identifier: Marouene, A. (2015). Résistance à la compression et au flambage des composites carbone/époxy à rigidité variable fabriqués par le procédé de placement automatique des fibres  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La solution composite suscite un intérêt accru sans cesse croissant auprès de constructeurs aéronautiques, soucieux d'allier une faible consommation de carburant avec une bonne performance mécanique des composants d'aéronefs. Les composites à rigidité variable, où les fibres sont déposées selon les directions des efforts mécaniques, permettent d'ajuster les propriétés des produits finis aux exigences spécifiques d'une application donnée. Il est toutefois difficilement envisageable de placer manuellement des fibres suivant des trajectoires curvilignes du fait qu'une grande précision est indispensable. Plus récemment, l'arrivée des machines de placement automatique des fibres a rendue possible la construction de structures composites à rigidité variable, et cela avec un haut niveau de précision, de fiabilité et une meilleure reproductibilité. Toutefois, à cause de certaines caractéristiques spécifiques au procédé de placement automatique des fibres, des défauts surviennent sous forme des espacements (des gaps) et/ou des chevauchements (des over-laps) dans le produit fini. Ces défauts de fabrication soulèvent certaines inquiétudes chez les utilisateurs des matériaux composites qui se posent la question de savoir quel sera l'impact de ces défauts sur les performances mécaniques de leurs structures. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet industriel CRIAQ, et se penche sur l'étude de l'effet des défauts intrinsèques au procédé de dépose automatisé des fibres sur les propriétés mécaniques en compression des matériaux composites. Dans un premier temps, l'effet des défauts de fabrication sur la résistance à la rupture en compression des stratifiés composites traditionnels contenant un trou central a été étudié expérimentalement et numériquement. Des tests de compression ont été réalisés selon les recommandations de la norme ASTM D6484 sur des échantillons troués de dimensions normalisées, contenant des défauts de nature, d'orientation et d'emplacement différents. L'analyse des résultats de ces essais montre que l'effet d'un défaut dépend autant de sa nature que de son emplacement par rapport au centre du trou. Par ailleurs, une approche numérique basée sur la méthode d'analyse de la rupture progressive a été proposée afin de développer un modèle numérique capable de prédire l'effet des défauts de fabrication sur la résistance à la rupture des stratifiés conventionnels. Une bonne corrélation a été trouvée entre les prédictions issues de ce modèle et les données expérimentales. Ce modèle numérique a été ensuite utilisé pour réaliser une étude paramétrique portant sur l'influence du nombre des défauts ainsi que la largeur d'échantillon sur la résistance à la rupture.  ABSTRACT: Variable stiffness designs, wherein the fibers are steered along curvilinear paths, allow the composite to be tailored to a wider range of properties compared to the conventional straight fiber laminates. The development of automated fiber placement machines enables the manufacturing of variable stiffness composite laminates with high accuracy, reliability, and better reproducibility. However, certain defects having the form of gaps (i.e., resin-rich areas) and/or overlaps (i.e., fiber-rich areas) are likely to occur inside the final product due to some specific features related to the manufacturing process. These manufacturing defects can have negative effects on the structural performance of variable stiffness laminated composites. Therefore, elucidating the effects of these defects is essential for the development of this promising design. The present thesis addresses specific inherent defects induced by the automated fiber placement process. The main objective of this work was to investigate the effect of these defects on the compressive mechanical properties of composite laminates. This research project is part of a global project CRIAQ COMP-413 entitled: “Optimum Design of Steered-Tow Composite Structures via Characterization of Automated Fiber Placement Induced Defects”. The contribution of this thesis can be summarized as follow : First, the effect of manufacturing defects on the open hole compression (OHC) strength of conventional composite laminates was experimentally and numerically studied. In the experiment part, several OHC tests were performed on a quasi-isotropic [45/0/-45/90]3s laminate containing gaps or overlaps oriented at 0° or 90° and centered on or shifted near the hole. It was concluded that the effect of defects depends as much on their type as on their location relative to the hole center. In the numerical part, a two-imensional numerical model that simulates the presence of the gaps and overlaps and predicts their effects on the OHC strength was proposed. A good correlation was found between the experimental data and the numerical predictions. The numerical model was then used to perform a parametric analysis to examine the effect of the number of defects as well as the specimen width on the OHC strength. The obtained results of this parametric analysis have supported the possibility of optimizing embedded defects in regard to defect size and spatial distribution for better composite structure design. Second, a detailed experimental investigation was conducted to characterize the buckling behavior of simply-supported variable stiffness composite laminates subjected to a uniform end-shortening.


identifier: Saghir, H. (2015). Caractérisation de la propagation sans-fil dans les avions commerciaux pour une transmission dédiée aux services aux passagers et aux systèmes avioniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes embarqués dans un avion commercial sont reliés par des câbles qui peuvent atteindre une centaine de kilomètres. À la fois essentiels mais très encombrants, ces câbles constituent un surpoids que les constructeurs et operateurs cherchent à réduire afin de rentabiliser leurs avions. Les technologies sans-fil représentent l'une des options actuellement convoitées pouvant apporter des améliorations considérables à l'évolution des systèmes avioniques. Le présent travail de recherche se penche sur l'étude de la propagation sans-fil sur certaines bandes de fréquences à l'intérieur d'un avion commercial. Le but principal étant d'arriver à des conclusions ou à des recommandations sur les critères pouvant optimiser le lien sans-fil sans nuire aux systèmes existants. Les applications visées sont les services sans-fil pour les passagers et les réseaux de capteurs. Ce travail est effectué en collaboration avec l'entreprise Bombardier-Aéronautique située à Montréal dans le cadre du projet AVIO- 402 subventionné par consortium CRIAQ (Consortium de Recherche et d'Innovation en Aérospatial au Québec). Dans cette étude, un travail de caractérisation expérimentale du canal de propagation dans la bande ISM, autour des fréquences 2.4 GHz et 5.8 GHz, a été réalisé dans un avion CRJ700 de Bombardier Aéronautique. Cette caractérisation a permis d'extraire les paramètres nécessaires à l'analyse du comportement du canal. Les résultats issus des mesures ont démontré que les caractéristiques de propagation sont proches à la fois de celles d'une propagation dans un milieu typique à l'intérieur en termes d'étalement du canal et de celles d'une propagation dans un tunnel en termes d'atténuation. Ensuite, un travail de modélisation tridimensionnel et de simulation du canal a été réalisé avec un logiciel de prédiction RF (Wireless Insite de REMCOM). Les simulations considèrent également la bande millimétrique autour de 60 GHz. Le travail de simulation a abouti à des modèles analytiques de couverture radioélectrique qui ont été utilisés par la suite pour évaluer les scénarios d'interférences et les métriques de performance du lien sans-fil.  Enfin, ces mêmes modèles ont permis de dimensionner un modèle TDL (Tapped Delay Line) de réponse impulsionnelle du canal dans le but d'une implémentation sous Matlab dans une chaîne de transmission sans-fil.  ABSTRACT: Aircraft systems are interconnected by cable bundles that may represent a hundred kilometres. Those wirings penalize the aircraft weight. Cable bundles favour electromagnetic interference on board aircraft and routing a new cable for integrating new equipment boxes in a sustained aircraft requires a lot of retrofit work. Consequently, the aviation industry and aerospace community are working in the scope of different projects on new alternatives that will better fit to the future generation of aircrafts and help to reduce interconnecting wires on board. Wireless technologies represent a coveted solution that could make significant improvements and benefits to new generations of aircrafts. This research work focuses on the study of the wireless propagation over some frequency bands inside commercial aircrafts. The main objective is to provide conclusions and recommendations on criteria that may help optimizing the wireless communication without impacting the existent systems. Targeted applications are the inflight entertainment (IFE) service and wireless sensing systems. This work was conducted in collaboration with Bombardier-Aerospace based in Montreal (QC) in the frame of AVIO-402 project under the grant of CRIAQ (http://www.criaq.aero/).In this study, an experimental characterization of the propagation channel in the ISM band around 2.4 GHz frequency 5.8 GHz has been performed in a CRJ700 aircraft from Bombardier Aerospace. This characterization allowed to extract the parameters needed to analyze the channel behavior. The measurements results have shown that the propagation characteristics are close to those of both typical indoor medium in terms of the delay spread and a tunnel in terms of path loss. Then, a 3D channel modeling and simulation have been achieved with an RF prediction software (Wireless Insite Remcom). The simulations also consider the millimeter band around 60 GHz. The simulations yielded to analytical models of radio coverage which were subsequently used to evaluate wireless link interference scenarios and performance metrics. Finally, these models were used to design a TDL (Tapped Delay Line) channel model with the goal of an implementation under Matlab in a wireless transmission chain.


