematic for engines. These fields are being researched experimentally, but developing appropriate models and tools to simulate these conditions numerically is also of importance. Such simulations include multiple modules run sequentially to model the aerodynamic flow, the dispersed phases (droplets and crystals), the surface thermodynamic exchanges and the geometry evolution. This last point is less studied in the literature than the others and depends on i) a geometry representation and ii) a method to evolve the ice front. The main objective of this work is to provide an appropriate set of methods to simulate ice accretion with an automated multi-layer software. In this context, the geometry evolution module is identified as the weak part which needs to be improved. The developments are done in two dimensions within the in-house ice accretion tool NSCODE-ICE, but the methods studied are considered for a future three-dimensional extension. As such, the robustness of the methods is of utmost importance, in particular within the transition phase between two ice layers. The developed geometry evolution method should be able to handle merging ice fronts while still conserving the ice mass. Ice accretion being chaotic by nature, to study the impact of a stochastic model on the results would also be of interest. First, the different components of an ice accretion software are detailed to establish the basis of the multi-layer icing software used in this study. The aerodynamic flow is simulated with a structured RANS solver and the droplets trajectories are modelled with an Eulerian formulation on the same grid. The thermodynamic exchanges on the surface and the runback water are modelled with an iterative Messinger model. A standard algebraic geometry evolution is part of NSCODE-ICE and is used as a comparative point for the other methods in this study.


identifier: Chaudron, C. (2019). Éco-efficience et valeur fonctionnelle : développement d'un outil d'aide à la décision dans l'industrie agroalimentaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'impact environnemental du secteur agroalimentaire est maintenant responsable de 42% des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial. Les entreprises doivent intégrer les aspects environnementaux lors de prises de décisions stratégiques. Dans ce secteur, l'industrie de la production de canneberge cherche à supporter ses décisions d'affaires selon des critères environnementaux sans compromis sur la valeur des produits. Afin de réduire la quantité d'acide organique dans le jus de canneberge, notre partenaire industriel doit choisir entre deux différentes technologies de désacidification : l'électrodialyse avec membrane bipolaire et la désacidification avec les résines échangeuses d'ions. Il aimerait inclure l'impact environnemental et la valeur ajoutée de cette désacidification dans la prise de décision. Une analyse d'éco-efficience est faite sur les deux technologies de désacidification ainsi que sur le jus non-désacidifié. L'originalité de ce travail de recherche consiste à identifier et proposer des alternatives au cout de production et/ou au prix de vente au calcul pour mesurer la valeur du produit. En effet, dans ce cas-ci, le coût de l'ajout d'une unité de désacidification et le coût du produit en tablette ne sont pas disponibles. Trois paramètres ont été utilisés pour mesurer la valeur du jus : la teneur en polyphénols, la quantité d'acide nuisible pour la santé retirée et le goût. Les résultats montrent que l'utilisation de la technologie d'électrodialyse est plus éco-efficiente que la technologie de résine échangeuse d'ions. Par contre, puisque l'acide organique récupéré par l'électrodialyse est sous une forme réutilisable, le scénario de revalorisation de la résine pourrait avoir un impact important sur les résultats d'éco-efficience selon les scenarios de valorisation. Ce modèle d'éco-efficience permet de prendre une décision éclairée combinant de manière explicite et cohérente des indicateurs d'impact environnemental sur l'ensemble de la chaine de valeurs et sur la valeur du produit. Cela permet également d'identifier les stratégies d'amélioration du bilan environnemental du produit et d'identifier les scénarios de revalorisation les plus intéressants qui ne se trouvent nécessairement pas dans le périmètre du processus, mais peuvent être influencés par des décisions opérationnelles. Finalement, l'intégration de la valeur fonctionnelle peut comporter plusieurs critères et représenter différents aspects qui représentent mieux la valeur du produit pour le consommateur final.  ABSTRACT: The food industry is now responsible for 42% of the world's greenhouse gas (GHG) emissions. This industry now faces the need to integrate environmental aspect in decision making process. The cranberry processing industry wants to support their decision making with environmental criteria without compromising the product value. In order to decrease the amount of organic acid in cranberry juice, our industrial partner has the choice between two different deacidification technologies: Electrodialysis with bipolar membrane and deacidification with ion exchange resins. The partner wants to include both the environmental impact and the added value in the decision making process. An eco-efficiency analysis is made on both deacidification technologies as well as non-deacidified cranberry juice. The originality of this research is in the identification and proposal of alternatives to the production cost and market cost to determine the value of the product. Indeed, the investment cost and the market cost are both unknown. Three different parameters are used: Polyphenols content, harmful acid removal, and taste. The results show that electrodialysis with bipolar membranes is a more eco-efficient deacidification method compared to the resin deacidification process. Because the electrodialysis allows the extraction of organic acid in a usable form, the re-utilization scenario has a great impact on the eco-efficiency results. This eco-efficiency model maximizes the amount of information provided to the partner, letting him taking a decision based on his own priorities. It makes it possible to identify environmental improvement strategies in the life cycle of the product. Moreover, the partner can identify environmental improvement strategies for all the processes and interesting reutilization scenarios. Finally, the integration of functional value can be multi-criterial and represent several aspects of the product value.


