identifier: Lupien, A. (2011). Une approche 3D pour la paramétrisation de pales de turbosoufflantes transsoniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La nécessité d'améliorer l'efficacité de la propulsion des turbosoufflantes modernes et l'augmentation rapide de la taille des soufflantes ont poussé les ingénieurs à concevoir cette composante de plus en plus précisément. En ce sens, l'approche utilisée jusqu'à ce jour dans l'industrie pour la conception de la géométrie des pales de la soufflante qui consiste à la paramétrisation 2D d'une série de sections distribuées dans la direction de l'envergure a atteint certaines limites. Le travail présenté dans ce mémoire tente d'améliorer cette approche en fournissant un contrôle tridimensionnel sur la géométrie.  L'approche proposée pour la paramétrisation de pales de soufflantes présentée dans ce travail conserve les aspects principaux de la paramétrisation présentement utilisée et l'enrichit en lui ajoutant un contrôle et une continuité dans la direction de l'envergure. Ceci est accompli en remplaçant les divers paramètres contrôlant la géométrie des sections 2D par des splines qui décrivent l'évolution de ces paramètres dans cette même direction. Cette méthode permet donc d'avoir une continuité des paramètres de sections en sections et de contrôler plus efficacement les changements de la géométrie le long de l'envergure.  Les différents aspects techniques de la paramétrisation actuelle et de l'approche proposée sont présentés dans ce mémoire. De plus, le passage entre la paramétrisation et la géométrie finale de la pale de la soufflante est aussi démontré.  Un module de modification multi-niveau a aussi été développé afin de faciliter la modification d'une géométrie existante. Ce module est basé sur l'utilisation d'une fonction d'influence qui permet de modifier les distributions de paramètres de manière locale ou globale.   Une validation de l'approche proposée est présentée par la reconstruction de la pale du rotor 67 de la NASA à partir de la nouvelle paramétrisation. La pale reconstruite est alors comparée à la pale de référence fournie par les travaux de Strazisar et al. [1]. Cette comparaison est faite tant au niveau de la qualité de la géométrie obtenue que des performances aérodynamiques. Géométriquement, la différence maximale entre les deux pales est de 0.108% relativement à la corde méridionale. Au point de vue des performances aérodynamiques, l'efficacité est conservée à 0.16% et le rapport de pression totale à 0.07%. De plus, les tendances générales du comportement de l'écoulement se comparent bien aux données expérimentales.  Finalement, le module de modification multi-niveau est vérifié par la modification de la géométrie de la pale du rotor 67 de la NASA au niveau de l'épaisseur, de la distribution d'angle et de la longueur de la corde méridionale, et ce d'un point de vue local et global.  ABSTRACT: The need to improve the efficiency of modern turbofan propulsion and the rapid increase of the fan diameter over the years have driven engineers to design this component more precisely. In fact, the fan blade geometry design approach used until today in the industry that consists of stacking 2D airfoils along the span has reached its limits. The work presented in this paper attempts to improve this approach by providing a three-dimensional control on the geometry.  The proposed approach for fan blades parameterization presented in this work preserve the main aspects of the parameterization currently used and improve it by adding a control and continuity in the spanwise direction. This is accomplished by replacing the various parameters controlling each 2D section by splines that describe the evolution of the parameters in this same direction. This method ensure a continuity of the parameters from section to section and enhance the control of the geometry along the span.  The various technical aspects of the current parameterization and the proposed approach are presented in this paper. In addition, the bridge between the parameterization and the final blade geometry is also shown. A multi-level modification module has also been developed to facilitate the modification of an existing geometry. This module is based on an influence function that allows the modification of parameter distributions in a local or global way.  A validation of the proposed approach is presented by the reconstruction of the NASA rotor 67 with the new parameterization. The rebuilt blade is then compared to the reference blade provided by the work of Strazisar et al. [1]. This comparison is made both in the quality of the resulting geometry as aerodynamic performance. Geometrically, the maximum difference between the two blades is 0.108% with respect to the meridional chord. In terms of aerodynamic performance, efficiency is maintained to 0.16% and the total pressure ratio to 0.07%. In addition, the general tendency of the behavior of the flow compare well with experimental data.  Finally, the multi-level modification module is verified by changing the thickness, the angle distribution and the length of the meridional chord of the geometry of the NASA rotor 67 blade in a local and global manner.


identifier: Khalkhal, F. (2011). Characterization of Flow-Induced Structures in Carbon Nanotube Suspensions  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les nanotubes de carbone sont des nanoparticules fibreuses présentes dans de nombreuses applications. Grâce à leur importante surface spécifique apparente, leur densité de courant électrique élevée, leur stabilité thermique et leurs excellentes propriétés mécaniques, les nanotubes de carbone sont utilisés pour améliorer les propriétés physiques des matrices polymériques. Les propriétés macroscopiques des suspensions proviennent de leurs propriétés à l'échelle du micron et du submicron. La structure des suspensions peut être facilement influencée par de nombreux paramètres tels que les forces de cisaillement externes, la concentration de la suspension, la température, les caractéristiques des particules, etc. L'étude de la structure de la suspension représente un défi majeur et devient un sujet d'intérêt grandissant pour de nombreux chercheurs. Dans cette étude, la structure d'une suspension modèle de nanotubes de carbone dispersée dans une résine époxy est étudiée en utilisant un ensemble de méthodes rhéologiques, les théories fractales et de mise à l'échelle ainsi qu'un modèle structural thixotropique. L'effet de l'histoire d'écoulement sur les propriétés viscoélastiques linéaires des suspensions et l'évolution de la structure lors de l'arrêt du cisaillement ont été investigués pour une large gamme de vitesse de pré-cisaillement, de concentrations et de températures. Les résultats de ces analyses sont les suivants. L'effet de l'histoire d'écoulement s'est avéré plus prononcé pour les suspensions diluées ou semi-diluées. Les faibles vitesses de pré-cisaillement entraînent un plus grand nombre d'enchevêtrements entre les particules. Cela résulte de la réduction du seuil de percolation rhéologique. Pour les suspensions diluées ou semi-diluées, après l'arrêt du cisaillement, les vi différentes structures métastables formées ont pu être distinguées par leurs différents modules de conservation qui sont inversement reliés à la vitesse de pré-cisaillement. Pour les suspensions concentrées, les structures métastables formées ont donné des modules de conservation équivalents quelque soit le pré-cisaillement appliqué. Il a été montré que la vitesse de formation de ces structures métastables augmentait avec l'augmentation de la concentration. De plus, pour les concentrations faibles et intermédiaires, la vitesse de formation des structures métastables décroît lorsque l'on augmente la vitesse de pré-cisaillement appliqué, alors que pour les concentrations élevées, le pré-cisaillement n'a pas d'influence sur la formation des structures. Il a été trouvé que le module élastique des structures métastables formées est relié aux vitesses du pré-cisaillement appliquées selon une loi de puissance; les paramètres de celle-ci dépendent fortement de la concentration. Cette corrélation est applicable aux résultats à cisaillements constants pour les suspensions formant une courbe maîtresse sur une large échelle de concentrations, au-dessus et en-dessous du point de gélification. Cela illustre également l'importance du module de conservation des structures métastables comme un paramètre représentant l'évolution de la structure. À la lumière des théories fractales et de mise à l'échelle, il apparaît dans cette recherche que les suspensions de nanotubes étudiées sont classées comme des suspensions à floculation lente pour lesquelles l'élasticité des structures provient à la fois des liaisons inter- et intra-flocs. De plus, le potentiel d'interaction des suspensions est une combinaison des composants centraux et non-centraux. La faible sensibilité de la dimension fractale des suspensions à l'histoire d'écoulement est en accord avec le module de conservation constant des structures métastables, qui est faiblement influencé par la vitesse de pré-cisaillement proche et au-dessus du point de gélification. vii Etant donné que les forces de cisaillement perturbent l'état de dispersion et d'enchevêtrement des particules, cela peut causer la formation de structures sous écoulement ou la distorsion des structures dépendant de la concentration et de la vitesse du pré-cisaillement appliquée. En comparant le module de conservation des suspensions sans pré-cisaillement et celui des structures métastables après pré-cisaillement à différentes vitesses, une vitesse de pré-cisaillement critique a été déterminée pour les concentrations faibles et intermédiaires au-dessus desquelles des enchevêtrements de nanotubes se sont rompus; cela réduit leur élasticité et provoque la formation incomplète de la structure au repos. L'évolution de la structure est en accord – qualitativement – avec les prédictions d'un modèle structural thixotropique. A la différence de nombreuses suspensions de fibres et de nano-composites, le mouvement Brownien est un mécanisme influençant la formation de la structure de la suspension de nanotubes de carbone modèle en l'absence d'écoulement. Cette conclusion a pu être formulée grâce à une analyse quantitative de la vitesse de formation de la structure selon différentes températures conjointement à la réponse de la suspension en démarrage dans des directions opposées.  ABSTRACT: Carbon nanotubes (CNTs) are fibre-like nano-particles with many different applications. Due to their high specific surface area, high electric current density, thermal stability and excellent mechanical properties, they are used to reinforce physical properties of polymer matrices. The macroscopic properties of suspensions are inherited from their properties at micron and sub-micron scales. The suspensions structure can be easily influenced by many parameters such as the extent of external shear forces, the suspension concentration, temperature, the particles specifications, etc. This makes the study of the suspension structure a very challenging task and has been the subject of interest to many researchers. In this thesis, the structure of a model carbon nanotube suspension dispersed in an epoxy is studied by employing a set of rheological methods, scaling and fractal theories and a structural thixotropic model. The effect of flow history on linear viscoelastic properties of suspensions and the evolution of structure upon cessation of shear flow has been studied over a wide range of pre-shearing rates, concentration and temperature. The results of these analyses are as follows. The effect of flow history is more pronounced on the suspensions structure in dilute and semi-dilute concentration regimes. By pre-shearing at low rates, more inter-particle entanglements were induced, which resulted in reduction of rheological percolation thresholds. After cessation of shear flow, for dilute and semi-dilute suspensions, the formed metastable structures were distinguishable by different storage moduli, which were inversely related to the rate of pre-shearing. However, for the concentrated suspensions, the formed metastable structures had an approximately equal storage modulus regardless of the rate of the applied pre-shearing. It was shown that the rate of formation of these metastable structures was ix enhanced by increasing concentration. Furthermore, the rate of structure build-up decreased by increasing the applied pre-shear rate in low and intermediate concentrations, while it remained almost intact with respect to the pre-shearing rate at high concentrations. It was found that the elastic modulus of the formed metastable structures scaled with the applied pre-shear rate in a power-law form, the parameters of which strongly depended on the concentration. As a result, scaling the steady shear results of the suspensions using this correlation formed a master curve over a wide range of concentrations below and above the gel point; this illustrated the importance of the storage modulus of metastable structures as a parameter, which represented the parameters involved in the evolution of structure. The conducted research in the light of scaling and fractal theories revealed the fact that the model CNT suspensions under investigation was classified as slowly flocculating suspensions in which the elasticity of structures originated from both the inter- and intra-floc links. Moreover, the interaction potential of the suspensions was a combination of central and non-central components. The less sensitivity of the fractal dimension of the suspensions to the flow history was in agreement with the invariant storage modulus of the metastable structures, which was barely influenced by the rate of pre-shearing near and above the gel point. Since application of shear forces disturbed the state of dispersion and particle entanglements, it may cause formation of some flow-induced structures or distortion of structures depending on the concentration regime and the rate of the applied pre-shearing. By comparing the storage modulus of the suspensions without pre-shearing and the one for the metastable structures after pre-shearing at various rates, a critical pre-shear rate was found at low and intermediate concentrations above which some nanotube entanglements broke down; this reduced their elasticity and resulted in the incomplete structure build-up at rest during transient flow x reversal measurements. The structural evolution that has been explained so far was shown to be in qualitative agreement with the predictions of a structural thixotropic model. Unlike many fiber suspensions and nano-composites, the Brownian motion was an influential mechanism in structure build-up of the carbon nanotube model suspensions in the absence of flow. This was concluded by a quantitative analysis of the rate of the structural build-up under the variation of temperature in conjunction with the extent of structure reconstruction at rest in a set of transient stress growth measurements in opposite directions.