identifier: Farmer, J.-G. (2015). Évaluation de la performance de stratégies logistiques inverses dans le secteur de la vente au détail par la simulation à base d'agents  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une bonne gestion de la chaîne d'approvisionnement est primordiale au bon contrôle des coûts d'une entreprise et à l'amélioration de la performance. Le désir de retirer un maximum de chaque dollar investi pousse les entreprises à devoir constamment réévaluer la performance des procédures établies. Devant la complexité amenée par la chaîne d'approvisionnement, ce mémoire propose une approche de simulation à base d'agents afin d'évaluer la performance de plusieurs stratégies logistiques pour Renaissance, un organisme à but non-lucratif oeuvrant dans le secteur de la vente au détail d'articles usagés. L'organisme se trouve dans un contexte urbain en forte croissance et doit planifier de manière efficace ses opérations afin d'effectuer à la fois des collectes et des livraisons à chaque site. La technique de simulation à base d'agents s'est avérée efficace afin d'effectuer, dans un premier temps, un diagnostic des opérations actuelles et, dans un deuxième temps, l'évaluation de stratégies logistiques potentielles selon plusieurs scénarios de croissance. Les stratégies évaluées concernent soit des modifications dans la gestion de la flotte de camions, soit dans le moment de visite des sites ou bien dans un changement relié à la procédure de collecte et livraison des sites. Les indicateurs de performance majeurs utilisés sont la distance parcourue, le temps requis par jour et les émissions de CO2. En logistique verte, ce mémoire est également une autre application démontrant qu'il est possible d'utiliser les bases de données d'émissions de CO2 afin de simuler les implications environnementales de scénarios en fonction des types de camions et cycles de conduite. Les principales conclusions sont que la réduction du temps voyagé et de la distance parcourue implique souvent une hausse des émissions en CO2, à cause de l'utilisation de plus gros camions. Également, les contraintes d'accessibilité des sites et la flotte de camions actuellement utilisée entraînent une réduction de la performance logistique de l'ordre de 10% à 25%. Dans un autre ordre d'idées, la stratégie de visite des sites la nuit peut entraîner une diminution du temps moyen requis par jour d'environ 10%. Or, les restrictions municipales sur l'accès à certains sites par des camions durant la nuit limitent le potentiel de bénéfices amené par cette stratégie. À court-terme, la meilleure stratégie porte sur la modification de la flotte actuelle pour utiliser deux camions 36' pour visiter aussi les centres de dons par opposition aux magasins seulement. Cette stratégie pourrait amener des bénéfices de l'ordre de 10% à 20% sur le temps et la distance totale, en n'impliquant qu'une minime hausse des émissions de CO2.  ABSTRACT: A good supply chain management is essential in order to control costs and to ensure business success. The desire to maximize the return on investment forces companies to continuously review the procedures in place and their performance in order to confirm that they still are the most appropriate. Considering the complexities incurred by supply chain management, this paper proposes to use an agent-based simulation model approach to evaluate the performance of multiple potential logistics strategies for Renaissance, an non-profit organization in the secondhand retail business. This organization faces a strong growth in an urban context and has to efficiently plan its operations to both collect and deliver goods at every site. The agent-based simulation technique has proven to be capable to, in the first place, make an assessment of the current operations and then to evaluate potential logistics strategies in different growth scenarios. Envisaged strategies concern modifications either to the trucks fleet, to the time of sites visit or to the procedure in place to collect and deliver goods. The main key performance indicators used are the time per day, the distance travelled and the CO2 emissions. Also, in green logistics, this paper serves as another practical application of the possibility to use CO2 emissions databases to simulate environmental implications of scenarios, based on the types of trucks used and the drive cycles. The main conclusions of this paper are that decreasing time and distance travelled usually comes with an increase of CO2 emissions, due to the use of bigger trucks. Also, the current sites' accessibility and fleet constraints affect the logistics performance by 10% to 25%. With regards to the strategies, visiting sites at night has the potential to decrease the travelling time by 10%. However, current municipal restrictions restraining trucks' accessibility at night limit the benefits of this strategy. The best short-term strategy consists of the modification of the current fleet usage to use two 36' trucks to visit both donation centers and stores, as opposed to only stores. This strategy could potentially bring 10% to 20% benefits of time and distance, while having only a minimal impact on CO2 emissions.


identifier: Gagné, M. (2015). Fabrication et applications des réseaux de Bragg ultra-longs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse présente les principales réalisations accomplies dans le cadre du projet de doctorat. Cette soumission par articles présente quatre publications effectuées au cours du projet de recherche ayant comme thème central les réseaux de Bragg. Réalisée pour la première fois en 1978, l'écriture par laser ultra-violet (UV) de réseaux de Bragg à fibre est de nos jours une technique mature et répandue autant en industrie qu'en milieu académique. Leur propriété de réfléchir la lumière se propageant au travers des fibres optiques a mené à diverses applications en télécommunications, en lasers, ainsi qu'en divers capteurs de température, force, pression et indice de réfraction. La technique établie de fabrication se base généralement sur l'utilisation d'un masque de phase, élément relativement coûteux dont les caractéristiques se répercuteront sur le réseau de Bragg obtenu lors de son balayage par rayon UV. La fibre optique étant photosensible à ces longueurs d'onde, un motif périodique (le réseau de Bragg) peut y être « écrit ». La longueur maximale, la période, sa variation à travers le réseau (le chirp), le contraste d'indice et l'apodisation sont tous des caractéristiques qui pourront dépendre du masque de phase utilisé. Le premier objectif du projet de recherche est d'arriver à passer outre cette forte dépendance aux caractéristiques du masque de phase dans l'écriture des réseaux de Bragg sans faire de compromis sur la qualité des composants obtenus. Ce dernier aspect est ce qui démarque particulièrement les techniques présentées par cette thèse des autres techniques présentées dans la littérature. La démarche fondamentale pour obtenir des réseaux ultra-longs de profils arbitraires consiste à substituer l'approche de balayer le laser UV à travers le masque de phase par une approche où le faisceau est fixe et où la fibre se déplace au travers du faisceau. Pour obtenir un motif périodique, les franges d'interférence elles-mêmes qui doivent se déplacer en tandem avec la fibre. Pour ce faire, deux techniques sont utilisées : une ayant recours à des modulateurs de phase électro-optiques placés dans chaque bras d'un interféromètre Talbot et l'autre utilisant un masque de phase monté sur actionneur piézoélectrique. Une nouvelle approche utilisant un déplacement fin de l'interféromètre est démontré pour la première fois comme étant essentielle à l'obtention de réseaux de Bragg ultra-longs de haute qualité. Des réseaux de Bragg ultra-longs (jusqu'à 1 mètre) de haute qualité (i.e. dont le spectre de transmission correspond aux prédictions théoriques) sont obtenus pour la première fois.  ABSTRACT: This thesis presents the principal accomplishments realized during the PhD project. The thesis is presented by publication format and is a collection of four published articles having fiber Bragg gratings as a central theme. First achieved in 1978, UV writing of fiber Bragg gratings is nowadays a common and mature technology being present in both industry and academia. The property of reflecting light guided by optical fibers lead to diverse applications in telecommunication, lasers as well as several types of sensors. The conventional fabrication technique is generally based on the use of generally expensive phase masks which determine the obtained characteristics of the fiber Bragg grating. The fiber being photosensitive at those wavelengths, a periodic pattern can be written into it. The maximal length, the period, the chirp, the index contrast and the apodisation are all characteristics that depend on the phase mask. The first objective of the research project is to be able to go beyond this strong dependance on the phase mask without deteriorating grating quality. This is what really sets apart the technique presented in this thesis from other long fiber Bragg grating fabrication techniques available in the literature. The fundamental approach to obtain ultra long fiber Bragg gratings of arbitrary profile is to replace the scheme of scanning a UV beam across a phase mask to expose a fixed fiber by a scheme where the UV beam and phase mask are fixed and where the fiber is moving instead. To obtain a periodic index variation, the interference pattern itself must be synchronized with the moving fiber. Two variations of this scheme were implanted: the first one using electro-optical phase modulator placed in each arm of a Talbot interferometer and the second one using a phase mask mounted on a piezo electric actuator. A new scheme that imparts fine movements of the interferometer is also implemented for the first time and showed to be essential to achieve high quality ultra long fiber Bragg gratings. High quality theory matching ultra long fiber Bragg gratings up to 1 meter long are obtained for the first time. The possibility of fabricating high quality ultra long fiber Bragg grating of more than 10 cm (approximately the maximal phase mask length) opens a variety of new applications otherwise impossible with short fiber Bragg grating technology. Ultra long fiber Bragg gratings have unique characteristics such as high reflectivity, high dispersion and ultra narrow bandwitdth.