identifier: Menet, F. (2019). Systèmes hybrides logiques-continus et auto-antagonistes pour l'apprentissage machine en présence d'un adversaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Certaines tâches cognitives extrêmement simples pour des humains ne peuvent être automatisées avec les principes classiques de programmation. La vision par ordinateur, par exemple, ne saurait être programmée avec des règles impératives : personne ne peut donner de règles précises et simples à une machine pour détecter un chat dans une image, car des milliers de conditions différentes pourraient rendre la règle caduque : présence partielle du chat, surexposition de l'image, races de chat diverses... Pour pallier ce manque, l'Intelligence Artificielle simule les effets les plus basiques de l'intelligence humaine. Il est possible d'automatiser des tâches cognitives de base, comme reconnaissance de la parole, des visages... Il y a quelques années, les réseaux de neurones profonds ont commencé à se démarquer. Depuis lors, les réseaux de neurones profonds et les algorithmes d'Intelligence Artificielle de nouvelle génération sont en passe de lancer une nouvelle révolution industrielle. Ces systèmes permettent d'appendre une approximation du comportement désiré à partir d'un ensemble de données d'entraînement et dépassent à l'heure actuelle les performances humaines sur certaines tâches précises. Mais ces systèmes présentent des failles : Les réseaux de neurones peuvent émettre de fausses valeurs quand ils sont soumis à des données empoisonnées par un adversaire malveillant, autant dans leur phase l'entraînement que dans leur phase d'inférence.  ABSTRACT: Computer programs are traditionnally created with lines of code, that crate a controlled, deterministic way of programming a computer. With time, various amounts of abstractions and ergonomics have been created to help the programmer input more complex programs, in order to execute incredibly complex, real-life tasks. However, this abstraction-leverage approach does not work for some of the simplest cognitive tasks a human being can do without even thinking about it. Computer Vision is a good example : we can not create a simple set of rules to identify a cat in a picture, because of the image blur, the various races of cats, the position of the cat within the frame, the fact that object can hide parts of the cat... On these kind of tasks, Artificial Intelligence has made great progress, thanks to the era of Big Data, the power of GPUs for massively parallel processing, and the idea of Convolutional Neural Networks. Now, on various cognitive tasks, these systems have achieved suprahuman performances. These tasks range from detecting face recognition to cancer detection on lung radioscopies. The outstanding performances are bound to bring forth a new Industrial Revolution, but one problem remains : these systems are extremely vulnerable to poisonous data, crafted by a malicious adversary. The issues are numerous, and the threat can grow up to a massive scale : AI algorithms already take the driver seat of our cars, advise banks for moneylending, and get to a position of trusted partner of humans, a key position already attacked by malicious state-sponsored hackers. Our contribution is a study of the robustness of hybrid systems, made of logical systems as well as statistical systems, in the context of adversarial training. We give intuition and experiments why these systems could be more robust on some datasets, and try an attack with the CleverHans module to see the robustness of both algorithms.