identifier: Burlet-Vienney, D. (2011). Développement de connaissances sur la pratique et les spécificités du cadenassage dans le secteur des affaires municipales au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À partir des bases de données de plusieurs pays européens, il est estimé que 10-15 % des accidents mortels au travail et 15-20 % de tous les accidents sont liés à la maintenance. Au Québec, la méthode prescrite pour maîtriser les énergies dangereuses lors des opérations de maintenance, de réparation ou de déblocage sur des machines est le cadenassage d'après l'article 185 du Règlement sur la Santé et la Sécurité du Travail (RSST). Les procédures de cadenassage imposent l'arrêt de l'équipement, l'isolement des énergies sources de danger, la condamnation à l'aide de cadenas identifiés des dispositifs d'isolement des sources d'énergie, la signalisation à l'aide d'étiquettes, la dissipation ou le blocage des énergies accumulées, et la vérification de l'absence d'énergie sur l'équipement.  Malgré cette obligation réglementaire, d'après l'Association Paritaire pour la santé et la sécurité du travail, Secteur « Affaires Municipales » (APSAM), le cadenassage ne semble pas s'implanter autant qu'il le devrait dans le milieu municipal. Une hypothèse pour expliquer en partie ces difficultés serait que l'organisation et la pratique du cadenassage au sein d'une municipalité présentent des contraintes techniques et organisationnelles spécifiques. Ainsi, cette étude exploratoire vise à caractériser les pratiques et les spécificités du cadenassage dans le secteur des affaires municipales au Québec.  Pour répondre à cet objectif, (i) les accidents liés à un problème de maîtrise des énergies dangereuses dans le secteur des affaires municipales ont été répertoriés et analysés, (ii) un recensement des documents traitant du cadenassage dans le secteur des affaires municipales a été réalisé, et (iii) 12 municipalités du Québec et 23 lieux municipaux ont été visités en utilisant un guide d'entretien et une grille d'observation élaborés à partir de documents de référence comme la norme canadienne CSA Z460-05 (2005).  Les résultats obtenus sont principalement les suivants :  -La machinerie mobile utilisée l'hiver (camion, épandeur, surfaceuse, etc.) est le principal équipement en cause lors des accidents graves répertoriés sur notre sujet.  -La revue de la littérature a permis d'identifier sept zones potentielles pour l'application du cadenassage dans une municipalité : (i) les usines de traitement des eaux, (ii) la voirie, (iii) les ateliers, (iv) les bâtiments publics, (v) les parcs et les espaces verts, (vi) les usines de traitement des déchets, et (vii) le réseau de transport en commun. Certaines de ces zones sont à l'extérieur sur un périmètre étendu ce qui représente une particularité du milieu municipal. -Le cadenassage au sein d'une municipalité concerne essentiellement les cols bleus pour l'application, les cols blancs pour la gestion, les pompiers lors de certaines interventions et pour les espaces clos, et enfin les sous-traitants qui doivent être encadrés par les municipalités lors de l'application du cadenassage.  ABSTRACT: From databases of several European countries, it is estimated that 10-15% of workplace fatalities and 15-20% of all accidents are related to maintenance. In Quebec, the mandatory method for controlling hazardous energy during maintenance, repair or unjamming works on machines is lockout in accordance with Article 185 of the Quebec's Occupational Health and Safety Regulation. Lockout procedures involve shutting down the equipment, isolating it, applying individual locks, applying tags, releasing residual energies, and verifying the absence of energies.  Despite this legal requirement, according to the Association Paritaire pour la santé et la sécurité du travail, Secteur « Affaires Municipales » (APSAM), lockout doesn't seem to be introduced as much as it should in the municipal sector. One hypothesis to partly explain this phenomenon is that the constraints concerning the organization and the practice of lockout in municipalities are specific. Therefore, this exploratory study aims to delineate the organisation and the characteristics of lockout in the municipal sector in Quebec.  To meet this objective, (i) accidents in the municipal sector related to the problem of hazardous energy control were identified and analyzed, (ii) a literature review on lockout in the municipal sector has been achieved, and (iii) 12 municipalities in Quebec and 23 municipal sites were visited with a questionnaire and an observation checklist based on documents such as the Canadian standard CSA Z460-05 (2005).  This study has led to results such as:  -The moving machinery used during winter activities (truck, spreader, grooming, etc.) is the main equipment involved in serious accidents linked with our subject.  -Seven potential areas for application of lockout in a municipality were identified with the literature review: (i) water treatment plants, (ii) public works, (iii) workshops, (iv) public buildings, (v) public parks and green areas, (vi) waste treatment plants, and (vii) public transport network. Some of these areas are outside and vast which is a feature of the municipal sector.  -Lockout in a municipality impacts blue collar for the application, white-collar for management, firefighters for some interventions and confined spaces, and finally sub-contractors that must be supervised during lockout activities.


identifier: Stefan, C. L. (2011). Modèle constitutif hydromécanique tridimensionnelle pour l'analyse de stabilité des piliers d'évacuateur de crues  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les ouvrages hydrauliques (OH), comme les piliers d'évacuateur de crues, sont des structures 3D soumises aux charges 3D. Une approche très convenable pour l'analyse de stabilité des OH et la "méthode de gravité" (MG). Dans sa forme classique, on cherche la réponse d'une section soumise à une charge axiale et à un moment de flexion amont-aval en supposant des contraintes normales linéaires; pour le cas général, les moments sont biaxiaux (PMM). Lors de la fissuration, les sous-pressions (SP) sont amplifiées due à l'eau en fissures. Les facteurs de sécurité au glissement (FSG) sont calculés avec le cisaillement résultant Vx, Vy et le critère de rupture Mohr-Coulomb en ignorant la torsion T (VVT). Cette thèse présente une extension originale 3D de la méthode de gravité pour sections de béton fissurées de forme arbitraire ayant une variation longitudinale arbitraire soumises aux charges 3D arbitraires (PMM-VVT). Une méthode isogonique pour la construction des diagrammes multicritère d'interaction PMM pour sections arbitraires des OH considérant les SP et les barres d'armature a été proposée. Cette méthode est spécialement conçue pour les OH et elle n'est pas trouvée dans la littérature. Afin d'évaluer la distribution des contraintes de cisaillement, on a développé un algorithme d'analyse sectionnelle basé sur la Théorie de l'Élasticité incluant la torsion Saint-Venant et non uniforme avec des éléments finis (EF) 2D. Les FSG qui tiennent compte de la torsion sont calculés à l'aide de l'intégrale des contraintes normales sur la partie non fissurée de la section où le critère de rupture Mohr-Coulomb n'est pas localement dépassé. Des exemples de validation montrent la précision des résultats du modèle par comparaison avec des analyses EF 3D pour piliers réguliers ou trapus. Si l'hypothèse de distribution linéaire des contraintes normales de flexion est appropriée, les contraintes de cisaillement sont très proches de celles de l'analyse EF 3D (différence < 1%) avec un effort de calcul beaucoup plus réduit. Pour les piliers trapus, l'intensité des contraintes montre une certaine variation, mais la distribution est très similaire à celle de l'analyse EF 3D. Le modèle proposé ayant la philosophie de la MG a une importance majeure pour la pratique parce qu'il permet d'effectuer une série d'analyses sectionnelles simplifiées, mais adéquates pour l'évaluation 3D de stabilité des OH.  ABSTRACT: Concrete hydraulic structures (HS), such as spillway piers, are three-dimensional (3D) components subjected to 3D loads. A very convenient approach to perform stability analysis of HS is the so-called "gravity method". Its classical form leads to the solution of an axial force P and upstream/downstream bending moment M problem assuming linear normal stress distribution; in general, biaxial moments are applied (PMM). If cracking is taking place, water penetrates in cracks inducing the development of full uplift pressures. Sliding safety factors (SSF) are computed using shear force resultants Vx, Vy and a Mohr-Coulomb failure criterion ignoring torsion T (VVT). This thesis presents an original 3D extension of the gravity method for cracked concrete sections of arbitrary shape having arbitrary longitudinal variation subjected to arbitrary 3D loads (PMM-VVT). An isogonic method to construct PMM interaction curves for arbitrary cross sections of HS considering multi performance criteria, water penetration in cracks as well as the presence of reinforcing steel was proposed. This method is specifically designed for HS and it is not found in the literature. To compute the shear stress distribution, a VVT sectional analysis algorithm has been developed based on the Theory of Elasticity including Saint-Venant and warping torsional components and 2D finite elements (FE). The SSF accounting for torsion is then computed from the integration of normal stresses on the remaining uncracked area where the Mohr-Coulomb criterion was not locally exceeded. Application examples ranging from regular piers to cracked variable section squat walls are presented to illustrate its accuracy by comparing with results from full 3D FE analyses. For shear stress analysis when the assumption of linear distribution for normal flexural stress is satisfied, the proposed sectional approach produces results within 1% of 3D FE with much reduced computational efforts. For bulk and squat walls the stress field distribution are very similar to 3D FE while the stress intensity shows some variations. This is of major practical because the proposed approach allows performing first a series of simplified yet acceptable sectional analyses in safety assessment of the 3D type of structures considered herein.