identifier: Kasirzadeh, A. (2015). Optimisation intégrée des rotations et des blocs mensuels personnalisés des équipages en transport aérien  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de la construction des horaires d'équipage pour les compagnies aériennes consiste à assigner un groupe d'équipage à un ensemble planifié de segments de vols. Ce problème doit également respecter des règles de travail définies par la convention collective et les autorités du transport aérien. Le problème de la construction des horaires d'équipage a reçu une attention particulière en recherche opérationnelle car après le carburant, le coût des équipages constitue la plus grande dépense des compagnies aériennes. En raison de la grande taille du problème et de la complexité des règles de travail, ce problème est traditionnellement traité en deux étapes qui sont résolues séquentiellement : la construction de rotations et la construction de blocs mensuels. La première construit un ensemble de rotations réalisables à coût minimum afin que chaque vol prévu puisse être réalisé par un équipage. Les rotations réalisables sont celles juxtaposant des vols conformément aux règles de la convention collective entres les employés et la compagnie aérienne. La deuxième étape construit des blocs mensuels pour les membres d'équipage en combinant les rotations trouvées précédemment avec les repos, et d'autres activités. Chaque bloc mensuel doit satisfaire certaines règles définies par le contrat de travail. Les membres de l'équipage sont divisés en deux groupes selon leurs rôles et leurs responsabilités : les personnels du poste de pilotage et les personnels de la cabine des passagers. Les pilotes, les copilotes et les mécaniciens de bord font partie du personnel du poste de pilotage. Le personnel du poste de pilotage est qualifié pour piloter un avion ou une famille d'avions. Le capitaine de cabine et les agents de bord font partie des membres de la cabine des passagers. Par le passé, les chercheurs se sont concentrés sur la réduction des coûts associés au personnel du poste de pilotage car leurs salaires sont plus élevés que ceux des membres de la cabine des passagers. Dans cette thèse, nous nous concentrons uniquement sur le personnel du poste de pilotage. La construction des blocs mensuels varie pour chaque compagnie aérienne. Toutefois, on peut classer les méthodes en deux catégories : la construction des blocs anonymes (bidline) et la construction des blocs personnalisés. Pour les blocs anonymes, les horaires sont construits de manière à couvrir toutes les rotations sans connaître les préférences des employés. Les blocs sont ensuite présentés aux membres d'équipage qui sélectionnent les blocs qu'ils veulent faire. Contrairement aux blocs anonymes, les blocs personnalisés tiennent compte des préférences des membres de l'équipage. La construction de ces blocs se fait selon deux objectifs : le rostering et les blocs personnalisés avec séniorité (preferrential bidding). Le premier maximise la satisfaction globale des membres d'équipage sans considérer la séniorité. Le second priorise la satisfaction des membres ayant le plus d'ancienneté. D'un point de vue historique, la construction des blocs anonymes a été l'approche la plus utilisée par les compagnies aériennes nord-américaines alors que la construction des blocs personnalisés a été plus fréquente en Europe. Cependant, les blocs personnalisés sont aujourd'hui une approche de planification utilisée par de plus de compagnies aériennes nord-américaines car ils sont plus avantageux à la fois pour les membres de l'équipage et les compagnies aériennes. Par le passé, le problème de construction des rotations et le problème de construction des blocs mensuels ont été modélisés indépendamment. Bien que cette approche réduise la complexité du problème, elle ne considère pas les contraintes de construction de blocs mensuels lors de la construction des rotations. Ce faisant, il n'est pas possible de garantir une solution optimale pour tous les membres de l'équipage. Plus récemment, des chercheurs ont commencé à intégrer ces problèmes. Le problème de construction intégrée de rotations et de blocs mensuels anonymes pour les pilotes a été étudié par Saddoune et al. Cependant, au meilleur de nos connaissances, il n'existe pas de littérature sur le problème d'intégration de construction des rotations et des blocs mensuels personnalisés. Le premier objectif de cette thèse est de présenter une revue de la littérature sur le problème de construction des horaires d'équipage en transport aérien. De plus, nous présentons un modèle mathématique et une approche de résolution pour le problème séquentiel de construction des blocs mensuels personnalisés. Au meilleur de notre connaissance, aucun modèle permettant de prendre en compte les préférences des pilotes n'a été introduit dans la littérature. Nous avons également observé que peu de chercheurs comparent leurs méthodes sur les mêmes données. Nous proposons donc un ensemble d'instances ainsi qu'un générateur de préférences qui est disponible en ligne pour des fins de comparaison. Dans le deuxième objectif de cette thèse, nous considérons le problème intégré de construction des rotations et des blocs mensuels personnalisés. Nous proposons un algorithme heuristique qui construit simultanément des horaires mensuels pour les pilotes et copilotes, tout en respectant les préférences personnelles et les contraintes de sécurité. L'algorithme proposé alterne entre les problèmes de construction des horaires des pilotes et des copilotes afin d'obtenir des rotations similaires, même lorsque les blocs mensuels sont différents. De plus, en raison des perturbations qui arrivent souvent durant l'opération, nous nous sommes intéressés à développer un algorithme permettant d'obtenir une solution robuste ; c'est-à-dire que nous minimisons la propagation de la perturbation d'un premier vol aux autres vols et aux autres membres d'équipage. La troisième contribution de cette thèse vise à satisfaire cet aspect. Pour ce faire, nous résolvons le problème de mise à jour des blocs mensuels simultanément pour les pilotes et les copilotes. Nous visons à maintenir les services de vols et les rotations en commun pour les pilotes et les copilotes dans les solutions de mise à jour. Nous proposons ainsi un algorithme heuristique qui alterne entre le problème de mise à jour des horaires mensuels des pilotes et des copilotes. Pour résumer, cette thèse étudie le problème de construction intégrée des blocs mensuels personnalisés pour les membres de l'équipage. Nous nous concentrons à la fois sur la planification et sur la mise à jour des blocs mensuels.  ABSTRACT: The airline crew scheduling problem assigns a group of crew members to a set of scheduled flights. This scheduling problem should respect also a set of safety regulations and collective conventions. The airline crew scheduling has received special attention in Operations Research because after fuel, the cost of crew members is the second largest cost for airlines. Due to complexity, traditionally researchers divided this problem into two steps which are solved sequentially: crew pairing and crew assignment. The former constructs a set of minimum cost anonymous feasible pairings for covering the scheduled flights while pairing régulations are taken into account. The latter combines the anonymous pairings with vacations, preassigned activities, and rest periods over a planning horizon (usually a month) to form new schedules for crew members while satisfying safety regulations. Crew members are divided into two groups based on their roles and responsibilities: the cockpit crew members and the cabin crew members. Cockpit crew members are composed of the pilot (captain), copilot (first officer), and flight engineer (for large fleets). The cockpit crew members are qualified to fly one or a family of aircraft types. The cabin crew members are the cabin captain and the flight attendants. Because cockpit crew members are paid substantially higher than cabin crew members, most of the literature has focused on cockpit crew members. In this thesis, we also focus on cockpit crew members composed of pilots and copilots. Despite crew pairings problem which always aims at constructing anonymous pairings, there are two general approaches that airlines consider when solving the crew assignment problem: constructing bidline schedules or personalized schedules. Bidline schedules are anonymous schedules for which the crew preferences and needs are not taken into account. After constructing bidline schedules for crew members, the airlines announce them to the crew members and crew members select the bidlines according to seniority order. In contrast to bidline schedules, personalized schedules consider crew member's preferences and needs for constructing and allocating the schedules. There are two general ways for constructing personalized schedules: rostering and seniority-based. The former favors providing a maximum global satisfaction for crew members and does not take crew members seniority into account. The latter prioritizes satisfaction of more senior crew members to the junior ones. From a historical point of view, bidline scheduling has been the most common approach at North American airlines whereas personalized scheduling has been more common in Europe. However, personalized schedules are now becoming a common scheduling approach at american airlines by offering advantages for both crew members and airlines. Each of the crew pairing problem and crew assignment problem were modeled independently. This traditional sequential approach reduces the complexity of crew scheduling problem but does not guarantee a global optimum solution for crew members because the constraints of monthly schedules are not taken into account when the pairings are being constructed. More recently, researchers have started to study the integration of the crew pairing and crew assignment problems. The problem of integrated bidline scheduling for pilots has been studied by Saddoune et al. However, integrated personalized crew scheduling for pilots and copilots simultaneously has not been the subject of study so far. The first objective of this thesis is to present an extensive review of literature about airline crew scheduling problem. In addition, in the context of sequential scheduling approach, we present a mathematical model and solution approach for personalized pilot assignment problem. To the best of our knowledge, this personalized assignment model that takes into account the pilots preferences has not yet been introduced in the literature. Furthermore, we observed that researchers frequently do not compare their methods on the same data due to the lack of access to common data sets. Therefore, we made all the data sets and crew preference generators available online which will allow other researchers to do so. As the second objective in this thesis, we consider the integrated personalized crew scheduling problem that simultaneously constructs monthly schedules for pilots and copilots while respecting the personal preferences and safety constraints. In addition, we are interested to maintain the robustness of the crew schedules due to the real-life perturbations that arrive while the planned schedules are being operated. At the operational level, the pilots and copilots must have similar pairings when possible to prevent the propagation of delays throughout the schedules. We present a heuristic algorithm that alternates between the pilot and copilot scheduling problems in order to obtain similar pairings even when the monthly schedules are different. In real life, various disruption sources such as weather conditions may result in delaying or canceling the scheduled flights. These delayed or canceled flights will affect the crew schedules. Due to delay propagation, robust crew recovery problem is very significant. As the third contribution of this thesis, we solve the recovery problem simultaneously for pilots and copilots where the planned schedules are constructed using personalized scheduling approach. We aim at keeping the duties and pairings in common during the recovery solution process. This aim is satisfied by considering heuristic algorithm that alternates between pilots and copilots recovery problems. The re-scheduled flights are considered to be given as an input data.To summarize, this thesis studies integrated personalized crew scheduling problem, in both planning and operational level, which simultaneously constructs/recovers monthly schedules for both pilots and copilots.