identifier: Ouadday, R. (2018). Caractérisation mécanique des structures sandwichs utilisées comme extension d'avant-directrices des turbines hydroélectriques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux composites, utilisés jusqu'à présent principalement dans les applications aérospatiales et marines, sont de plus en plus utilisés pour le renouvellement des infrastructures civiles, allant de la modernisation parasismique des colonnes de ponts jusqu'au renforcement des dalles de plancher dans les nouvelles structures de pont. Leur résistance à la corrosion, leur durabilité globale potentiellement élevée, leur adaptabilité et leurs caractéristiques de performances spécifiques élevées permettent leur utilisation dans des applications où l'utilisation de matériaux conventionnels pourrait être limitée en raison de la durabilité, du poids ou du manque de flexibilité de la conception. Des travaux de recherche réalisés par la compagnie Alstom, qui est le partenaire industriel de ce projet, ont prouvé que la modification de la forme et de la géométrie du bord d'attaque des avant-directrices augmente le rendement des turbines ce qui permet de réaliser d'importants gains. Le projet de recherche présenté se situe dans le cadre de la réhabilitation des turbines hydroélectriques existantes et déjà opérationnelles. Sphériquement, il s'agit de modifier l'écoulement d'eau en rajoutant une extension en matériaux composites aux avant-directrices. L'objectif de cette recherche est de proposer une structure sandwich performante et durable en matériau composite capable de remplir le rôle d'une extension d'avant-directrice de turbine hydraulique. Cette structure est d'environ deux mètres de haut et de section en U. La section est d'environ 20 cm de largeur et 60 cm de profondeur. Le matériau composite formant la peau (coque) du sandwich est un stratifié verre/époxy ou verre/vinylester fabriqué par la méthode d'infusion. Le matériau formant l'âme est soit une coulée d'époxy, soit un mousse polymère, soit une combinaison des deux. Les peaux doivent être fabriquées â l'extérieur du site où sont implantées les avant-directrices qui doivent être modifiées. L'assemblage peau/âme se fait directement sur les avant-directrices du site puisque ces dernières ne peuvent pas être bougées de leur socle. Afin de répondre à l'objectif ultime de ce projet, les études suivantes ont été entreprises : - Étude des matériaux constituant l'âme. - Étude des matériaux constituant la peau. - Étude des sandwichs peau/âme. - Effet de l'absorption d'eau sur les propriétés mécaniques  ABSTRACT: Composite materials have a significant advantage for their application in engineering structures, which is derived from their high strength-to-weight ratio, resistance to corrosion and high durability. They are being increasingly utilized for the development of many civil infrastructures such as seismic modernization of bridge columns and the reinforcement of the floor slabs in the new bridge structures. The research carried out by the Alstom Company, the industrial partner of this project, has shown that the modification of the shape and geometry of the leading edge of the stay vane increases the efficiency of the turbines, which makes it possible to achieve significant gains. The current research project is about the rehabilitation of existing and already operational hydroelectric turbines. The objective of the current research work is to develop an efficient and durable sandwich structure made of composite materials capable of fulfilling the role of an extension of a hydraulic turbine stay vane. The shape of this structure is a U-section of two meters high. This section is about 20 cm wide and 60 cm deep. The composite material forming the skin (shell) of the sandwich is a glass/epoxy laminate or glass/vinylester manufactured by vacuum infusion. The core material is an epoxy casting, polymer foam, or a combination of both. The skin/core assembly is made in-site over the stay vane, because they cannot be moved from their base. In order to meet the ultimate objective of this project, the following studies were undertaken : - Study of the materials constituting the core. - Study of the materials constituting the skin. - Study of the sandwich skin/core. - Effect of water absorption on mechanical properties - Impact behavior of a composite sandwich panel. In the first step, the effects of the particle size and the mass fraction of ATH on the physical and mechanical properties of an epoxy resin, used as a casting for the stay vane extensions, were studied. For this purpose, five different sizes of ATH particles were used: 2, 4, 6, 8, and 12 μm, and for each size, samples with mass fractions ranging from 10 to 60% were manufactured. The results showed that the exothermic peak, the curing time, the viscosity of the mixture and the flexural properties are significantly influenced by particle size and the mass fraction of ATH fillers.


identifier: Tchatat Ntapkam, B. (2019). Modélisation de l'interaction sol-structure pour la conception des culées de ponts dans les régions à forte sismicité  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La conception sismique des culées de ponts doit considérer de manière appropriée l'interaction sol-structure. Les méthodes pseudo-statiques proposées par le code Canadien des Ponts CSA-S6 sont applicables uniquement pour les murs ayant une hauteur inférieure à 6 m et qui sont situés dans les régions à accélérations sismiques modérées. Les culées typiques ont souvent des hauteurs supérieures à 6 m, pour des conditions propres au site mais aussi dans certaines situations pour assurer une protection adéquate contre le gel.  ABSTRACT: Seismic design of bridge abutments must appropriately consider soil-structure interaction. The simplified methods proposed in the Canadian Bridge Code CSA-S6 are applicable to walls of up 6 m high for moderately active seismic regions. Typical abutments are often more than 6 m high due to site requirements or for protection against freezing whereas design peak ground acceleration areas such as Charlevoix exceeds 1g, two conditions outside the applicability of pseudo-static methods for the seismic design of abutments and walls.