identifier: Bedwani, S. (2011). Apport de la microscopie à effet tunnel à la caractérisation d'interfaces molécule-métal à fort transfert de charge  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse est une investigation sur les propriétés électroniques et structurales des interfaces molécule-métal à fort transfert de charge. La maîtrise des aspects fondamentaux qui entourent ce type d'interface est nécessaire au développement de dispositifs moléculaires, surtout dans l'optique de former des contacts molécule-métal de qualité. Parmi ces aspects fondamentaux, on retrouve l'adsorption de molécules sur une surface métallique qui implique généralement un mécanisme de transfert de charge bidirectionnel. Ce mécanisme se décrit par un mélange complexe entre les orbitales de la molécule organique et celles des atomes métalliques de la surface. Ce mélange d'orbitales peut induire l'accumulation de charge partielle sur l'un des constituants et provoquer la déformation structurale de l'interface molécule-surface. Il existe plusieurs exemples dans la littérature qui témoignent de déformations moléculaires voire parfois de reconstruction de surface dont l'amplitude semble être reliée à la force de l'interaction molécule-surface ainsi qu'au transfert de charge constaté au sein de cette interface. Afin d'aborder l'importance du transfert de charge sur les propriétés de l'interface, nous avonsétudié l'interaction de la molécule de tétracyanoéthylène (TCNE) avec différentes surfaces de cuivre. Concernant le TCNE, une molécule fortement électrophile, il apparaît comme un candidat idéal pour investiguer l'influence de fort transfert de charge sur les propriétés électroniques et structurales d'interfaces molécule-surface. En effet, les complexes de TCNE avec plusieurs métaux de transition exhibent un comportement magnétique à température ambiante qui corrobore un changement très significatif de la charge résiduelle sur la molécule de TCNE. L'adsorption des molécules de TCNE sur les surfaces de Cu(100) et de Cu(111) a été étudiée par imagerie à effet tunnel (STM) et par calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec l'approximation de la densité locale (LDA). Les calculs DFT-LDA ont permis de déterminer la structure géométrique et la structure électronique des interfaces étudiées. Une analyse de Mulliken a permis d'évaluer la charge nette partielle sur les espèces adsorbées. Les diagrammes de densité d'états (DOS) ont fourni l'information nécessaire sur la nature des orbitales frontières impliquées dans le transfert de charge à l'interface molécule-métal. Afin de valider les observations théoriques, une étude comparative a été réalisée entre des images STM obtenues par simulation et des images STM expérimentales produites par nos collaborateurs. Les images STM théoriques ont été calculées avec le logiciel spags-stm en utilisant le formalisme de transport électronique de Landauer-Büttiker avec un hamiltonien semi-empirique basé sur la théorie d'Hückel étendue (EHT) et paramétrisé à l'aide de calculs DFT. Dans le développement du logiciel spags-stm, nous avons créé un module de discrétisation du domaine d'imagerie et permet une génération rapide des images STM. Ce module est basé sur un  ABSTRACT: This thesis invetigates the electronic and structural properties of molecule-metal interfaces with strong charge-transfer. Fundamental aspects of these interfaces need to be understood to promote the development of molecular devices, especially in view of forming good molecule-metal contacts. Among the various fundamental aspects studied here, we nd that the adsorption of molecules  on a metallic surface generally implies a bidirectional charge-transfer mechanism, and is described by a complex mixture between the orbitals of the organic molecule and that of metal atoms from the surface. This orbital mixture can induce partial net charge accumulation to one of the components, and cause structural deformation of the molecule-surface interface. Several examples of molecular deformation and surface reconstruction are reported in the literature. The magnitude of these deformations has been attributed to the strength of the molecule-surface interaction and the charge-transfer found at the interface. To assess the importance of charge-transfer on the interface properties, we studied the interaction of the tetracyanoethylene (TCNE) molecule with various copper surfaces. TCNE, a highly electrophilic molecule, appears as an ideal candidate to study the in uence of high charge-transfer on the electronic and structural properties of molecule-surface interfaces. Indeed, various TCNEtransition metal complexes exhibit magnetism at room temperature, which is in agreement with a very signicant change of the residual charge on the TCNE molecule. The adsorption of TCNE molecules on Cu(100) and Cu(111) surfaces was studied by scanning tunneling microscopy (STM) and by density functional theory (DFT) calculations with a local density approximation (LDA). DFT-LDA calculations were performed to determine the geometric and electronic structure of the studied interfaces. Mulliken analysis was used to evaluate the partial net charge on the adsorbed species. The density of states (DOS) diagrams provided informations on the nature of the frontier orbitals involved in the charge-transfer at molecule-metal interfaces. To validate the theoretical observations, a comparative study was conducted between our simulated STM images and experimental STM images provided by our collaborators. The theoretical STM images were obtained with the spags-stm software using the Landauer-B�uttiker formalism with a semi-empirical Hamiltonian based on the extended H�uckel theory (EHT) and parameterized using DFT calculations. During the development of the spags-stm software, we have created a discretization module allowing rapid generation of STM images. This module is based on an adaptive Delaunay meshing scheme to minimize the amount of tunneling current to be computed. The general idea consists into rening the mesh, and therefore the calculations, near large contrast zones rather than over the entire image. The adapted mesh provides an STM image resolution equivalent to that obtained with a conventional Cartesian grid but with a signicantly smaller number of calculated pixels.


identifier: Wagnac, É. (2011). Expérimentation et modélisation détaillée de la colonne vertébrale pour étudier le rôle de facteurs anatomiques et biomécaniques sur les traumatismes rachidiens  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les traumatismes à la colonne vertébrale (fractures osseuses, déchirures ligamentaires, hernies discales post-traumatiques, etc.) sont des lésions du système ostéo-disco-ligamentaire qui portent souvent atteintes à l'intégrité physique des victimes sur une longue durée et engendrent un fardeau économique énorme pour les victimes et les services de santé. Les chutes accidentelles et les accidents de la voie publique en sont les principales causes, étant responsables de plus de 85% des cas. Dans de tels accidents, la colonne vertébrale peut subir des efforts particulièrement élevés dont l'intensité et la distribution dépendent de facteurs anatomiques, qui sont propres à l'anatomie et difficilement modifiables (taille et forme des structures vertébrales, poids, âge et vieillissement, densité osseuse, architecture osseuse, etc.) et de facteurs biomécaniques, qui sont propres aux conditions dans lesquelles l'accident se produit (posture adoptée, sévérité et direction de l'impact, forces musculaires, etc.). Contrairement au segment cervical qui, au fil des ans, s'est mérité une attention toute particulière, la réponse biomécanique des segments lombaires et thoraciques (de T1 au sacrum) en situation accidentologique reste mal comprise. De fait, l'influence de facteurs anatomiques et biomécaniques tels que la présence d'ostéophytes vertébraux (liée au vieillissement), le taux de chargement (lié à la sévérité de l'impact) et le profil sagittal rachidien (lié à la posture adoptée et défini par l'orientation et la forme de la colonne vertébrale dans le plan sagittal) sur les traumatismes de la colonne vertébrale T1-sacrum n'a pas été étudiée de façon exhaustive. L'objectif général de ce projet doctoral était d'étudier l'influence de ces facteurs sur les traumatismes de la colonne vertébrale en situation accidentologique. Trois questions de recherche ont été étudiées : Q1 : Quelle est l'influence des ostéophytes vertébraux sur le comportement biomécanique à la rupture de la colonne vertébrale ainsi que sur la typologie, le patron, la localisation et la prédiction des fractures vertébrales en compression dynamique? Q2 : Quelle est l'influence du taux de chargement dynamique sur les traumatismes de la colonne vertébrale subis en compression, flexion, extension et cisaillement?  ABSTRACT: Spinal injuries such as vertebral fractures, ligament tears and disc herniations are lesions of the osteo-disco-ligamentous system that violate the physical integrity of victims over long periods of time. These injuries create a great economic burden for both the injured and health services. The major causes of spinal injuries, being responsible for more than 85% of cases, are falls from a height and road accidents. In such situations, the spine can withstand very high loads. The intensity and distribution depend on many anatomical factors, specific to the anatomy of a given spine and difficult to change (size and shape of the vertebral structures, weight, age and ageing, bone density, bone architecture, etc.), and biomechanical factors, mainly driven by the conditions in which the accident occurs (adopted posture, impact velocity and direction, muscular forces, etc.). Unlike the cervical spine, which over the years has garnered growing interest, the biomechanical behavior of the thoracic and lumbar spines (from the T1 vertebra to the sacrum) under traumatic events remains unclear. Consequently, the influence of factors such as the presence of vertebral osteophytes (related to ageing), the loading rate (related to the impact velocity) and the sagittal profile of the spine (related to the adopted posture and defined by the orientation and shape of the spine in the sagittal plane) have not been thoroughly investigated. The overall objective of this research project was to study the influence of these intrinsic and extrinsic biomechanical factors on spinal injuries. Three research questions were asked: Q1: What is the influence of vertebral osteophytes on failure parameters, type, pattern, location and risk prediction of vertebral fractures when the spine is submitted to dynamic compression? Q2: What is the influence of the loading rate on spinal injuries when the spine is submitted to dynamic compression, flexion, extension and shear? Q3: What is the influence of the sagittal profile of the spine on spinal injuries sustained in accidents that involve compression and flexion-distraction mechanisms? To answer these research questions, experiments on human cadaveric spines were performed and a detailed biomechanical model of the spine was refined, validated against experimental data, and exploited.