identifier: Watson, M. C. (2015). The Effects of Intracortical Microstimulation Parameters on Neural Responses  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les microstimulations de tissues nerveux du cerveau sont utilisés dans un grand nombre de prothèses sensorielles, de thérapies cliniques et autres activités de recherche se servant de la stimulation électrique. Actuellement, les paramètres de stimulation sont adaptés à chaque application via des tests itératifs. Les méthodes d'optimisation cherchent à améliorer les stimuli développés pour des objectifs spécifiques de stimulation, mais la compréhension fondamentale de la façon dont les paramètres de stimulation influencent les circuits neuronaux qu'ils activent reste largement incomplète. Ce déficit retarde l'optimisation de protocoles existants et rend le développement de nouvelles applications de stimulation difficile. À ce jour, un certain nombre de dispositifs prothétiques validés dès les années 1970 restent en développement, principalement en raison de l'incapacité de ces dispositifs à communiquer efficacement avec le cerveau. Pour utiliser la stimulation électrique afin de transmettre des messages au système nerveux central, une meilleure conception du patron du signal de stimulation est nécessaire. Dans cette thèse, nous étudions l'influence que chaque paramètre du signal (un courant constant, symétrique carré biphasique) exerce sur les réponses qu'il évoquées au travers des microstimulations de la zone intracorticale caudale du membre antérieur dans le cortex moteur chez le rat. Les paramètres de ce signal sont l'amplitude du courant, la fréquence et la durée d'impulsion, l'intervalle d'interphase et la durée du train. Leurs effets ont été évalués par un examen des réponses électromyographiques évoquées dans les muscles des membres antérieurs du rat en réponse à chaque stimulus.  Les principaux résultats décrivent comment chaque paramètre de stimulation influence l'amplitude, la latence d'apparition et la durée de la réponse. Une composante jusque-là inexplorée du signal de la réponse (que nous appelons 'activation résiduelle') est aussi analysée pour la première fois. Les théories quant à l'origine et le mécanisme neuronal sous-jacent de ce phénomène sont proposés et les paramètres de stimulation touchant son apparition, la prévalence et la durée sont décrits. La fiabilité des signaux de stimulation pour évoquer des réponses cohérentes est également évaluée par rapport aux variations de paramètres. Une méthodologie pour la conception optimisée des signaux de stimulation est proposée en utilisant un modèle de calcul simple, représentant les relations d'entrée-sortie entre les paramètres de stimulation et les réponses qu'ils évoquent. Ce modèle utilise une approche de réseau neuronal artificiel et peut être utilisé pour prédire les propriétés de la réponse lorsque les paramètres du stimulus sont connus. Compte tenu de la prévalence de la stimulation cérébrale dans les applications cliniques, de recherche et thérapeutiques, les procédures méthodologiques et de modélisation proposées ont des implications importantes dans l'optimisation des paradigmes de stimulation actuels et le développement de protocoles de stimulation pour de nouvelles applications.  ABSTRACT: Microstimulation of brain tissue plays a key role in a variety of sensory prosthetics, clinical therapies and research applications. At present, stimulus parameters are tailored to each application via iterative testing. Computational optimization methods seek to improve tried and tested waveforms developed for specific purposes, however the fundamental understanding of how stimulation parameters influence the neural circuits they activate remains widely unknown. This deficit hinders both the optimization of existing protocols and the development of new stimulation applications. To date, a number of prosthetic devices validated as early as the 1970's linger in the development stages largely due to the inability to effectively interface these devices with the brain. In order to use electrical stimulation to convey messages to the central nervous system, a better understanding of stimulus signal design is required. In this thesis, I investigate the influence that each parameter of the constant-current, symmetric, biphasic square waveform exerts on the responses it evokes through intracortical microstimulation of the caudal forelimb area of the rat motor cortex. The parameters under investigation include the current amplitude, pulse frequency, pulse duration, interphase interval and train duration of the stimulus and effects were assessed by examining the electromyographic responses evoked in the rat forelimb muscles in response to each stimulus. The major findings describe how each parameter of the stimulus signal influences the magnitude, onset latency, and duration of the response. A previously unexplored component of the response signal (which we called ‘residual activation') is analyzed for the first time. Hypotheses as to the origin and underlying neural mechanism of this phenomenon are proposed and the stimulus parameters affecting its occurrence, prevalence and duration are described. The reliability of stimulation signals for evoking consistent responses is also assessed with respect to parameter variations. A methodology for the informed design of stimulation signals is proposed and aided by the development of a simple computational model representing the input-output relationships between stimulation parameters and the responses they evoke. This model uses an artificial neural network approach and can be used to predict the properties of the response when the parameters of the stimulus are known. Given the prevalence of brain stimulation in clinical, research and therapeutic applications the proposed methodological and modeling procedures have important implications in the optimization of current stimulation paradigms and the development of stimulation protocols for new applications.


identifier: Teyssedou, N. (2015). Voies d'optimisation du bruit magnétique de microfils amorphes appliqués à la magnétométrie à magnétoimpédance géante  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de la magnétométrie à haute sensibilité est un sujet d'actualité dans les domaines de l'imagerie médicale, de la détection d'anomalies magnétiques ou encore en recherche scientifique, comme en astronomie et en matière condensée. Parmi les magnétomètres les plus performants, les Fluxgates sont de renoms pour leur grande plage de sensibilité et leur faible bruit à basse fréquence. Toutefois, leur consommation de puissance élevée, leur faible résolution spatiale et leur incapacité à détecter des champs supérieurs à quelques kilohertz limitent leur utilisation. Les magnétomètres à magnétoimpédance géante (MIG) sont une alternative potentielle pour déclasser les Fluxgates, vu leurs excellentes performances en sensibilité et en bruit de zone blanc. Cependant, les magnétomètres MIG font face à deux problèmes majeurs. D'abord, la variabilité en performance des capteurs est un obstacle important pour une production à grande échelle. Chaque capteur préparé, possède des propriétés distinctes, difficilement reproductibles et pratiquement impossibles à prévoir. En plus, l'excès de bruit à basse fréquence représente une détérioration des performances des magnétomètres MIG, ce qui avantage, pour le moment, l'utilisation des Fluxgates. Ce projet de maîtrise propose des solutions pour réduire la variabilité en performance et diminuer l'excès de bruit des magnétomètres. L'étude vise à sélectionner, à caractériser et à préparer les éléments sensibles des capteurs, soit les microfils amorphes de Co80.89Fe4.38Si8.69B1.52Nb4.52. Une méthodologie systématique incorpore ces trois étapes et produit, de manière contrôlée, un nombre déterminé de capteurs MIG. La préparation des microfils se fait à partir de traitements physico-chimiques, tels que le recuit sous contrainte, l'électrodéposition de cuivre aux extrémités et la refonte des pointes par laser. Un modèle de bruit magnétique est aussi développé, à partir du théorème généralisé de Callen et Welton. Les résultats obtenus démontrent que le traitement de recuit influence la sensibilité, que l'électrodéposition de cuivre réduit la résistance de contact et que la refonte des pointes par laser crée une anisotropie magnétocristalline localisée. La conséquence de ces traitements, sur la variabilité des performances et l'excès de bruit des magnétomètres, est le sujet visé dans le cadre de ce travail.  ABSTRACT: There has been considerable activity in high sensitivity magnetometry for applications such as medical imagery, nondestructive control, and in research fields, such as astronomy and condensed matter. At the moment, few magnetic sensors satisfy the requirements of those fields. Among them, the Fluxgate is known for its high sensitivity range and low noise at low frequencies. However, high power consumption, poor spatial resolution and inability to measure high frequency fields, limit the use of Fluxgate magnetometers. Giant magnetoimpedance (GMI) devices are a good potential alternative to such magnetometers. Characterized by their high sensitivity, GMI sensors also exhibit low noise at high frequencies. Two main factors represent obstacles to the development of GMI magnetometers. First, the variability in sensor characteristics makes it difficult to imagine their commercial production. Each sensor exhibits behavior which is difficult to predict and to reproduce. In addition the low frequency excess noise limits the performance of GMI magnetometers, and favors the use of Fluxgates at the present time. This master project proposes methods for reducing the variability and the excess noise of GMI magnetometers. The study focus on the selection, the characterisation and the preparation of the sensing elements, which are amorphous microwires based on Co80.89Fe4.38Si8.69B1.52Nb4.52. Several GMI sensors were produced in a controlled way by a systematic methodology. Their preparation involved physicochemical treatments, such as annealing under stress, copper electroplating of the contacts, and laser recasting of wire ends. A noise model is also developed, based on the general theorem of Callen and Welton. The annealing treatment influences the sensitivity, the electroplating of copper reduces the contact resistance, and laser recasting leads to a localised magnetocrystalline anisotropy. The consequences of these treatments on the performance variability and on the excess noise of GMI magnetometers has been studied in detail.