identifier: Samuel Perone, C. (2019). Deep Learning Methods for MRI Spinal Cord Gray Matter Segmentation  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La moelle épinière humaine, qui fait partie du système nerveux central, est la principale voie responsable de la connexion du cerveau et du système nerveux périphérique. On sait que la matière grise présente dans la moelle épinière est associée à de nombreux troubles neurologiques tels que la sclérose en plaques et la sclérose latérale amyotrophique. L'IRM est souvent utilisée pour étudier les maladies neurologiques et surveiller leur évolution. À cette fin, la morphométrie extraite de la substance grise de la moelle épinière, telle que le volume de la substance grise, peut être utilisée pour identifier et comprendre les modifications tissulaires associées aux troubles neurologiques comme ceux mentionnés précédemment. Pour extraire des mesures morphométriques de la matière grise de la moelle épinière, une annotation (label) par voxel est requise pour chaque tranche du volume IRM. L'annotation manuelle ne peut donc pas être facilement implémenté dans la pratique en raison non seulement des efforts fastidieux nécessaires pour annoter manuellement chaque tranche d'un volume d'IRM, mais aussi du désaccord et des biais introduits par différents annotateurs humains. Toutefois, il existe de nombreuses méthodes semi-automatiques ou entièrement automatiques pour annoter chaque voxel, mais la plupart d'entre elles sont composées d'approches en plusieurs étapes pouvant propager des erreurs dans le pipeline, s'appuient sur des dictionnaires de données ou ne généralisent pas bien lorsqu'il y a des changements anatomiques. Il est bien connu que les techniques modernes basées sur l'apprentissage par la représentation et l'apprentissage en profondeur ont obtenu d'excellents résultats dans un large éventail de tâches allant de la vision par ordinateur à l'imagerie médicale. Le programme de recherche de ce projet consiste à améliorer les résultats les plus récents des méthodes existantes au moyen de techniques modernes d'apprentissage en profondeur grâce à la conception, la mise en oeuvre et l'évaluation de ces méthodes pour la segmentation de la substance grise de la moelle épinière. Dans ce projet, trois techniques principales ont été développées: en open source, comme décrit ci-dessous. La première technique consistait à concevoir une architecture d'apprentissage en profondeur pour segmenter la matière grise de la moelle épinière et a permis d'obtenir de meilleures résultats comparé à six autres méthodes développées précédemment pour la segmentation de la matière grise. Cette technique a également permis de segmenter un volume ex vivo avec plus de 4000 tranches en fournissant au préalable et moins de 30 échantillons annotés du même volume. La deuxième technique a été développée pour tirer profitnon seulement des données anotées, mais aussides données qui ne le sont pas (données non anotées) au moyen d'une méthode d'apprentissage semi-supervisée étendue aux tâches de segmentation. Cette méthode a apporté des améliorations significatives dans un scénario réaliste sous un régime de données réduit en ajoutant des données non annotées au cours du processus de formation du modèle. La troisième technique développée est une méthode d'adaptation de domaine non supervisée pour la segmentation. Dans ce travail, nous avons abordé le problème du décalage de distribution présent sur les données IRM, qui est principalement causé par différents paramètres d'acquisition. Dans ce travail, nous avons montré qu'en adaptant le modèle à un domaine cible présenté au modèle sous forme de données non annotées, il est possible d'améliorer de manière significative la segmentation de la matière grise pour le domaine cible invisible. Conformément aux principes de la science ouverte pour tous (open science), nous avons ouvert toutes les méthodes sur des référentiels publics et en avons implémenté certaines sur la Spinal Cord Toolbox (SCT) 1, une bibliothèque complète et ouverte d'outils d'analyse pour l'IRM de la moelle épinière. Nous avons également utilisé uniquement des ensembles de données accessibles au public pour toutes les évaluations et la formation de modèles, ainsi que pour la publication de tous les articles sur les revues en libre accès, avec une disponibilité gratuite sur les serveurs d'archives pré-imprimées. Dans ce travail, nous avons pu constater que les modèles d'apprentissage en profondeur peuvent en effet fournir des progrès considérables par rapport aux méthodes précédemment développées. Les méthodes d'apprentissage en profondeur sont très flexibles et robustes. Elles permettent d'apprendre de bout en bout l'ensemble des pipelines de segmentation tout en permettant de tirer profit de données non annotées pour améliorer les performances du même domaine dans un scénario d'apprentissage semi-supervisé ou en tirant parti de données non étiquetées pour améliorer les performances des modèles dans des domaines cibles non vus. Il est également clair que l'apprentissage en profondeur n'est pas une panacée pour l'imagerie médicale. De nombreux problèmes demeurent en suspens, tels que le décalage de généralisation toujours présent lors de l'utilisation de ces modèles sur des domaines non vus. Un futur axe de recherche inclut le développement en cours de techniques pour éclairer les modèles d'apprentissage automatique avec paramétrisation d'acquisition IRM afin par exemple d'améliorer la généralisation du modèle à différents contrastes, ainsi que d'améliorer la variabilité inhérente de ces images due aux différentes machines et aux changements anatomiques. L'estimation de l'incertitude liée à la distillation des connaissances au cours des phases de formation des approches décrites dans ce travail constitue un autre domaine de recherche 1disponible à https://github.com/neuropoly/spinalcordtoolbox. potentiel. Cependant, les mesures d'incertitude font partie d'un domaine de recherche en cours d'évolution dans le Deep Learning. En effet la plupart des méthodes fournissant une approximation médiocre ou une sous-estimation de l'incertitude épistémique présente dans ces modèles. L'imagerie médicale reste un domaine très difficile pour les modèles d'apprentissage automatique en raison des fortes hypothèses d'identité distributionnelle formulées par les algorithmes d'apprentissage statistique ainsi que de la difficulté à incorporer de nouveaux biais inductifs dans ces modèles pour tirer parti de la symétrie, de l'invariance de rotation, entre autres. Néanmoins, avec la quantité croissante de données disponibles, elles offrent de grandes promesses et gagnent lentement en robustesse pour pouvoir entrer dans la pratique clinique.  