identifier: Ding, Y. (2011). Miniaturization Techniques of Substrate Integrated Waveguide Based on Multilayered Printed Circuit Board Platform  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RESUMÉ  Le guide d'ondes intégrées au substrat (GIS) est une structure à ondes guidées qui présente des avantages avec un  facteur de  qualité Q élevé et une excellente isolation ligne à ligne. La technique GIS a été largement utilisé dans la construction de composants passifs, tels que coupleurs, diviseurs, filtres, et déphaseurs. Certains dispositifs actifs ont également été développés avec facteur Q élevé et résonateurs en technologie GIS. En comparant à d'autres types de lignes de transmission planaire, le facteur de qualité Q important du GIS est une embouchure pour son intégration avec d'autres circuits classiques. Les techniques de miniaturisation du SIW sont donc devenues une urgence. Le travail dans cette thèse commence par l'examen et la discussion des techniques de miniaturisation existantes pour GIS, y compris les (ridge substrate integrated waveguide, RSIW), intégrés sur substrat à demi-mode (HMSIW) et les (folded substrata integrated waveguide, FSIW). L'impédance et la constante de propagation des lignes basées sur ces techniques de miniaturisation sont calculées en utilisant la méthode de résonance transversale (transverse resonant method, CRT). Bien que ces paramètres puissent être obtenus par des méthodes de simulation EM, un calcul rapide sera utile pour l'optimisation de la conception en utilisant l'analyse paramétrique. Une préoccupation particulière est axée sur la relation entre la constant d'atténuation et les paramètres géométriques. Les dimensions optimisées de chaque GIS miniaturisés sont proposés en se basant sur l'analyse paramétrique. Les paramètres de transmission de ces lignes de SIW miniaturisés peuvent être extraire en utilisant la méthode à double ligne. Sauf HMSIW, toutes les autres techniques de miniaturisation mentionnées ci-dessus pour la mise en œuvre  de la plateforme multicouche. Parmi les techniques de fabrication diverses qui sont en mesure de fournir des substrats multicouches,  le circuit imprimé multicouche est utilisé dans la conception des circuits rapportés dans cette thèse.  ABSTRACT: Substrate integrated waveguide (SIW) is a guided-wave structure that enjoys the benefits of a high Q-factor and an excellent line-to-line isolation. SIW technique has been widely used in building passive components, such as couplers, dividers, filters, and phase shifters. Some active devices have also been developed with high Q-factor SIW resonators. Comparing to other types of planar transmission lines, the big form factor of SIW is a bottleneck for its integration with other conventional integrated circuits. Miniaturization techniques for SIW therefore become very urgent. The work in this dissertation starts with the review and discussion of existing miniaturization techniques for SIW, including ridge substrate integrated waveguide (RSIW), half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW) and folded substrata integrated waveguide (FSIW). The impedance and propagation constant of the transmission lines based on these miniaturization techniques are calculated using transverse resonant method (TRM). Although these parameters can be extracted from full wave EM simulations, a fast computation be helpful in design optimization by using parametric analysis. One particular concern focuses on the relationship between attenuation constant and geometric parameters. Optimized dimensions of each miniaturized SIW are suggested based on the parametric analysis. The transmission line parameters of these miniaturized SIW transmission lines can be extracted using dual-line method. Except HMSIW, all other miniaturized techniques mentioned above need multilayer platform for implementation. Among various fabrication techniques which are able to provide multilayered substrate, multilayer printed circuit board is used in the design of the circuits reported in this dissertation. It is believed that the advantages of SIW circuit are important in millimeter wave applications, although the design might limit the operating frequency. Specifically, Rogers substrate R6002 is used in all our designs for proving the concepts investigated in this work. One principal step for using the SIW technology is to develop high-performance transitions and interconnects between substrate integrated circuits (SICs) and other types of transmission lines or circuits embedded in or surface mounted on the multilayer substrates. In this work, a novel transition between a microstrip line and an SIW in a multilayer substrate design environment is presented.


identifier: Costanzo, G. T. (2011). Demand Side Management in the Smart Grid  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Résumée L'objectif du présent projet est de développer des solutions pour améliorer l'efficacité énergétique dans les réseaux électriques. L'approche adoptée dans cette recherche est basée sur un concept nouveau dans le Smart Grids (réseaux électriques intelligents), l'optimisation du Demand/Response, qui permet la mise en œuvre de la gestion autonome de la demande de énergie pour une grande variété de consommateurs, des les maisons à les bâtiments, usines, centres commerciaux, les campus, les bases militaires, et même les micro-réseaux. La première partie de cette thèse présente le thème de la Smart Grid et évalue l'état de l'art par rapport aux portées du projet. Ensuite, nous introduisons une architecture pour la gestion autonome de la charge du côté de la demande. Cette architecture est composée par trois couches principales, dont deux, l'ordonnancement en ligne et l'ordonnancement au moindre coût, sont pleinement pris en compte, tandis que la troisième couche, la Demande/Response, est laissé comme une extension future. Une telle architecture tire profit de la séparation des des échelles de temps de la consommation d'énergie, et elle est évolutif et flexible. La deuxième partie de ce projet est axé sur la mise en œuvre de l'architecture proposée dans Matlab/Simulink, après une preuve de concept est donnée par des simulations et résultats expérimentaux. Mots-clés: programmation optimale de la charge, la charge de pointe de rasage, autonome Demand-Side Management (DSM), bâtiments intelligents, la demande / réponse, l'efficacité énergétique.  ABSTRACT: The objective of the present project is to develop solutions to improve energy eciency in electric grids. The basic approach adopted in this research is based on a new concept in the Smart Grid, namely Demand/Response Optimization, which enables the implementation of the autonomous demand side energy management for a big variety of consumers, ranging from homes to buildings, factories, commercial centers, campuses, military bases, and even micro-grids. The rst part of this thesis presents the topic of the Smart Grid and assesses the state of the art with respect to the scopes of the project. Afterward, we introduce an architecture for autonomous demand side load management composed of three main layers, of which two, online scheduling and minimum-cost scheduling, are fully addressed, while the third layer, Demand/Response, is left as future extension. Such architecture takes advantage of time-scale separation of energy consumption. It is scalable and exible. The second part of this project is focused on the implementation of the proposed architecture in Matlab/Simulink and a proof of concept is given through simulations and experimental results. Keywords: Optimal load scheduling, Peak-load shaving, Autonomous Demand-Side Man- agement (DSM), Smart Buildings, Demand/Response, Energy eciency.


identifier: Legrain, A. (2011). Génération de scénarios pour la demande en personnels durant plusieurs périodes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La recherche opérationnelle a permis de grandes avancées dans la fabrication d'horaires. Nous sommes capables maintenant de traiter de très grands problèmes de plusieurs millions de variables: l'être humain est incapable de résoudre de tels problèmes de manière aussi efficace que les logiciels actuels. Ces derniers prennent comme données les conventions collectives et la demande prévisionnelle en nombres d'employés. À partir de ces informations, ils construisent les jours de travail et de repos, les quarts de travail puis ils allouent les quarts et les tâches aux employés. Lorsque ces informations ne sont pas exactes, en particulier la demande, tout le processus du logiciel s'en trouve affecté et devient moins précis. Ce mémoire s'attaque à ce dernier problème et définit un modèle pour représenter l'incertitude de la demande prévisionnelle. Cette incertitude se traduit par une variation stochastique en pourcentage de la demande. Ces variations sont représentées par plusieurs types de perturbations: on tire de manière aléatoire l'apparition de ces perturbations ainsi que leur amplitude. Nous obtenons ainsi un modèle qui est modifiable et qui tente de représenter la réalité. Chaque type de perturbation est décrit par sa longueur, sa probabilité d'apparition ainsi que les paramètres qui régissent la loi log-normale de l'amplitude. Par la suite, une méthode d'estimation des paramètres du modèle est développée: elle calcule différents moments de la variation pour calibrer correctement les perturbations. Elle utilise des données historiques, suppose que ces dernières suivent le modèle et tente de retrouver les paramètres correspondant à cette configuration. Les résultats ainsi obtenus sont assez variables et plus ou moins bons en fonction des instances. Lorsque la variance de l'incertitude est faible (< .002), nous obtenons des bons résultats: le coût du planning est réduit de 1%. Pour des variances plus importantes, les résultats sont plus variables, mais il y a toujours des gains au niveau du coût.  ABSTRACT: Operations research has really increased the performance of workforce scheduling. We are now able to process huge problems with millions of variables : a human being cannot solve this kind of problems as efficiently as current software. The inputs of those softwares are the forecasted workforce demand and collective agreements. Days off, work days and shifts are built from those pieces of information, then shifts and tasks are assigned to the employees. The operation of the software is based on this information, if this one is not accurate, the whole process is affected and becomes less efficient. This master thesis tackles this last problem and defines a model to represent the uncertainty of the demand. This uncertainty is represented by random variations expressed in percentage of the demand. Those variations are modelled by several kinds of perturbations: we are drawing randomly the appearance of these perturbations and their amplitude. We are getting a model which can be modified and which tries to represent the reality. Each kind of perturbation is described by its length, its probability of appearing and the parameters which control the log-normal distribution of the amplitude. Then we are developing a method to infer the parameters of the model: we are computing different moments of the variation to size correctly the perturbations. Historic data are used to estimate the original parameters of those data. So the computed results are volatile and more or less accurate according to the instances. If the variance of uncertainty is low (<.002), results are good and there is a real gain (1%) for the cost of the scheduling. If the variance is more important, results are more volatile but there is still a gain for the cost.