identifier: Parsapour, M. (2015). Removal of Contaminant Nanoparticles from Wastewater Produced Via Hydrothermal Carbonization by Spions  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La carbonisation hydrothermale (CHT) peut être définie chimiquement comme un processus combiné de déshydratation et de décarboxylation dans un état humide. En bref, ce procédé est réalisé par l'application d'une température élevée (entre 180 à 250°C) et d'une pression (de l'ordre de 2 MPa) pour dégager l'eau de la biomasse et transformer le carbone en biocharbon de haute qualité en l'espace de quelques heures. D'abord la biomasse est chauffée sous forme de solution aqueuse dans un réservoir sous pression jusqu'à ce qu'un procédé exothermique entre en action. Dès ce moment l'exploitation de l'installation ne requiert aucune énergie additionnelle. En outre, pendant le processus de conversion humide, la forte teneur en résidus est transformée en nanoparticules qui pourraient présenter une nanostructure hétérogène bien définie. Bien que la CHT soit connue depuis des années, on observe un regain d'intérêt envers ce procédé en raison de sa rentabilité et des propriétés intéressantes de ses produits comme le biochar, un produit semblable à l'humus, qui peut être employé pour amender les sols agricoles et stocker le CO2. En fait, la CHT a été utilisé pour le traitement des boues et des eaux usées dans certains pays développés tels que l'Allemagne. Aujourd'hui, de nombreux scientifiques continuent à étudier les produits solides de ce procédé tel que le biochar. Ces études concernent la caractérisation physico-chimique et biologique des produits générés par la CHT, ainsi que leur utilisation potentielle. Toutefois, les produits aqueux de la CHT, riches en hydrocarbures dérivés et en nanoparticules (NPs),  sont rarement étudiés.  Ainsi, notre objectif est d'étudier les eaux usées générées par la CHT à partir d'une biomasse de glycérine ou de sucre. En outre, nous proposons une nouvelle stratégie de traitement pour éliminer les NPs de ces eaux usées. À cet égard, nous avons utilisés les nanoparticules  superparamagnétiques d'oxyde de fer (SPIONs) en raison de leurs propriétés physico-chimiques uniques (propriétés magnétiques, capacité d'absorption, biocompatibilité et éco-compatibilité) pour la décontamination de l'eau et des eaux usées.  Dans ce travail, nous avons synthétisé deux nanocomposites à base de SPIONs pour le retrait magnétique des nanoparticules des eaux usées. Dans le premier cas, nous avons synthétisé des SPIONS recouverts de polyéthylène-glycol (PEG) (SPIONs @ (PEG)). Dans le second cas, nous avons utilisé un procédé de croissance in situ pour produire un nanocomposite de SPIONS et d'oxyde de graphène purifié (OG), (SPIONs / OG),  et recouvert par la suite de PEG (20000Da), (SPIONS / OG @ PEG). Comme les OG contiennent divers groupes fonctionnels comprenant, entre autres,  les acides carboxyliques, les hydroxyles et les époxydes, ayant une valence élevée pour l'adsorption de contaminants en raison de leur teneur élevée en oxygène, nous supposons que SPIONS / GO @ PEG améliorent le procédé de décontamination.  ABSTRACT: Hydrothermal carbonization (HTC) is a chemical approach that can be defined as a combined dehydration and decarboxylation process in a wet state. Briefly,  this process is performed by applying elevated temperature (between 180-250°C) and pressure (arround 2MPa) to convert biomass from aqueous suspension (e.g. sludge, wastewater, natural products, among other) into three different phases and materials products, including biocoal. Further, during the wet conversion process the high residue content is transformed into nanoparticles that could present well-defined or heterogeneous nanostructure. Although HTC was known for years, it has been focused only recently due to exclusive products properties and cost-effective production. In fact, HTC has been used for sludge and wastewater treatment plants in some developed countries such as Germany. Nowadays, many scientific groups still investigate solid products (e.g. biocoal) from HTC. These studies are related to physico-chemical and biological characterization of HTC's generated materials, as well as their potential uses.  However, aqueous products from HTC, which are rich in hydrocarbons derivatives and nanoparticles (NPs), are rarely studied. Thereby, our objective is to study the wastewater generated from HTC applied to samples of either glycerin or sugar. Furthermore, we propose a novel treatment strategy to remove the NPs from the wastewater. In this regard, we have used Superparamagnetic Iron Oxide (SPIONs) due to their unique physico-chemical properties (magnetic properties, adsorption capacity, biocompatibility and eco-friendly degradation) for decontamination of water and wastewater. In this regard, we synthesized two different nanocomposites based on SPIONs to carry out the magnetic removal of existent NPs in the wastewater. For the first case, we synthesized polyethylene-glycol (PEG) coated SPIONS (SPIONs@PEG). The second one was a new nanocomposite (SPIONs/GO) obtained from in situ growth of SPIONS over purified graphene oxide (GO), which was afterwards coated with PEG (20000Da), resulting in SPIONs/GO@PEG. As GO has various functional groups that have a high valence for absorption of contaminants due to their oxygen content, we assume that SPIONs/GO@PEG improves the efficiency of the decontamination process compared to SPIONs@PEG alone. Initially, we have characterized the synthetized SPIONs. Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR) was used to identify the present functional groups in the SPIONs samples. Atomic Force Microscopy (AFM) and Transmission Electronic Microscopy (TEM) were used to determine the topography and diameter size via high resolution images with fine details of the nanocomposites. Finally Dynamic Light Scattering (DLS) was used to evaluate the size distribution of the SPIONs in distilled water.


identifier: Bashiri, H. (2015). Numerical and Experimental Investigation of Liquid and Gas/Liquid Flows in Stirred Tank Reactors  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
RÉSUMÉ: Les réacteurs à cuve agitée (STR) sont couramment utilisés dans les industries pétrolières, chimiques, biochimiques, pétrochimiques, minières et métallurgiques. De nos jours, ralenties par des facteurs et des barrières tant économiques qu'environnementaux, ces industries sont ardemment à la recherche de procédés efficaces et fiables permettant de minimiser le gaspillage d'énergie et de matières premières ainsi que la production de sous-produits indésirables et nocifs. De fait, la recherche de lignes directrices pour la mise à l'échelle de tels procédés, du laboratoire à l'échelle industrielle, est devenue une tâche indispensable pour les ingénieurs des procédés. Les procédures classiques de conception et de mise à l'échelle des STR supposent que les paramètres hydrodynamiques sont constants à travers le réacteur (hypothèse du “mélange parfait”). Cette hypothèse est assez simpliste et sans doute abusive, particulièrement pour les STR de grands volumes. Il est reconnu que la conception et la mise à l'échelle d'équipements de procédé peuvent difficilement être couronnées de succès sans la prise en compte de l'hydrodynamique locale. Une compréhension de l'hydrodynamique et du mélange est donc essentielle pour la conception et la mise à l'échelle précises des STR. L'objectif général de cette étude a par conséquent été d'améliorer la compréhension de l'hydrodynamique à l'intérieur des STR et d'aider la conception et la mise à l'échelle de tels systèmes. Pour atteindre cet objectif, une combinaison judicieuse de divers outils de conception incluant la modélisation compartimentale (CM), la mécanique des fluides numérique (CFD) et la mécanique des fluides expérimentale (EFD) a été utilisée. Comme le taux de dissipation de l'énergie cinétique de turbulence () affecte de façon importante la performance des STR, la première partie de cette thèse a été consacrée aux effets des conditions opératoires et de la mise à l'échelle sur la distribution de  dans les STR. Les résultats de simulations CFD monophasiques par la méthode des volumes finis sur des STR équipés d'une turbine Rushton (RT) ont été utilisés pour déterminer les paramètres d'un modèle à deux zones compartimentales qui y décrit l'inhomogénéité de la turbulence. Une méthode améliorée a été proposée pour trouver la frontière entre deux régions caractéristiques. A l'aide de cette méthode, les effets de divers critères classiques de mise à échelle ont été étudiés. Il a été observé que la distribution de  et, en conséquence, les paramètres du modèle compartimental changent considérablement lorsque les critères classiques de mise à l'échelle ont été suivis. Par la suite, la méthode non-intrusive dite du suivi de particules radioactives (RPT) a été utilisée pour une analyse exhaustive de l'écoulement parfaitement turbulent du fluide dans un STR de laboratoire équipé d'une turbine RT ou d'une turbine à pales inclinées (PBT). Cette étude couvre les descriptions eulérienne et lagrangienne du mouvement du fluide. Les mesures RPT du champ d'écoulement turbulent dans un STR agité par une turbine RT ont été comparées à des mesures laser et à des résultats de simulations CFD de modèles de turbulence basés sur une méthode de RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Un bon accord a été trouvé entre toutes les méthodes pour les profils de vitesse moyenne tridimensionnelle prédits et mesurés en tous points du STR. La technique RPT a été utilisée pour la première fois pour mesurer le champ d'écoulement turbulent dans une cuve agitée par une turbine PBT. Deux indices de mélange, un basé sur le concept d'indépendance stochastique et l'autre sur le concept statistique de perte de mémoire dans les procédés de mélange, ont été utilisés pour mesurer le temps de mélange à l'aide des données RPT. Cette étude montre que la technique RPT s'avère très prometteuse pour étudier les écoulements turbulents et les caractéristiques du mélange dans les STR, ainsi que pour évaluer la validité des modèles numériques. La RPT a aussi été utilisée pour valider un modèle CFD simulant les écoulements turbulents monophasiques. Les résultats de ce modèle ont été utilisés comme une condition initiale pour des simulations CFD plus complexes d'écoulement turbulent gaz-liquide dans des STR qui présentées dans la dernière partie de la thèse. Finalement, la troisième partie de la thèse présente le développement d'un modèle multi-échelle d'écoulement gaz-liquide comme outil pour la conception et la mise à l'échelle de STR. Le modèle est basé sur la compartimentalisation du STR en zones et l'utilisation de simulations simplifiées d'écoulement gaz-liquide moins coûteuses en temps calcul. Ce modèle a prédit la valeur moyenne du coefficient volumique de transfert de matière (kLa) dans chaque zone à l'aide de paramètres hydrodynamique locaux y figurant (c.