ABSTRACT: The human spinal cord, part of the Central Nervous System (CNS), is the main pathway responsible for the connection of brain and peripheral nervous system. The gray matter present in the spinal cord is known to be associated with many neurological disorders such as multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is often used to study diseases and monitor the disease burden/progression during the course of the disease. To that goal, morphometrics extracted from the spinal cord gray matter such as gray matter volume can be used to identify and understand tissue changes that are associated with the aforementioned neurological disorders. To extract morphometrics from the spinal cord gray matter, a voxel-wise annotation is required for each slice of the MRI volume. Manual annotation becomes prohibitive in practice due to the time-consuming efforts required to manually annotate each slice of an MRI volume voxel-wise, not to mention the disagreement and bias introduced by different human annotators. Many semi-automatic or fully-automatic methods exist but most of them are composed by multi-stage approaches that can propagate errors in the pipeline, rely on data dictionaries, or doesn't generalize well when there are anatomical changes. It is well-known that modern techniques based on representation learning and Deep Learning achieved excellent results in a wide range of tasks from computer vision and medical imaging as well. The research agenda of this project is to advance the state-of-the-art results of previous methods by means of modern Deep Learning techniques through the design, implementation, and evaluation of these methods for the spinal cord gray matter segmentation. In this project, three main techniques were developed an open-sourced, as described below. The first technique is the design of a Deep Learning architecture to segment the spinal cord gray matter that achieved state-of-the-art results when evaluated by a third-party system and compared to other 6 independently developed methods for gray matter segmentation. This technique also allowed to segment an ex vivo volume with more than 4000 slices by just providing less than 30 annotated samples from the same volume. The second technique was developed to take leverage not only of labeled data but also from unlabeled data by means of a semi-supervised learning method that was extended to segmentation tasks. This method achieved significant improvements in a realistic scenario under a small data regime by adding unlabeled data during the model training process. The third developed technique is an unsupervised domain adaptation method for segmentation. In this work, we addressed the problem of the distributional shift present on MRI data that is mostly caused by different acquisition parametrization. In this work, we showed that by adapting the model to a target domain, presented to the model as unlabeled data, it is possible to achieve significant improvements on the gray matter segmentation for the unseen target domain. Following the open science principles, we open-sourced all the methods on public repositories and implemented some of them on the Spinal Cord Toolbox (SCT) 2, a comprehensive and open-source library of analysis tools for MRI of the spinal cord. We also used only public available datasets for all evaluations and model training, and also published all articles on open-access journals with free availability on pre-print archive servers as well. In this work, we were able to see that Deep Learning models can indeed provide huge steps forward when compared to the previously developed methods. Deep Learning methods are very flexible and robust, allowing end-to-end learning of entire segmentation pipelines while being able to take leverage of unlabeled data to improve the performance for the same domain on a semi-supervised learning scenario, or by taking leverage of unlabeled data to improve the performance of models in unseen target domains. It is also clear that Deep Learning is not a panacea for medical imaging. Many problems remain open, such as the generalization gap that is still present when using these models on unseen domains. A future line of research includes the on-going development of techniques to inform machine learning models with MRI acquisition parametrization to improve the generalization of the model to different contrasts, to the inherent variability of these images due to different machine vendors and anatomical changes, to name a few. Another potential area of research is the uncertainty estimation for knowledge distillation during training phases of the approaches described in this work. However, uncertainty measures are still an open area of research in Deep Learning with most methods providing a poor approximation or under-estimation of the epistemic uncertainty present in these models. Medical imaging is still a very challenging field for machine learning models due to the strong assumptions of distributional identity made by statistical learning algorithms as well as the difficulty to incorporate new inductive biases into these models to take leverage of symmetry, rotation invariance, among others. Nevertheless, with the amount of data availability growing, they show great promises and are slowly gaining robustness enough to be able to enter in clinical practice.