identifier: Mahvash Mohammadi, A. (2011). Multi-Component Machine Monitoring and Fault Diagnosis Using Bling Source Separation and Advanced Vibration Analysis  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le diagnostic des machines rotatives, l'analyse des vibrations est largement connue pour être l'une des techniques les plus efficaces. Les vibrations sont une caractéristique inhérente des machines rotatives et les différentes composantes de ce type de machines telles que les arbres, les roulements et les engrenages produisent de l'énergie vibratoire avec différentes caractéristiques. N'importe quelle détérioration de l'état de telles composantes peut affecter leurs propriétés vibratoires et se manifester par conséquent dans la signature de vibration. Ceci est valable pour le diagnostic des défauts en analysant la signature des vibrations du système. Pour faire un excellent diagnostic des défauts utilisant les techniques d'analyse de vibration, il faut que les signaux acquis atteignent un certain niveau de propretés de telle sorte que le plus petit changement des attributs du signal dû à un défaut imminent dans n'importe quelle composante peut être détecté. Néanmoins, ce n'est pas le cas dans la pratique, car les signaux de vibration sont souvent encombrés par le bruit. Dans le cas des machines complexes à plusieurs éléments ce problème est aggravé encore plus car les différentes composantes produisent de l'énergie vibratoire. En effet à toutes les fois qu'il est nécessaire de surveiller n'importe quelle composante d'intérêt, les vibrations produites par les autres affectent le signal. Parmi les moyens pour contourner ce problème est de placer des capteurs aussi proches que possible des composantes données. Mais, certaines restrictions telles que la complexité, la politique de garantie du fabricant et l'inaccessibilité empêchent de tel emplacement, de ce fait, dans la majorité des cas les capteurs sont placés sur la surface extérieure de la structure. Par conséquent les capteurs collectent non seulement des signaux de vibrations d'une composante spécifique mais des autres composantes aussi, de ce fait, les signaux de chaque capteur est en effet, la combinaison de l'énergie vibratoire des différentes composantes, plus le bruit. La dissipation de l'énergie des vibrations complique la situation encore plus. Pour surpasser ce problème, principalement deux approches peuvent être adoptées. La première consiste à considérer ces cas comme un problème de séparation aveugle de sources et en tirer profit des méthodes statistiques et mathématiques développées à cet effet, surtout l'analyse en composantes indépendante (ACI), qui sépare les signaux provenant de sources différentes.  ABSTRACT: In diagnosis of rotating machinery, vibration analysis is widely known to be one of the most effective techniques. This stems from the fact that oscillation is an inherent characteristic of rotating machines and different components of these types of machinery such as shafts, bearings and gears produce vibration energy with different characteristics. Any deterioration in the condition of such components can affect their vibratory attributes and manifest itself in the vibration signature. This allows diagnosis of machine faults by analyzing the vibration signature of the system. For improved and authentic fault diagnosis using vibration analysis techniques it is necessary that the acquired vibration signals be ‘clean' enough that small changes in signal attributes due to an impending fault in any component can be detected. unfortunately, this is not the case in common practice and vibration signals received from operating machinery are almost always cluttered with noise. In complex multi-component machines this problem is aggravated because vibration energy is generated by each individual component. Whenever it is necessary to monitor a specific component, vibration produced by other components affect the signal. One solution for this problem is to mount the vibration sensors as close as possible to the targeted components. Some restrictions such as complexity, manufacturer's warranty policy and inaccessibility constrain this approach and in a majority of cases sensors are placed on the innermost surface possible (i.e.,casing) of the structure. As a consequence, the sensors collect vibration signals which are not uniquely generated from the targeted component, but also include contributions from many other components. The vibration signals collected by each sensor are in effect the combination of vibration energy produced by different components in addition to the noise. Dissipation of vibration energy through transmission path complicates the situation even further. To tackle this problem, one of two alternative approaches can be adopted. One approach is to regard this case as a blind source separation (cocktail party) problem and take advantage of statistical and mathematical methods developed for this purpose, primarily independent component analysis (ICA), to separate signals coming from different sources.


identifier: Dermanaki Farahani, R. (2011). Three-Dimensional Microstructures of Epoxy-Carbon Nanotube Nanocomposites  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les dernières décennies, la communauté scientifique a réalisé des efforts considérables dans le but d'avancer dans les domaines de la micro- et nanotechnologies. Cela est dû au grand potentiel de ces technologies dans une large variété d'applications, allant des composites structuraux jusqu'aux systèmes microélectromécaniques (MEMS) et à l'électronique organique. Pour de telles applications, les nanocomposites à base de polymères renforcés par des nanotubes de carbone (CNTs), plus spécifiquement les nanotubes de carbone à paroi simple, représentent un matériau prometteur grâce à ses propriétés mécaniques et électriques lorsque comparé aux résines conventionnelles. Toutefois, plusieurs défis quant au traitement et à la fabrication du nanomcomposite doivent être adressés dans l'objectif d'augmenter l'efficacité de ces nanocomposites. La production de nanotubes de carbone de haute qualité ayant un grand rapport de forme, leur dispersion dans la matrice polymère ainsi que l'amélioration de l'adhésion à l'interface sont tous des paramètres importants dans le comportement mécanique et électrique des nanocomposites. Ces paramètres pourraient être ingénieusement établis afin d'obtenir des propriétés optimales pour les micro- et macro- applications du nanocomposite. Cependant, la miniaturisation et l'optimisation des formes tridimensionnelles des systèmes en nanocomposite sont loin de leur plein potentiel, partiellement à cause du manque des techniques de fabrication adéquates. Cette thèse présente le développement des matériaux nanocomposites pour la fabrication de microstructures tridimensionnelles (3D) en utilisant les techniques de l'écriture-directe (DW), la micro-infiltration et l'écriture directe assistée par rayonnement UV (UV-DW). La thèse adresse deux parties principales: la préparation du nanocomposite et la fabrication des structures 3D de nanocomposites.  ABSTRACT: Over the last few decades, worldwide increasing effort has been directed towards achieving advances in micro- and nanotechnologies. This is motivated by their high potential for a wide variety of technological applications, ranging from structural composites to micro electromechanical systems (MEMS) and organic electronics. For such applications, polymer nanocomposites reinforced with carbon nanotubes (CNTs), and more specifically single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), are promising materials compared to conventional resins due to their interesting mechanical and electrical properties. However, several fundamental processing and fabrication challenges have to be addressed in order to effectively use these nanocomposites. Production of high quality carbon nanotubes (CNTs) having large aspect ratio, their proper dispersion in polymer matrices as well as the improvement of interfacial bonding are the main parameters affecting their mechanical and electrical performance. Moreover, these materials can be engineered to deliver optimal properties for micro- and macro-devices. However, device miniaturization and three-dimensional shape optimization have not reached their full potential, partly because of the lack of suitable manufacturing techniques. This thesis reports the development of nanocomposite materials for the fabrication of three-dimensional (3D) microstructures with direct-write (DW), micro-infiltration and UV-assisted direct-write (UV-DW) techniques. The thesis focuses on two main parts; nanocomposite preparation and nanocomposite-based 3D microstructures fabrication. High-quality SWCNTs were produced by the UV-laser ablation method and then subjected to a chemical purification. A non-covalent functionalization with a surfactant was performed for additional interaction with the matrix.


identifier: Hawi, F. (2011). Systèmes de stéréovision passive dédiés à un stimulateur intra-cortical visuel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce mémoire est de concevoir un système de stéréovision passif pour inférer la profondeur de champ d'une scène. Le système est destiné à fournir une information utile aux non-voyants sur l'environnement qui les entoure. Il doit fonctionner en temps réel et garantir de bonnes précisions. Le premier chapitre présente des méthodes de base ainsi qu'une revue de littérature qui présente différentes catégories de méthodes qu'on peut employer pour inférer la profondeur. Un système à base d'une chaîne de Markov cachée est présenté. Il permet de mettre en correspondance les pixels des images issues de deux caméras, étape essentielle pour l'inférence de profondeur en stéréovision passive. Nous analysons les points de faiblesse du système et présentons une autre méthode graphique, la propagation de conviction qui est plus stable. Une autre catégorie de méthodes qui sont plus rapides est aussi présentée. En particulier, on met l'emphase sur la corrélation de phase.   Le deuxième chapitre présente deux méthodes à base de corrélation de phase. La première méthode est une amélioration de la précision de la corrélation de phase unidimensionnelle (Enhanced Phase Only Correlation, EPOC) et la deuxième est une optimisation de la corrélation de phase bidimensionnelle (Multiple Modes Phase Only Correlation, MMPOC). La corrélation de phase bidimensionnelle est plus précise que la version unidimensionnelle, mais moins rapide. Une description d'une implémentation d'EPOC sur FPGA est fournie. Le troisième chapitre fait une discussion sur EPOC dans un contexte graphique. Une comparaison entre différentes approches se fait dans un contexte Bayesien. Le quatrième chapitre présente deux systèmes stéréoscopiques à base de mémoire associative quantique de Hopfield. Le premier système est une architecture sérielle qui emploie le réseau quantique de Hopfield, le deuxième système est une version parallèle de cette architecture. Le but de ce chapitre est d'expliquer qu'une mémoire associative possède la capacité d'inférer la profondeur à partir d'une paire d'images stéréoscopiques. Les points de faiblesse de ces méthodes sont comparés à ceux du cerveau humain.  ABSTRACT: The main objective of the present Master thesis is to design a passive stereovision system to be used in the cortical visual stimulators application. The system aims to provide blind patients with information on the spatial positioning of objects that are present in a given environment. Main requirements are real-time operability and high disparity estimation accuracy. The first chapter presents different approaches to solve the correspondence search problem, a main step to infer depth with passive stereovision systems. The first system is based on a Hidden Markov Model. We review the drawbacks of the proposed system and present a more stable approach that exists in the literature, Belief Propagation. We also present faster approaches to solve the correspondence problem, with a special attention on phase correlation. The second chapter presents two phase based approaches to solve the correspondence problem. The first system (Enhanced Phase Only Correlation, EPOC) is an enhancement of the 1D version of the Phase Only Correlation. The second system (Multiple Modes Phase Only Correlation, MMPOC) optimizes the 2D Phase Only Correlation method. The 2D Phase Only Correlation method is known to be more accurate than the 1D version, but takes a longer time to execute. A real-time implementation of the EPOC algorithm on a FPGA is described.  The third chapter discusses in more detail the EPOC system in a graphical framework. Key systems comparison is made in a Bayesian framework.  In the fourth chapter, we design two Hopfield based quantum associative memories that have the ability to infer depth from two images, the serial architecture and parallel architecture of Hopfield Quantum network. A comparison relates the drawbacks of the proposed systems with results of experimentations that were performed on the human brain.