-à-d. rétention de gaz et le taux de dissipation de l'énergie cinétique de turbulence du liquide). La validité du modèle à chaque étape a été scrupuleusement évaluée à l'aide de données de la littérature. Le modèle proposé a été capable de prédire le coefficient volumique global de transfert de matière à l'intérieur du STR avec une bonne précision. À l'aide de ce modèle, il est apparu que les contributions de chaque zone au transfert de matière global à l'intérieur du STR peuvent changer considérablement en modifiant les conditions opératoires et la mise à l'échelle. Il a été estimé que, en accroissant le volume du STR, le kLa global avait diminué d'au moins 20% suite à une mise à l'échelle classique. L'originalité scientifique du présent travail repose sur (a) l'introduction d'une nouvelle méthode pour trouver la localisation de la frontière entre deux zones compartimentales caractéristiques des STR qui y décrivent l'inhomogénéité de la turbulence, (b) l'investigation systématique des effets des conditions opératoires et des différentes approches de mise à l'échelle sur le degré d'inhomogénéité de la turbulence dans les STR équipés de turbine RT, (c) les études expérimentales exhaustives sur les écoulements turbulents dans des STR à l'aide de la technique RPT pour les turbines RT et PBT, (d) l'introduction d'une nouvelle méthode pour la mesure non-invasive du temps de mélange dans les STR basée sur le concept statistique de perte de mémoire, (e) le développement d'un modèle multi-échelle pour les écoulements gaz-liquide comme outil de conception et de mise à l'échelle du STR, et (f) l'examen attentif de l'impact des conditions opératoires et de la mise à l'échelle sur les valeurs du coefficient volumique local de transfert de matière. Les découvertes de cette étude ont permis de mettre en lumière les paramètres hydrodynamiques importants pour la conception et la mise à l'échelle des STR. À cet égard, il est permis de croire que des améliorations significatives dans leur conception pourront être réalisées à l'aide du modèle multi-échelle proposé étant donné qu'il considère à la fois le champ d'écoulement effectif et des paramètres hydrodynamiques locaux.  ABSTRACT: Stirred tank reactors (STRs) are widely used in the petroleum, chemical, biochemical, petrochemical, mineral and metallurgical industries. Nowadays, submerged by both economic and environmental drivers and barriers, industries urge for efficient and reliable processes in order to minimize the waste of energy and raw materials, as well as the production of un- desirable and harmful by-products. As a result, finding adequate rules for scaling up such processes from the laboratory to an industrial scale has become a crucial task for process engineers. The conventional procedures for design and scale-up of STRs assume that the values of hydrodynamic parameters are constant in the entire reactor (”well-mixed” assump- tion). This assumption is quite rudimentary and may even be far-fetched, particularly for large-scale STRs. It is well known that the design and scale-up of process equipment can barely be successful without taking local hydrodynamics into account. An understanding of the hydrodynamics and mixing is thus essential for the precise design and scale-up of STRs. The overall objective of this study was to gain insight into the hydrodynamics prevailing in STRs, and help improve the design and scale-up of such systems. To meet this objective, strategic combinations of various design tools, including compartmental modeling (CM), computational fluid dynamics (CFD) and experimental fluid dynamics (EFD), were used. As the turbulent energy dissipation rate (ε) significantly affects the performance of STRs, the first part of this thesis presents the effects of operating conditions and the scale-up on the distribution of ε in STRs. The results of single-phase finite-volume CFD simulations of STRs equipped with a Rushton turbine (RT) were used to determine the parameters of a two- compartment model that describes the turbulent non-homogeneities therein. An improved method was proposed to find the boundary between the two characteristic regions. Using this method, the effects of various conventional scale-up criteria were investigated. It was observed that the distribution of ε and, as a result, the compartmental model parameters change considerably when conventional scale-up rules were followed.
Next, so-called radioactive particle tracking (RPT) as a non-intrusive measurement technique was used for the comprehensive analysis of the fully turbulent fluid flow in a laboratory- scale STR equipped with an RT or a pitched blade turbine (PBT). This study covers the Eulerian and Lagrangian descriptions of fluid motions. The RPT measurement of the turbulent flow field in an STR agitated by an RT was benchmarked with CFD simulations of RANS-based turbulence models and laser-based measurements. A good agreement was found between all the methods for the measured and predicted 3D mean velocity profiles at all locations in the STR. The RPT technique was used to measure the turbulent flow field in a tank agitated by a PBT for the first time. Two mixing indices, one based on the concept of stochastic independence and the other on the statistical concept of memory loss in mixing processes, were used to measure mixing times using RPT data. This study shows that the RPT technique holds great promise for investigating turbulent flows and the mixing characteristics of STRs, and for assessing the adequacy of numerical models. RPT also was used to validate a CFD model for simulating single-phase turbulent flow. The results of this model were used as an initial condition for more complex CFD simulations of gas/liquid turbulent flow in the STRs presented in the last part of the thesis. Finally, the third part of this thesis presents the development of a multiscale gas/liquid flow model as a tool for the design and scale-up of STRs. The model was based on the compartmentalization of the STR into zones and the use of simplified less computationally intensive gas/liquid flow simulations. It predicted the mean value of the local volumetric mass transfer coefficient (kLa) in each compartment based on the local hydrodynamic parameters therein (i.e., gas hold-up and liquid turbulent energy dissipation rate). The adequacy of the model at each step was carefully assessed using experimental data drawn from the literature. The proposed model was able to predict the overall volumetric mass transfer coefficient in the STR with good adequacy. Using this model, it was shown that the contributions of each compartment to the overall mass transfer inside the STR could be changed considerably by altering the operating conditions and scale-up. It was also estimated that by increasing the STR size the overall volumetric mass transfer coefficient decreased by at least 20% following a conventional scale-up rule. The scientific novelty of the current work lies in: (a) the introduction of a new method for finding the location of the boundary between the two characteristic compartments of STRs that describes the turbulent non-homogeneities therein, (b) the systematic investigation of the effects of operating conditions and different scale-up approaches on the extent of turbu- lent non-homogeneities in STRs equipped with an RT, (c) the comprehensive experimental investigations of the turbulent fluid flows in STRs using RPT for both RT and PBT impellers, (d) the introduction of a novel method for the non-invasive measurement of mixing time in STRs based on the statistical concept of memory loss, (e) the development of a multiscale gas/liquid flow model to serve as a tool for the design and scale-up of STRs, and (f) the scrutinization of operating conditions and scale-up impacts on the local volumetric mass transfer coefficient values. The findings of this study have shed light on the hydrodynamic parameters that are important for the design and scale-up of STRs. In this regard, it is also believed that significant design improvements can be achieved by using the proposed multiscale model as it considers the actual flow field and local hydrodynamic parameters.