identifier: Benacer, I. (2019). Fast, Scalable, and Flexible C++ Hardware Architectures for Network Data Plane Queuing and Traffic Management  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de communication actuels et ceux de la prochaine génération font face à des défis majeurs en matière de commutation et de routage de paquets dans le contexte des réseaux définis par logiciel (SDN–Software Defined Networking), de l'augmentation du trafic provenant des diffèrents utilisateurs et dispositifs connectés, et des exigences strictes de faible latence et haut débit. Avec la prochaine technologie de communication, la cinquième génération (5G) permettra des applications et services indispensables tels que l'automatisation des usines, les systèmes de transport intelligents, les réseaux d'énergie intelligents, la chirurgie à distance, la réalité virtuelle/augmentée, etc. Ces services et applications exigent des performances très strictes en matière de latence, de l'ordre de 1 ms, et des débits de données atteignant 1 Gb/s. Tout le trafic Internet transitant dans le réseau est traité par le plan de données, aussi appelé traitement associé au chemin dit d'accès rapide. Le plan de données contient des dispositifs et équipements qui gèrent le transfert et le traitement des différents trafics. La hausse de la demande en bande passante Internet a accru le besoin de processeurs plus puissants, spécialement conçus pour le traitement rapide des paquets, à savoir les unités de traitement réseau ou les processeurs de réseau (NPU–Network Processing Units). Les NPU sont des dispositifs de réseau pouvant couvrir l'ensemble du modèle d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI–Open Systems Interconnect) en raison de leurs capacités d'opération haute vitesse et de fonctionnalités traitant des millions de paquets par seconde. Compte tenu des besoins en matière de haut débit sur les réseaux actuels, les NPU doivent accélérer les fonctionnalités de traitement des paquets afin d'atteindre les requis des réseaux actuels et pour pouvoir supporter la nouvelle génération 5G. Les NPU fournissent divers ensembles de fonctionnalités, depuis l'analyse, la classification, la mise en file d'attente, la gestion du trafic et la mise en mémoire tampon du trafic réseau.  ABSTRACT: Current and next generation networks are facing major challenges in packet switching and routing in the context of software defined networking (SDN), with a significant increase of traffic from different connected users and devices, and tight requirements of high-speed networking devices with high throughput and low latency. The network trend with the upcoming fifth generation communication technology (5G) is such that it would enable some desired applications and services such as factory automation, intelligent transportation systems, smart grid, health care remote surgery, virtual/augmented reality, etc. that require stringent performance of latency in the order of 1 ms and data rates as high as 1 Gb/s. All traffic passing through the network is handled by the data plane, that is called the fast path processing. The data plane contains networking devices that handles the forwarding and processing of the different traffic. The request for higher Internet bandwidth has increased the need for more powerful processors, specifically designed for fast packet processing, namely the network processors or the network processing units (NPUs). NPUs are networking devices which can span the entire open systems interconnection (OSI) model due to their high-speed capabilities while processing millions of packets per second. With the high-speed requirement in today's networks, NPUs must accelerate packet processing functionalities to meet the required throughput and latency in today's networks, and to best support the upcoming next generation networks. NPUs provide various sets of functionalities, from parsing, classification, queuing, traffic management, and buffering of the network traffic. In this thesis, we are mainly interested in the queuing and traffic management functionalities in the context of high-speed networking devices. These functionalities are essential to provide and guarantee quality of service (QoS) to various traffic, especially in the network data plane of NPUs, routers, switches, etc., and may represent a bottleneck as they reside in the critical path. We present new architecures for NPUs and networking equipment. These functionalities are integrated as external accelerators that can be used to speed up the operation through field-programmable gate arrays (FPGAs). Also, we aim to propose a high-level coding style that can be used to solve the optimization problems related to the different requirement in networking that are parallel processing, pipelined operation, minimizing memory access latency, etc., leading to faster time-to-market and lower development efforts from high-level design in comparison to hand-written hardware description language (HDL) coded designs.