identifier: Dagher, M. (2011). Traveling-Waves in DC-Biased Metallic Carbon Nanotubes: Theoretical Investigation of Amplification and Fabrication of Characterization Fixture  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La génération et l'amplification des ondes hyperfréquences (RF) est au cœur des télécommunications, des satellites artificiels, et de l'optoélectronique. L'industrie électronique cherche constamment à concevoir des amplificateurs plus petits, plus efficaces, et fonctionnant à des fréquences plus élevées. Les nanomatériaux possédant des propriétés uniques peuvent permettre d'obtenir ces caractéristiques dans des amplificateurs qui comblent l'écart entre les tubes à vide et l'état solide. Dans ce mémoire, nous étudions spécifiquement la possibilité d'utiliser des nanotubes de carbone (CNTs) pour l'amplification des ondes RF. En utilisant des moyens théoriques, nous montrons que l'amplification est en effet une possibilité. Également, nous concevons et fabriquons l'appareil de caractérisation nécessaire afin de mesurer et tester la théorie.  Au cours des deux dernières décennies, les CNTs ont prouvé qu'ils possèdent de propriétés électriques remarquables. Deux de ces propriétés motive la présente étude. Premièrement, les CNTs possèdent une grande vitesse de dérive à cause de leur long libre parcours moyen à température ambiante. Par ailleurs, les ondes électromagnétiques de surface le long d'un CNT possèdent une vitesse de phase grandement ralentie en raison du petit rayon et de l'épaisseur infinitésimale du mur du CNT. Les vitesses de dérive et de phase ont été calculées d'être du même ordre de grandeur, ce qui a grandement motivé cette étude: une telle synchronisation entre le faisceau d'électrons et le champ RF est exactement le mécanisme physique utilisé dans les tubes à ondes progressives (TWT) pour induire l'amplification. En général, le problème théorique est de calculer le résultat de l'application simultanée des champs RF et continus (DC) sur un métal-CNT. A cette fin, la densité de courant dans une telle situation est d'abord calculée par un problème de transport semi-classique. Ensuite, à travers un couplage avec le problème électromagnétique, une solution de mode propre est atteinte. Enfin, une amplification du champ RF est trouvée au-dessus d'un certain seuil pour le champ DC.  En particulier, du point de vue du transport de particules, nous utilisons l'équation de transport de Boltzmann (BTE) pour calculer la répartition des porteurs de charge sous les champs DC et AC. Ensuite, la densité de courant de Boltzmann est calculée en fonction du champ DC. Une conductivité différentielle négative (NDC) est trouvée sous champs DC modérés. En approximant la fonction de dispersion électronique par une fonction linéaire, nous trouvons des solutions analytiques pour la distribution et la densité de courant. Les solutions analytiques et numériques du BTE sont en bon accord. Du point de vue des ondes électromagnétiques, nous utilisons les équations de Maxwell pour trouver la solution de la propagation des ondes de surface tout au long d'un conducteur creux tel que le CNT. En utilisant les conditions aux bords à la surface du CNT, nous arrivons à une relation pour la densité de courant. En imposant l'égalité entre les courants calculés en utilisant les points de vue transport et électromagnétique, nous trouvons une équation déterminante dont la solution est la dispersion électromagnétique en fonction du champ DC.  ABSTRACT: Radio-frequency (RF) generation and amplification is at the heart of telecommunication, satellite and optoelectronics applications. The electronics industry is in constant search for RF amplifiers that are smaller, more efficient, and operating at higher frequencies. Nanomaterials with unique properties promise to fulfill these characteristics while bridging the gap between vacuum-based and solid-state amplifiers. In this thesis, we specifically investigate the capability of carbon nanotubes (CNTs) in amplification of traveling-waves at RF frequencies. Using theoretical means, we show that such amplification is indeed a possibility. We also design and fabricate the characterization fixture needed for measurements and testing the theory.  Over the last two decades, CNTs have proved that they possess remarkable electrical properties. Two of these properties incite the following study. First, CNTs possess a large electron drift velocity due to their long mean free path at room temperature. Furthermore, electromagnetic surface-wave propagation along a CNT acquires a large slow-wave factor due to the smallness of the radius and the infinitesimal wall thickness. The drift and phase velocities are calculated to be on the same order of magnitude, thereby immensely motivating this study: such synchronization between the electrons and the RF field is exactly the physical mechanism used in traveling-wave tubes (TWTs) to induce amplification. In general, the theoretical problem is to investigate the outcome of applying simultaneous DC and RF fields across a metallic-CNT. For this purpose, the CNT current density is first calculated through a semi-classical transport problem. Then, through coupling with the electromagnetic problem, an eigenmode solution is reached. Finally, RF traveling-wave amplification is found above a certain threshold DC field. Particularly, from the particle's transport perspective, we use the Boltzmann transport equation (BTE) to calculate the distribution of the charge carriers under DC and AC fields. Afterwards, the Boltzmann AC current density is found with respect to the applied DC field. Negative differential conductivity (NDC) is found under moderate fields. By approximating the electronic dispersion of CNTs as a linear function, we find analytical solutions for the distribution and current density that agree reasonably well with the full-band numerical solution of the differential equations. From the electromagnetic wave perspective, we use Maxwell's equations to find the solution for surface-wave propagation along a hollow conductor which is the CNT. Using the surface boundary conditions, we reach a relation for the Maxwell current density. By equating the currents calculated through the transport and electromagnetic aspects at all points in space-time, we find a determinantal equation whose solution is the electromagnetic dispersion.


identifier: Karaagac, U. (2011). Synchronous Machine Modeling Precision and Efficiency in Electromagnetic Transients  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de cette thèse est l'élaboration d'une méthode de modélisation de la machine synchrone plus performante et plus précise, et des algorithmes pour le calcul et la solution des transitoires électromagnétiques. Le pas d'intégration numérique est un facteur clef pour ces aspects. La possibilité d'utiliser des pas plus grands permet d'augmenter la vitesse des calculs et donc d'étendre le champ d'application des méthodes de type électromagnétique. Cette thèse propose quatre modèles de façon à améliorer la précision du modèle dq0 classique tout en maintenant son efficacité. Trois de ces modèles utilisent le dq0 avec une précision accrue de la modélisation. Parmi les modèles précis se retrouve le dq0 avec des pas d'intégration intermédiaires. L'efficacité est maintenue par la restriction du modèle à l'usage durant des intervalles transitoires, là où la précision du modèle classique dq0 diminue. Ces modèles fournissent une modélisation précise tout en maintenant la vitesse du dq0 classique. Cependant, ils sont conçus spécialement pour les cas typiques d'étude de stabilité transitoire de réseau, et leur précision se détériore quand l'exactitude du modèle est nécessaire pour une grande partie de l'intervalle de simulation complète. Le meilleur modèle nommé PD-dq0 est obtenu en appliquant la transformation de ‘'Park'' aux équations discrétisées dans le domaine des phase.  Les études d'évaluation de la précision et de l'efficacité démontrent que  le modèle PD-dq0 est supérieur aux autres modèles proposés dans la littérature. L'analyse de précision est effectuée avec les contraintes de précision du réseau environnant. Donc, ce travail contribue également à une meilleure évaluation de la précision numérique et de l'efficacité des engins de simulation étudiés.  ABSTRACT: The main objective of this dissertation is the establishment of more efficient and more precise synchronous machine modeling approaches and solution algorithms for the computation of electromagnetic transients (EMT). Numerical integration time step size is a key factor in both aspects. The capability to use larger time steps in EMT-type simulation methods also contributes to the extension of such methods into the efficient simulation of electromechanical transients. In this thesis, four new models are proposed in order to improve the precision of the classical dq0 model while maintaining its efficiency. Three of them use the classical dq0 model with increased accuracy. The most accurate models are: dq0 with internal intermediate time step usage, phase-domain and voltage behind reactance. Efficiency is maintained by restricting the accurate model usage to the transient intervals where the precision of the classical dq0 formulation decreases. This approach provides accuracy while maintaining classical dq0 computational speed. However, these three models are designed for typical transient stability cases and their performance deteriorates when the accurate model usage is needed for a large portion of the complete simulation interval. The last forth model proposed in this thesis is obtained by applying Park's transformation to the discretized equations of the phase-domain model. This model maintains the precision of the phase-domain model and eliminates its computational inefficiencies through a constant admittance matrix. Unlike the first three models, its efficiency does not change with simulated system and phenomenon. Precision and efficiency assessment studies demonstrate that this model is superior in both aspects and should be chosen for the computation of both electromagnetic and electromechanical transients in the same computational framework.