identifier: Simoneau, L.-P. (2015). Percolation dans des réseaux réalistes de nanostructures de carbone  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les nanotubes de carbone ont des propriétés mécaniques et électriques très intéressantes pour plusieurs applications en électronique. Ils sont très résistants à la déformation et peuvent être d'excellents conducteurs ou semi-conducteurs. Toutefois, manipuler les nanotubes individuellement pour construire des dispositifs structurés demeure très difficile. Il n'existe pas encore de méthode permettant de contrôler à la fois les propriétés électriques, l'orientation et le positionnement spatial d'un ensemble de nanotubes. Produire des réseaux désordonnés de nanotubes est par contre beaucoup plus facile, et ces systèmes possèdent de plus une bonne conductivité électrique qui les rend très intéressants, notamment comme matériaux d'électrodes transparentes et flexibles. Il y a trois principales méthodes de fabrication employées pour produire des réseaux de nanotubes : le dépôt de solution, la croissance sur substrat et l'enchâssement dans une matrice de polymères. Le dépôt de solution peut engendrer des réseaux de densités diverses sur une variété de substrats. La croissance directe sur substrat permet quant à elle de produire des réseaux très propres sur des substrats tels le SiO2. De son côté, l'enchâssement dans une matrice de polymères permet de produire des volumes composites contenant des quantités variables de nanotubes. Beaucoup de paramètres comme la longueur des tubes, leur orientation ou leur tortuosité influencent cependant les propriétés de ces réseaux et la présence de désordre structural complique la compréhension de leurs interactions. Prévoir les propriétés d'un réseau comme la conductivité à partir de quelques caractéristiques comme la taille des tubes et leur densité peut être difficile. Cette tâche devient d'autant plus complexe si l'on veut maintenant identifier les paramètres qui vont permettre d'optimiser les performances d'un dispositif contenant ce matériau. Nous avons choisi d'aborder le problème des réseaux de nanotubes de carbone en développant une série d'outils numériques qui sont principalement basés sur la méthode Monte-Carlo. Nous tenons compte d'un grand nombre de paramètres pour décrire les caractéristiques des réseaux, ce qui nous permet une représentation plus fiable de réseaux réels ainsi qu'une grande polyvalence pour le choix des constituants des réseaux pouvant être simulés. Les outils que nous avons développés, regroupés dans le logiciel RPH-HPN pour Réseaux percolatifs hybrides - Hybrid Percolation Networks, permettent la construction des réseaux aléatoires, détectent les contacts entre les tubes, traduisent les systèmes en circuits électriques équivalents et calculent les propriétés globales.  ABSTRACT: Carbon nanotubes have very interesting mechanical and electrical properties for various applications in electronics. They are highly resistant to deformation and can be excellent conductors or semiconductors. However, manipulating individual nanotubes to build structured devices remains very difficult. There is no method for controlling all of the electrical properties, the orientation and the spatial positioning of a large number of nanotubes. The fabrication of disordered networks of nanotubes is much easier, and these systems have a good electrical conductivity which makes them very interesting, especially as materials of transparent and flexible electrodes. There are three main methods of production used to make networks of nanotubes: the solution deposition, the direct growth on substrate and the embedding in a polymer matrix. The solution deposition method can form networks of various densities on a variety of substrates, the direct growth of nanotubes allows the creation of very clean networks on substrates such as SiO2, and the embedding in a polymer matrix can give composite volumes containing varying amounts of nanotubes. Many parameters such as the length of the tubes, their orientation or their tortuosity influence the properties of these networks and the presence of structural disorder complicates the understanding of their interactions. Predicting the properties of a network, such as conductivity, from a few characteristics such as size and density of the tubes can be difficult. This task becomes even more complex if one wants to identify the parameters that will optimize the performance of a device containing the material. We chose to address the carbon nanotube networks problem by developing a series of computer simulation tools that are mainly based on the Monte Carlo method. We take into account a large number of parameters to describe the characteristics of the networks, which allows for a more reliable representation of real networks as well as versatility in the choice of network components that can be simulated. The tools we have developed, grouped together in the RPH-HPN software Réseaux percolatifs hybrides - Hybrid Percolation Networks, construct random networks, detect contact between the tubes, translate the systems to equivalent electrical circuits and calculate global properties. An infinity of networks can have the same basic characteristics (size, diameter, etc.) and therefore the properties of a particular random network are not necessarily representative of the average properties of all networks. To obtain those general properties, we simulate a large number of random networks with the same basic characteristics and the average of the quantities is determined.


identifier: Essayad, K. (2015). Développement de protocoles expérimentaux pour caractériser la consolidation de résidus miniers saturés et non saturés à partir d'essais de compression en colonne  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation minière génère d'énormes quantités de rejets. On distingue deux principaux types de rejets solides, soit les roches stériles et les résidus miniers (rejets de concentrateur). Les roches stériles résultent surtout des activités de dynamitage effectuées pour l'ouverture des fronts d'exploitation souterraine ou à ciel ouvert; elles sont habituellement stockées en surface dans des haldes à stériles. Les résidus miniers sont des matériaux à granulométrie fine, produits à partir des processus de traitement du minerai. Ces résidus sont généralement entreposés dans des parcs sous la forme d'une pulpe. Le remplissage progressif des parcs à résidus conduit à une consolidation de ces résidus sous l'effet de leur poids propre. Le comportement des résidus miniers dépend alors de leur compressibilité et de la vitesse de dissipation des pressions interstitielles.  ABSTRACT: Mining operations generate large amounts of solid wastes around the world. Two types of solid wastes can be distinguished: mine waste rock and mill tailings. Waste rock mainly results from the blasting activities performed to access the working areas of underground or open pit mines; it is usually disposed of in waste rock piles on the surface. Tailings are fine grained materials produced by ore treatment processes. These mine tailings are generally disposed in ponds in the form of a slurry. The progressive filling of tailing impoundment leads to their consolidation under self-weight. The behaviour of tailings then depends on their compressibility and the dissipation of pore water pressures.


identifier: Fotsing, I. (2015). Étude par voltammétrie cyclique des conditions d'électrodéposition de phosphure de zinc pour des applications photovoltaïques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le phosphure de zinc (Zn3P2) présente plusieurs propriétés d'intérêt pour les applications photovoltaïques : sa bande interdite est à structure directe et a une valeur de 1.5 eV qui correspond à l'optimum de conversion du spectre solaire, son coefficient d'absorption est important, et ses constituants sont abondants, non toxiques et peu onéreux. Son utilisation à grande échelle à l'état actuel de l'art est toutefois principalement limitée par (i) la disponibilité de procédés de préparation du matériau pouvant facilement être utilisés à l'échelle industrielle, et (ii) la disponibilité de techniques permettant la préparation d'hétérojonctions à rendement élevé. En ce qui a trait aux techniques de préparation, l'électrodéposition présente un intérêt particulier, puisque la technique est généralement peu couteuse, non polluante et facilement reproductible. Toutefois, la faisabilité de la préparation du Zn3P2 par électrodéposition n'est pas clairement établie dans la littérature. La présente recherche étudie les conditions d'électrodéposition de Zn3P2 en solution aqueuse à partir de précurseurs de zinc et phosphore. Dans cette approche il a été considéré que la formation de Zn3P2 procède par co-électrodéposition de Zn et de P suivie d'une réaction chimique entre les 2 espèces. Dans un premier temps, le travail a porté sur la détermination des zones de stabilité thermodynamique de Zn3P2 en établissant les diagrammes de Pourbaix suivants qui ont été obtenus à l'aide du logiciel FACT-SAGE : i) détermination et identification de la région de stabilité thermodynamique des systèmes Zn – H2O, P – H2O et système Zn – P - H2O pour différentes valeurs de concentration de zinc et de phosphore; ii) Étude de la région de stabilité des supports de verre conducteurs à partir des systèmes Sn – H2O, Sn – F – H2O, Sn – In – H2O, et du cuivre à partir des systèmes Cu – H2O; iii) études des interactions du systèmes Zn – P avec les espèces en solution : systèmes Zn – P – Na – H2O, Zn – P – Cl – H2O, Zn – P – S – H2O, Zn – P – N – H2O, Zn – P – Sn – H2O, Zn – P – Cu – H2O; iv) études des interactions du support avec les espèces en solution : systèmes Sn – Na – H2O, Sn – Cl – H2O, Sn – S – H2O, Sn – N – H2O. Les supports ont été caractérisés par voltammétrie cyclique. Les solutions contenant les précurseurs de Zn3P2 ont été caractérisées électrochimiquement et les pics d'oxydation et de réduction de leur voltammogramme ont été identifiés. Les positions de ces pics ont été utilisées pour fixer les potentiels d'électrodéposition. Plusieurs échantillons ont été électrodéposés et analysés par MEB (Microscopie électronique à balayage), EDS (spectroscopie d'énergie dispersive), diffraction des rayons X.  ABSTRACT: With a direct band gap of 1.5 eV located at the optimum of conversion for the solar spectrum, a high absorption coefficient, and constituents that are abundant, non toxic and inexpensive, zinc phosphide (Zn3P2) is an nearly ideal material for photovoltaic applications. The use of the semiconductor in large-scale applications is however at the state of the art mainly limited by the availability of (i) easily scalable techniques and processes for the preparation of the material (ii) techniques for the preparation of high efficiency heterojonctions. Regarding the preparation of the material, electrodeposition is of particular interest, as the technique is known to be relatively inexpensive, non pollutant and presents good reproducibility. However, the feasibility of zinc phosphide electrodeposition is not clearly established in the literature works. This research investigates the conditions of electrodeposition of Zn3P2 from aqueous solutions containing zinc and phosphorus species. In this approach it is considered that the Zn3P2 formation occurs by co-electrodeposition of Zn and P followed by a chemical reaction between the two electrodeposited species. First of all, the regions of thermodynamic stability and the electrochemical behaviour of Zn3P2 were studied using Pourbaix diagrams obtained from the commercial software FACT-SAGE. The following steps were specifically undertaken using the Pourbaix diagrams: (i) identification of the regions of thermodynamic stability for the systems Zn – H2O, P – H2O and Zn – P - H2O for different concentration of zinc and phosphorus; (ii) Investigation of the stability of the conducting glass and copper substrates from analysis of the systems Sn – H2O, Sn – F – H2O, Sn – In – H2O, and Cu – H2O respectively; (iii) Analysis of the interactions between the system Zn – P and the species dissolved in the electrolyte: systems Zn – P – Na – H2O, Zn – P – Cl – H2O, Zn – P – S – H2O, Zn – P – N – H2O, Zn – P – Sn – H2O, Zn – P – Cu – H2O; (iv) Analysis of the interactions between the substrates and the species dissolved in the electrolyte: Sn – Na – H2O, Sn – Cl – H2O, Sn – S – H2O and Sn – N – H2O. The electrodeposition conditions were then investigated in experiment : the stability of the substrates was studied by cyclic voltammetry. The electrochemical behavior of the solutions containing zinc and phosphorus species was also analysed by cyclic voltammetry and the oxidation and reduction current peaks were identified on the resulting voltammograms. The peak positions was then used to identify the appropriate potential for the electrodeposition. The deposits obtained in vii the identified conditions were characterized by SEM (Scanning Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) and XRD (X-ray diffraction).