identifier: Gosselin, M. (2019). Bioaccessibilité pulmonaire et potentiel oxydatif des métaux associés aux particules fines de sols contaminés à l'arséniate de cuivre chromaté (ACC)  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'arséniate de cuivre chromaté (ACC) est un produit inorganique pour le traitement du bois utilisé à l'échelle mondiale depuis plus de 40 ans. Certains problèmes associés à son utilisation, tels que la lixiviation de ses constituants métalliques (As, Cr et Cu) et la contamination des sols en périphérie de structures de bois traité, ont fait l'objet d'une multitude d'études dans le passé. Cependant, peu d'information est actuellement disponible sur les risques que peuvent poser ces sols contaminés à l'ACC sur la santé humaine. Sachant que des particules fines (PM) issues des sols contaminés pourraient potentiellement être mises en suspension dans l'air et inhalées, une étude sur les risques associés à l'inhalation de PM issues de sols contaminés à l'ACC est donc nécessaire. Afin d'évaluer de façon rigoureuse les risques associés à l'inhalation de ces PM, la bioaccessibilité de leurs constituants métalliques et leur potentiel oxydatif (OP) (i.e. capacité à produire des espèces réactives de l'oxygène (ROS)) devraient être analysés en parallèle. Cette approche permettrait l'obtention d'informations intéressantes sur les liens unissant la bioaccessibilité pulmonaire de métaux et le OP de PM. Afin de réaliser une telle étude, 10 échantillons des sols (S1 à S10) situés à proximité de poteaux de ligne de transmission traités à l'ACC ont été échantillonnés et tamisés afin d'obtenir des échantillons de PM (P1 à P10) possédant des diamètres inférieurs à 20 µm (PM20). Les sols ainsi collectés ont pu être analysés pour diverses propriétés physico-chimiques (pH, capacité d'échange cationique (CEC), teneur en carbone total (TC) et teneur en carbone organique total (TOC)) et leur contenu total en métaux (As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb et Zn). Les échantillons de PM, quant à eux, ont fait l'objet d'une caractérisation de leur contenu total en métaux, de leur TC et TOC et d'une analyse granulométrique sommaire. Le fractionnement de métaux sélectionnés (Cu, Ni, Pb et Zn), le OP et la bioaccessibilité pulmonaire de tous les métaux ont été analysés pour les échantillons de PM. Deux fluides pulmonaires synthétiques (SLF) distincts (solution de Gamble (GS) et fluide lysosomal artificiel (ALF)) ont été utilisés dans le cadre des tests de bioaccessibilité pulmonaire. Un test de déplétion d'acide ascorbique a été utilisé pour l'estimation du OP des PM (OPAA).Les analyses chimiques ont permis de conclure que les échantillons de sols et de PM étaient effectivement contaminés à l'ACC. Des concentrations moyennes d'As particulièrement préoccupantes ont pu être observées dans les sols (265 ± 400 mg/kg) et les PM (1129 ± 1807mg/kg). Des concentrations substantielles en Cr et en Cu ont aussi été mesurées dans certains échantillons de PM. Dans la GS, des valeurs de bioaccessibilité faibles ont été observées pour tous les métaux étudiés. L'As était le métal le plus bioaccessible (12 ± 5.1%) dans ce SLF. Des valeurs plus élevées de bioaccessibilité ont été observées dans le ALF pour tous les métaux. Les métaux les plus bioaccessibles dans le ALF incluent le Cu (moy. 78.5 ± 4.2%), le Mn (moy. 56.8 ± 12.1%), le Zn (moy. 54.8 ± 24.5%) et l'As (moy. 45.4 ± 18.8%). Considérant la toxicité connue de l'As, ses charges importantes dans les PM étudiées et sa bioaccessibilité significative dans la GS et le ALF, ce métal fut identifié comme ayant le potentiel de poser un risque pour la santé humaine. Une excellente corrélation (r=0.92, p < 0.005, n=9) entre la fraction soluble et échangeable (F1) du Cu et sa bioaccessibilité dans la GS a pu être observée. Les fractions mobiles (i.e. F1 + F2) de divers métaux présentaient aussi des corrélations statistiquement significatives avec leur bioaccessibilité dans le ALF (i.e. Cu (r = 0.95, p < 0.005), Ni (r = 0.79, p < 0.05), Pb (r = 0.92, p < 0.005) et Zn (r = 0.98, p < 0.005) (n=9)). Ces résultats suggèrent donc l'existence d'un lien entre le fractionnement de certains métaux et leur bioaccessibilité pulmonaire.   Les tests de OP ont révélé que le OPAA de PM issues de sols contaminés à l'ACC (moy. 18.1 ± 14.8 nmol AA/min) était environ 20 fois plus important que le OPAA d'une solution témoin (0.97 ± 0.1 nmol AA/min) et significativement plus élevé que celui du matériel de référence BGS 102 (1.70 ± 0.2 nmol AA/min). Ceci suggère donc que la contamination d'un sol à l'ACC pourrait avoir une incidence sur le OP de ses PM et ainsi sur les risques sanitaires associés à leur inhalation. Les excellentes corrélations obtenues entre les fractions mobiles de Cu et le OPAA (F1 (r = 0.99, p < 0.005, n=9) et F2 (r = 0.97, p < 0.005, n=9)) suggèrent que ce métal pourrait être le facteur influençant le plus significativement le OPAA de PM issues de sols contaminés à l'ACC. Finalement, la relation entre la bioaccessibilité pulmonaire d'un métal et son influence sur le OPAA des PM a aussi été étudiée. Une excellente corrélation entre la fraction bioaccessible de Cu dans la GS et le OPAA des PM a été observée (r = 0.94, p < 0.005, n=10). Une corrélation similaire (r = 0.92, p < 0.005, n=10) a aussi été obtenue entre la fraction bioaccessible de Cu dans le ALF et le OPAA. Ces corrélations suggèrent l'existence d'un potentiel lien entre la bioaccessibilité pulmonaire du Cu et le OP de PM. Des études supplémentaires basées sur l'utilisation d'autres méthodes d'estimation du OP sont toutefois nécessaires afin de vérifier la validité de cette approche.  