identifier: Chokri, A. (2011). Target Allocation under Uncertainty during the Vehicle Development Process  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie automobile est l'une des plus concurrentielles où les besoins des consommateurs et la technologie sont en changement perpétuel. Pour être compétitif dans ce marché, les constructeurs automobiles ont adopté une stratégie orientée clients où ils enquêtent en permanence sur les besoins des consommateurs pour déceler le plus tôt possible les performances désirées des futurs véhicules, concevoir et commercialiser des voitures innovatrices qui permettent de combler les attentes des consommateurs. Le développement d'un nouveau véhicule suppose la traduction des performances utopiques, qui peuvent être définies par le département de marketing, dans des cibles pour les caractéristiques ingénieurs de ses composantes. Cette approche nécessite lors de la conception du véhicule de prendre des décisions critiques qui peuvent influencer considérablement la compétitivité et la profitabilité de la compagnie. Pendant les premières étapes du processus de développement des véhicules (PDV), les ingénieurs manquent souvent d'informations précises et complètes qui peuvent leurs permettre de prédire les possibilités de rencontrer les performances utopiques du véhicule en question, et ce, à cause de plusieurs facteurs (technologiques, régulation et règlementation, ressources, etc.). Pour cette raison, l'identification, la quantification et la gestion des incertitudes inhérentes aux différentes phases du PDV sont devenues un problème majeur dont dépend l'efficacité du PDV. La présente étude propose une méthodologie pour l'allocation des cibles et pour la prise de décision sous incertitudes durant le processus de développement des véhicules. La méthode commence par la décomposition du nouveau véhicule en une structure hiérarchique à multiniveaux. Cette structure représente l'élément de base pour la définition du modèle de véhicule à multi-niveaux (MVM). Nous avons considéré qu'une ou plusieurs caractéristiques ainsi que leurs cibles peuvent être associées à chaque composante du MVM, et ce, en concordance avec les performances utopiques du véhicule. Les opinions des experts sont exprimées avec des incertitudes inhérentes à la faisabilité de chaque cible. Les opinions des experts sont données sous forme de distributions de probabilité ou d'ensembles d'intervalles associés à des crédibilités subjectives pour les valeurs possibles des caractéristiques. Ces opinions sont ensuite agrégées et propagées depuis les feuilles vers le sommet du modèle. La théorie des Évidences a été utilisée pour exprimer les incertitudes sous forme de deux mesures: la crédibilité et la plausibilité.  ABSTRACT: Under the increasing pressure of the evolving customers' expectations, the speed and competitiveness of the competitors, automakers have become customer-oriented. They continuously survey the customers' needs in order to early identify the desired or utopian vehicle performances and strive to fulfill these expectations by designing and marketing quickly new innovative products. The development of a new vehicle supposes the translation of the vehicle performances into its components' characteristics. Such approach requires making critical design decisions that can impact noticeably the competitiveness and profitability of the company. In the early stages of the vehicle development process, the engineers lack precise and complete information about the possibility to meet the initial utopian vehicle performances due to many factors (technological, regulation, resources, etc.). For that reason, identifying, quantifying and handling the inherent uncertainty throughout the vehicle development process (VDP) became a serious issue, which affects the effectiveness of the design process. This study proposes a methodology for target allocation and decision-making under uncertainty during the VDP. The method starts by the decomposition of the vehicle in hierarchical multilevel structure, which represents the basic framework required for the definition of the vehicle multilevel model (VMM). We have considered that each component in the VMM may have several characteristics, and that a target is defined for every component and characteristic in accordance with the utopian vehicle performances. Experts' opinions are expressed with uncertainty regarding the feasibility of achieving each target. Experts' opinions are given in the form of probability distributions or intervals associated with their subjective beliefs for the possible values of the characteristics and then are aggregated and propagated from the leaf nodes of the multilevel model up to the vehicle level. Evidence theory has been used to express uncertainty in the form of belief and plausibility measures. Using this information, two measures regarding the desirability and the achievability of the characteristics are defined. An approach for targets allocation under uncertainty based on the maximization of achievability and desirability measures of the characteristics is proposed and discussed. A methodology to handle large-scale problem based on the merging of intervals by the control of the information granularity without affecting the precision of the belief and plausibility measures is presented.


identifier: Manac'h, Y.-G. (2011). Conception d'une chambre de culture et de sollicitation permettant l'imagerie par résonance magnétique du disque intervertébral isolé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le disque intervertébral cristallise de nombreuses pathologies dans le monde occidental. Il est une des sources principales de douleurs chroniques. Établir un diagnostic précoce, non invasif, est une nécessité. La dégénérescence du disque s'accompagne d'un changement, pouvant être radical, de ses propriétés mécaniques. Ce changement, s'il est possible d'établir des cartes d'évolutions du disque, pourrait être détecté par l'imagerie par résonance magnétique quantitative (IRMq). Pour ce faire, il est important d'aborder deux problèmes principaux, le premier, non étudié ici, est l'amélioration du séquençage IRMq pour obtenir des séquences plus courtes, le second est la création d'atlas de dégénérescence. Notre étude, basée sur la possibilité de culture du disque intervertébral, consiste en la création d'une chambre de culture accompagnée d'un système de sollicitation mécanique du disque. Ces deux parties vont permettre, dans un second temps, de solliciter le disque jusqu'à dégénérescence tout en l'imageant, permettant ainsi de créer un atlas de son évolution. Pour réaliser cela, il est important de pouvoir cultiver le disque pendant deux à seize semaines. Les principaux systèmes sont très complexes, trop pour une utilisation dans un système IRM. Cette étude a été précédée de deux études complémentaires. In-vivo le disque est soumis à un chargement complexe, toujours en compression. In-vitro, le disque est le plus souvent soumis à une compression très légère pour éviter son gonflement. Ces deux caractéristiques ne sont pas comparables, ni compatibles. Une première étude sur le signal IRMq des disques comprimés a donc été réalisée. Une seconde étude, sur le signal IRMq des disques digérés par une enzyme a aussi été réalisée. Ces deux études ont consisté en l'acquisition des temps de relaxation (T1, T2), du transfert d'aimantation (MTR) et de la diffusion (FA et ADC) sur des disques intervertébraux isolés, soit soumis à de la compression, soit à de l'hydratation, soit à de la digestion par la trypsine. Les mesures ont ensuite été traitées de manière semi-automatisée pour limiter l'impact de la reproductibilité humaine. Cette recherche fondamentale a permis de mettre en lumière l'insensibilité de l'IRMq à la compression du disque, ainsi que le non changement des temps de relaxation lors de la digestion du tissu contrairement à la seule hydratation. Un concept de chambre de culture et de sollicitation mécanique a ensuite été proposé.  ABSTRACT: The intervertebral discs are the focal point of numerous pathologies in the western world. It is one of the main sources of chronic pain. Being able to have a practical diagnostic tool, non invasive, is now a necessity. The degenerescence of the tissue induce a change in the mechanical properties. Theses changes can be detected using quantitative magnetic resonance imaging and mapping of the degenerescence path into the tissue. To address this problem, it is crucial to look into two primary problems; first, non studied here, is the qMRI sequences, in order to have less time consuming sequences, the second is the possibility to create the cartographies of degenerescence. Our study, based on the possibility of culture of the IVD, is the creation of a culture chamber alongside with a mechanical mean to degenerate the cultured tissue. In order to asses all the degeneration process, it is important to be able to cultivate the disc for up to ten weeks. All the current means to cultivate a disc are way too complex to be able to be adapted to MRI imaging systems. This current study was preceded by two others. In-vivo the disc is undergoing a complex mechanical loading, always in compression. In-vitro, the discs is slightly compressed to avoid bulging. This two characteristics are neither compatibles nor comparable. A first study on the qMRI signal of compressed discs was done to assess the changes. A second qMRI study was done on the enzymatically (trypsin) digested IVD. These two studies assessed the relaxation times (T1, T2), magnetization transfer ration (MTR) and diffusion imaging (FA, ADC) on isolated IVDs. All data were semi-automatically processed to reduce the human intervention on the process to bare minimum. This fundamental research was able to show the non sensibility of qMRI to the compressed state of the IVD from 0% to 40% on isolated IVD. Also the trypsin effect on the IVD was discovered to be negligible on T1 & T2 but not on diffusion imaging. A primary conception of a solicitation & culture chamber was done in order to cultivate tissue up to, at least, 14 days with complex mechanical loading applied on the IVD. This loading will be applied using a robotic arm with the possibility to replicate a physiological loading on the disc. This chamber permits as well the MRI imaging of the tissue when subjected to mechanical loadings.


identifier: Lemaire, M.-A. (2011). Développement d'un premier modèle intégral d'un réseau électrique d'avion sous EMTP-RV  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le concept de l'avion plus électrique fait partie du quotidien dans l'industrie de l'aéronautique. Le désir de vouloir construire des avions toujours plus performants au point de vue énergétique et plus rentables amène les constructeurs à délaisser la combinaison des puissances hydraulique,  neumatique, mécanique et électrique pour opter pour le tout électrique. Cette augmentation de la charge électrique sur le réseau de l'avion ne doit pas se faire au détriment de la sécurité du public. De nouveaux outils doivent être développés afin d'aider les concepteurs à être créatifs et s'assurer du bon fonctionnement des nouvelles architectures. L'étude du modèle du réseau électrique de l'avion doit être ajoutée aux outils dont disposent les concepteurs. Les composants du réseau devenant de plus en plus complexes et différents, il n'est plus possible de prédire le comportement électrique avec précision manuellement. L'utilisation de logiciels permettra d'étudier la stabilité du réseau, les transitoires, les défauts et le contenu harmonique. Les lois de commande et les automatismes peuvent aussi être validés à l'aide d'un tel modèle. Son analyse deviendra une étape indispensable dans la conception d'une nouvelle architecture de réseau. Ce mémoire constitue un premier effort dans la création d'un modèle du réseau électrique de l'avion Global Express de Bombardier à l'aide d'EMTP-RV. Avant d'analyser de nouvelles architectures, la faisabilité doit être démontrée en reproduisant le comportement d'un avion déjà fonctionnel. Les modèles des principaux éléments y sont développés en fonction des informations disponibles et, par la suite, assemblés dans le but de montrer le fonctionnement du réseau global. Les travaux de ce mémoire se distinguent par l'approche employée pour la modélisation du réseau électrique de l'avion. Son architecture hybride (AC et DC) est reproduite intégralement et la modélisation des éléments est effectuée à l'aide d'informations fournies par les manufacturiers en parallèle avec les normes de l'industrie de l'aéronautique. De plus, il incorpore des automatismes reproduisant la logique de la reconfiguration lors de la perte d'un ou plusieurs générateurs ou TRU. Somme toute, le modèle est complet et flexible lui permettant d'être employé dans diverses études.  ABSTRACT: The more-electric aircraft concept is part of everyday's life in the aeronautical industry. The design of more efficient aircraft forces manufacturers to eliminate the combination of hydraulic, pneumatic, mechanical and electrical power and to use mostly electrical systems. Aircraft design and safety aspects have to be taken into account with increasing electrical load and electrical performance demand. New tools have to be developed to help designers to study new aircraft architectures and to validate performance with an increasing number of details and complexity in electrical systems. Aircraft electrical system simulation tools and models must be developed to study network stability problems, electromagnetic transients, short-circuit currents and harmonic content. It is also imperative to study control systems and automatic operations to validate safety and performance issues. Numerical methods are important and efficient for studying aircraft power systems to create more efficient electrical system designs and to conduct research on new architectures. This report presents an initial attempt for modeling the electrical power system of Bombardier's Global Express aircraft in the simulation environment of EMTP-RV. EMTP-RV is capable of simulating electrical systems for steady-state conditions and both, fast and slow transients. Main power system component models are developed with the available data and then connected together to show the capability to perform global simulations. A study case presents the model performance using a predetermined scenario. It is shown that such a model can be used to search for abnormal performance conditions. Needs and improvements are listed and left for future research projects. This report delivers a complete first benchmark that can serve as basis for future work in the modeling and simulation of electrical systems. It innovates by delivering an increased level of details and simulating the complete electrical system for the Global Express aircraft. Further expansion can be easily achieved if physical component details become available.