ABSTRACT: Chromated copper arsenate (CCA) is an inorganic wood preservative which has been extensively used worldwide for more than 40 years. Issues associated with its use (i.e. leaching of its constituents (As, Cr and Cu) and contamination of soil in the vicinity of treated wood structures) have been extensively documented in recent years.  Despite this, little information is currently available regarding the possible human health hazards of CCA-contaminated soils. Considering the potential suspension and inhalation of contaminated particulate matter (PM), a more thorough risk analysis on the inhalation of CCA-contaminated PM is required. In order to adequately assess the potential risks associated with the inhalation of these PM, a parallel investigation on the inhalation bioaccessibility of their metal constituents and their oxidative potential (OP) (i.e. the reactive oxygen species (ROS) production capability) should be carried out. This approach would enable the obtention of crucial information regarding possible correlations between metal inhalation bioaccessibility and OP of PM.In the present study, ten soil samples (S1 to S10) were collected near CCA-treated utility poles and sieved to 20 µm to obtain PM20 samples (P1 to P10). Soils were characterized for their total metal content (As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn) and various physicochemical properties (pH, cationic exchange capacity (CEC), total carbon content (TC) and total organic content (TOC)). PM samples were also characterized for their total metal content, TC, TOC and granulometry. Copper, Ni, Pb and Zn fractionation and the inhalation bioaccessibility of all metals were assessed in PM20 samples. Two distinct synthetic lung fluids (SLF) (Gamble's solution (GS) and artificial lysosomal fluid (ALF) were used for inhalation bioaccessibility assessments. An ascorbate-only depletion assay (OPAA) was used to evaluate the OP of PM. Characterization tests confirmed the assumption that studied soil and PM samples were contaminated by CCA. Very high As concentrations were observed in soils (265 ± 400 mg/kg) and PM (1129 ± 1807 mg/kg) samples. Various PM samples also presented elevated Cr and Cu contents. In GS, low bioaccessibility was observed for all metals. Out of all studied metals, As was the most bioaccessible (12 ± 5.1%) in GS. Systematically higher bioaccessibility values were observed for metals in ALF compared to GS. Copper (avg. 78.5 ± 4.2%), Mn (avg. 56.8 ± 12.1%), Zn (avg. 54.8 ± 24.5%) and As (avg. 45.4 ± 18.8%) presented the most significant bioaccessible fractions. Considering arsenic's known toxicity, its important concentrations in PM samples and its significant bioaccessibility in both GS and ALF, it was identified as concerning in regard of human health risks.    Soluble and exchangeable (F1) Cu correlated strongly with its bioaccessibility in GS (r=0.92, p < 0.005, n=9). Strong to moderate correlations between inhalation bioaccessibility in ALF and mobile (i.e. F1+F2) metal fraction were also observed for all tested metals (i.e. Cu (r = 0.95, p < 0.005), Ni (r = 0.79, p < 0.05), Pb (r = 0.92, p < 0.005) and Zn (r = 0.98, p < 0.005) (n=9)). These results suggest a possible link between the fractioning of certain metals and their inhalation bioaccessibility. On average, OPAA values of CCA-contaminated PM (avg. 18.1 ± 14.8 nmol AA/min) were 20 times more important than blanks (0.97 ± 0.1 nmol AA/min) and significantly higher than BGS 102 (1.70 ± 0.2 nmol AA/min) OPAA.  This suggest that the CCA contamination of a soil could influence the OP of its associated PM and, hence, the health impacts associated with their inhalation. Mobile Cu fractions were deemed to be the main factor influencing OPAA (F1 (r = 0.99, p < 0.005, n=9), F2 (r = 0.97, p < 0.005, n=9)) in studied PM samples. The influence of metal inhalation bioaccessibility on the OP of PM was also assessed. A strong correlation (r = 0.94, p < 0.005, n=10) was observed between Cu bioaccessibility in GS and OPAA. A similar correlation was noted for bioaccessible Cu in ALF (r = 0.92, p < 0.005, n=10). These findings suggest a possible link between Cu inhalation bioaccessibility and OP of PM. Research based on other OP estimation assays is still required to verify this finding.