identifier: Liard, G. (2011). Intégration de l'analyse du cycle de vie dans le processus de prise de décision : application à la bioraffinerie à base de triticale en Alberta  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le concept de développement durable et la prise de conscience de nos impacts sur l'environnement ont rendu nécessaire la prise en compte de l'environnement dès les premières phases de développement de projets à long terme. L'analyse de cycle de vie (ACV) est un outil reconnu qui permet d'évaluer les impacts potentiels d'un produit sur l'ensemble de son cycle de vie, cependant ses résultats sont difficiles à intégrer dans une prise de décision. Le travail présenté dans ce mémoire s'intéresse d'une part à la comparaison de différentes technologies de bioraffinerie et d'autre part à l'intégration des résultats d'ACV dans le processus de prise de décision; notamment à l'identification de critères environnementaux pertinents à un contexte spécifique. Une méthodologie basée sur un panel d'analyse décisionnelle multicritères a été développée et appliquée à un ensemble de technologies de bioraffinerie à base de triticale qui se divisent en trois plateformes : les biocarburants, les bioplastiques et les biomatériaux. Le triticale, qui est une céréale issue du croisement entre le blé et le seigle est utilisé car son rendement, actuellement légèrement supérieur au blé, a un fort potentiel de croissance et son grain a une haute teneur en amidon ce qui lui donne un bon potentiel pour l'utilisation industrielle. Du point de vue de la prise de décision, l'étude a montré que la normalisation est une étape méthodologique critique pour l'interprétation d'indicateurs issus de l'ACV car c'est elle qui donne de l'information sur l'amplitude des impacts évalués mais qu'il n'existe pas de solution idéale. Les quatre critères identifiés comme les plus importants dans le contexte d'un investissement dans une bioraffinerie d'acide polylactique en Alberta sont les émissions de GES, la consommation de ressources non renouvelables, l'occupation de terres agricoles et la santé humaine. Ces critères ont été introduits dans une prise de décision globale fictive, incluant des aspects de performance économique et de compétitivité sur le marché et les émissions de GES ont été jugées être le deuxième critère décisionnel le plus important. La méthodologie mise en place pour identifier les critères environnementaux pertinents a donc amené les décideurs fictifs à ne pas négliger l'environnement dans leur prise de décision. Les ACV conséquentielles faites au cours du projet ont montré que pour les trois plateformes, l'utilisation d'un procédé de mouture humide mène à des impacts totaux plus élevés qu'avec une mouture à sec et qu'ajouter une étape de décorticage en début de ligne de grain n'influe pas sur les performances environnementales des bioraffineries. D'autre part, la conversion de la paille en éthanol par fermentation mène à des impacts plus élevés que par gazéification et une unité d'ultrafiltration dans la production de PLA permet de diminuer les impacts sur toutes les catégories. Enfin, pour toutes les plateformes, produire plus d'électricité à partir de résidus agricoles réduit les émissions de GES, la consommation des ressources et l'acidification aquatique, mais augmente les impacts sur la qualité des écosystèmes et l'occupation des terres agricoles.  ABSTRACT: In order to reach a sustainable development, environment must be integrated in decision-making process at early stage of development. Life cycle analysis (LCA) is a recognised tool to evaluate potential impacts of a product or process on environment considering all its life cycle, however its results are hard to integrate in decision-making. This work is therefore on the integration of LCA results indecision-making process and especially on the identification of relevant environmental criteria in a specific context. A methodology based on a multi-criteria decision-making panel was developed and applied to three triticale-based bioraffineries  platforms: biofuel, biochemical and biomaterial. Triticale is a biomass of interest because it has a high yield growth potential and a high content of starch that give it a good potential for industrial use. The project has shown that normalization is a critical step for LCA indicators interpretation because it is normalization that gives information on the significance of the results. The four criteria identified to be the most important in a fictive decision-making for investment in biochemical platform in Alberta were greenhouse gas (GHG) emissions, non-renewable resources, cropland occupation and human health. These criteria were included in a global decision-making along with economic and competitiveness and GHG emissions were considered to be the second most important criterion. The methodology developed to identify relevant environmental criteria lead therefore the fictive decision-makers to consider seriously environmental issues in their choice. The LCAs performed on the three platforms lead to different conclusions on process unit choices that should be considered acknowledging that a consequential approach was taken and that hypotheses were made. On all platforms, wet milling process lead to higher impacts that dry milling and adding a pearling unit at the beginning of the grain line do not affect environmental performances. Ethanol production through fermentation creates more impacts than through gasification and ultrafiltration enable significant saving on all categories compared to the classic separation unit. Finally, for all platforms, maximising electricity production by burning all the straw reduces GHG emissions, non-renewable resources and aquatic acidification but increase impacts on ecosystem quality and cropland occupation.


identifier: Giraudeau, M. (2011). Forces fluctuantes générées par un écoulement diphasique interne : mécanisme et modélisation.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: D'une manière générale, les écoulements diphasiques se divisent en trois sous catégories de mélanges diphasiques. Ces derniers peuvent être constitués de deux liquides non-miscibles, d'un même fluide dans deux états différents, ou de deux fluides différents dont l'un est sous forme liquide et l'autre sous forme gazeuse. Lors de l'écoulement d'un tel mélange, la variation de la masse volumique qui traverse un volume donné peut générer d'importantes forces dans les éléments de tuyauterie. Ces phénomènes se produisent particulièrement dans l'industrie nucléaire, utilisant des réacteurs à eau bouillante (BWR) et à eau lourde pressurisée (PHWR), ou dans l'industrie liée à l'extraction et à la transformation du pétrole. La majorité des travaux précédents ont été réalisés avec des mélanges air-eau. Certains d'entre eux ont utilisé des additifs dans l'eau afin de faire varier les paramètres physiques de l'écoulement, tels que la tension de surface du mélange, la masse volumique et la viscosité du liquide. Peu de tests ont été réalisés avec un mélange eau-vapeur, principalement à cause des coûts et de la complexité de mise en oeuvre d'un tel mélange. Ces différentes études ont démontré que les forces générées par un écoulement diphasique sont quasi-périodiques à basses fréquences. Ainsi, si elles ne sont pas prises en compte dans le dimensionnement des ensembles de tuyauteries, ces forces peuvent générer d'importantes vibrations. Ces dernières provoquent des dommages à causes de l'usure prématurée des composants, pouvant aller jusqu'à leur rupture. Dépendamment du titre volumique, de la vitesse de chaque phase et des propriétés physiques du mélange, les écoulements adoptent différentes structures. Afin de prédire précisément les forces générées par celles-ci, il est nécessaire d'identifier clairement les différents types d'écoulements en fonction des paramètres qui les caractérisent. Pour ce faire, différents auteurs ont développé des modèles de transitions afin de produire des cartes de configurations d'écoulement diphasique vertical et horizontal. Néanmoins, pour une même transition, il existe parfois plusieurs modèles qui se basent sur des mécanismes différents. Par conséquent, il est nécessaire de regrouper les transitions qui correspondent le mieux à celles identifiées dans les conditions étudiés. Ceci va nous permettre de proposer une carte plus précise, afin de prédire la nature des forces dues aux écoulements diphasiques.  ABSTRACT: Two-phase flows include three sub-categories of two-phase mixtures. They may consist of two immiscible liquids, of a single fluid in two different states or of two different fluids, the first in liquid form and the second in gaseous form. The variation in density of two-phase flow passing through a given volume can generate significant forces in piping elements. This phenomenon usually occurs in industries related to the extraction and processing of petroleum and in the nuclear industry, ie: boiling water reactors (BWR) and pressurized heavy water reactors (PHWR). Most previous experiments were conducted with air-water mixtures. Some of the experiments used additives in water to vary the physical parameters of the flow, e.g.; surface tension, fluids density or liquid viscosity. Due to the more difficult implementation of the steam-water mixture, only a handful of works has been conducted with this type of mixture. All of the studies have shown that two-phase flows induce quasi-periodic forces, at low frequency. So if they are not taken into account in the piping elements design, two-phase flow induced forces can generate strong vibrations. The vibrations cause damage due to the premature wear of components, up to failures. Depending on the void fraction, superficial velocities, and physical properties of the mixture, two-phase flows consist of different structures. To predict more precisely the forces generated by the different flows, it is necessary to clearly identify the different flow patterns, depending on flow parameters. Various models had been developed to compute vertical and horizontal two-phase flow pattern transition boundaries. However, for the same transition, several models exist, based on apparently different mechanisms. It is therefore necessary to select transition boundaries which best fit over the range of two-phase flow conditions studied. A proposed map makes it possible to predict more precisely the nature of forces depending on the two-phase flow pattern. The main objective of the present work is to study the fluctuating forces in a vertical U-tube and horizontal elbow. This study establishes the relationship between the different types of flows and the frequency behavior of the induced forces.