identifier: Fournier-Lupien, J.-H. (2015). Les alliages germanium-étain et silicium-germanium-étain: croissance, propriétés structurales et stabilité thermique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].


identifier: Shabanian, J. (2015). Hydrodynamics of a Gas-Solid Fluidized Bed at High Temperature in the Presence of Interparticles Forces  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les lits fluidisés gaz-solide sont utilisés dans un large éventail d'applications industrielles en particulier dans le cas de réactions exothermiques telles le craquage et la régénération catalytique dans le raffinage du pétrole (procédé FCC), les synthèses par oxydation partielle, la chlorination d'oxydes métalliques, la polymérisation en phase gazeuse, la combustion et la gazéification du charbon, de déchets et de biomasse. La manutention facile des solides combinée à un bon mélange de solide au sein du lit fluidisé procure aux lits fluidisés une température uniforme et une capacité intéressante de transfert de chaleur en comparaison aux autres types de réacteurs. De plus, un taux de transfert de matière élevé et une faible perte de charge contribuent à la popularité des lits fluidisés dans l'industrie. À l'échelle industrielle, les lits fluidisés sont généralement opérés à des températures élevées pour lesquelles les propriétés de transfert, des paramètres importants dans le comportement hydrodynamique, diffèrent de celles aux conditions ambiantes. Cependant, les connaissances actuelles en ce qui a trait à l'hydrodynamique des lits fluidisés opérés a température élevée sont loin d'être satisfaisantes, i.e. données insuffisantes, résultats parfois conflictuels et controversés. La source principale de cette controverse réside dans la difficulté à déterminer l'importance relative des forces interparticulaires (FIPs) et des forces hydrodynamiques (FHDs). Une attention particulière à l'évolution des FIPs est importante en raison de la tendance globale à utiliser des matières premières de qualité inférieure (e.g. charbon à haute teneur en cendres; déchets; cultures énergétiques), reconnue comme menant à la formation d'eutectiques à faible point de fusion. La présence de tels eutectiques au sein du lit fluidisé augmente les FIPs attractives ce qui peut détériorer la qualité de la fluidisation en raison de l'agglomération des particules; dans les cas extrêmes peut mener à la défluidisation du lit. Le présent travail porte sur la caractérisation hydrodynamique des lits fluidisés gaz-solides à haute température en présence de FIPs. En raison du manque d'instruments de mesure convenables à température élevée, nous avons divisé l'étude en deux parties. La première partie visait l'investigation du comportement hydrodynamique local et global d'un lit fluidisé gaz-solide à température quasi ambiantes sujet à différentes intensités de FIPs au moyen de techniques de mesures variées. Dans la seconde partie de l'étude, le comportement hydrodynamique du lit a été observé à des températures élevées au moyen de techniques de mesures robustes (pression et température) alors que des sources de FIPs de différentes intensités étaient délibérément introduites dans le lit constitué de particules grossières. Au cours de la première partie du travail, les FIPs attractives ont été augmentées en ajustées dans une lit fluidisé gaz-solide au moyen de l'approche par enrobage de polymère. Cette approche consiste à enrober des particules inertes sphériques au moyen d'un polymère ayant une température de transition vitreuse faible. L'intensité des FIPs résultantes varie en fonction de la température d'opération du lit fluidisé. Ainsi le lit fluidisé a été opéré à des températures avoisinant la température de transition vitreuse soit entre 20 et 40°C. Cette plage de température modeste a permis l'emploi d'une plus grande variété de techniques de mesure fiables (e.g. capteur de pression, sonde a fibre optique, poursuite d'une particule radioactive) afin de caractériser le comportement hydrodynamique en fonction des FIPs. La fluidisation des particules a été effectuée à des vite4sses superficielles allant du lit fixe au régime turbulent. Des billes de sucre, appartenant à température ambiante et sans enrobage au groupe B selon la classification de Geldart ont été choisi comme particule de référence avec les forces FIPs minimales. Dans le cas des particules enrobées, une couche uniforme d'environ 5 μm de co-polymère PMMA/PEA (poly methyl methacrylate/poly ethyl acrylate). Les mesures de paramètres hydrodynamiques globaux : perte de charge totale, hauteur du lit fluidisé et différents signaux de pression ont montré que l'augmentation de l'intensité des FIPs pouvait altérer le comportement depuis le comportement de particules de type groupe B selon Geldart à des ^particules de groupe A ou même C. Avec l'augmentation des FIPs, on note une augmentation de la perméabilité en lit fixe, de la vitesse minimale de fluidisation (Umf), de la transition au régime turbulent (Uc), et de la tendance du gaz de fluidisation à passer dans la phase d'émulsion. Inversement, la probabilité de passage de bulles dans le lit fluidisé diminue en fonction des FIPs. Un lit ayant des FIPs faibles à moyennes contient des bulles de plus petite taille lorsque fluidisé à de faible à moyenne vitesse de fluidisation dans le régime à bulle. Cependant en raison de l'augmentation du taux de croissance des bulles en fonction de la vitesse superficielle de fluidisation (Ug) à des intensités de FIPS moyennes à élevées, des bulles plus larges sont observées à des vitesse superficielles approchant et au-delà de Uc,NoIPFs.  ABSTRACT: Gas-solid fluidized beds are applied for a broad variety of applications in the chemical industry, such as fluidized catalytic cracking (FCC) including catalytic regeneration and other strongly exothermal processes, chlorination of metal oxides, gas-phase polymerization, and combustion or gasification of coal, waste, and biomass. Easy solids handling and good solids mixing, yielding a comparatively uniform temperature and an efficient heat exchange, high mass transfer, and low bed pressure drop are among the interesting features of these units that make them popular in industry. They are usually operated at high temperature. The hydrodynamics of gas-solid fluidized beds at thermal levels well above ambient directly affect the transfer phenomena and, thus, is a critical factor for their design and operation. Nevertheless, the present understanding of the fluidization characteristics of these systems at high temperature is far from satisfactory, i.e., findings are still controversial. The major source of this controversy is attributed to the lack of insight about the relative importance of interparticle forces (IPFs) and hydrodynamic forces (HDFs). Attention to the evolution of IPFs at elevated temperatures is important owing to the global trend to employ lower quality feedstock (e.g., high ash content coal, energy crops, and waste), known to introduce species that can result in the accumulation of low melting point eutectics. The presence of these low melting point eutectics at high temperature favor particle-particle agglomeration in the bed. In extreme cases, IPFs can fully deteriorate the fluidization state of the particles due to ongoing agglomeration, leading to complete defluidization. This research, therefore, focuses on the hydrodynamic characterization of gas-solids fluidized beds at high temperature in the presence of IPFs. Due to a lack of proper measurement techniques at elevated temperatures, we approached this study by dividing it into two parts. The first part was aimed at exploring the fluidization behavior of a gas-solid fluidized bed at different levels of IPFs from global and local points of view. The second part focused on the hydrodynamic characterization of a gas-solid fluidized bed at high temperature while different levels of IPFs were deliberately introduced into a bed of otherwise fresh coarse particles. The level of cohesive IPFs was increased and adjusted in a gas-solid fluidized bed with a polymer coating approach in the first part of the study. This technique is based on coating spherical inert particles with a polymer material having a low glass transition temperature in the primary step. Since the level of IPFs achieved by this method depends on the temperature of the coated particles, they were subsequently adopted in a gas-solid fluidized bed operated at varying temperatures near the glass transition temperature of the polymer, i.e., between 20–40oC. This allowed for the investigation of the effect of IPFs on the fluidization behavior of a gas-solid fluidized bed in a much friendlier environment than the conditions of a gas-solid fluidized bed at high temperature. Therefore, different reliable and accurate measurement techniques, i.e., pressure transducers, an optical fiber probe, and the radioactive particle tracking (RPT) technique, were employed for the purpose of a comprehensive hydrodynamic study. The fluidization study was attempted at different superficial gas velocities covering the fixed bed state, bubbling, and turbulent fluidization regimes. Sugar beads that belong to Geldart group B powders, referred to the fluidization behavior at ambient conditions, were adopted as the base system for which the level of IPFs was at minimum. The thickness of the uniform coating layer, i.e., PMMA/PEA (poly methyl methacrylate/poly ethyl acrylate) copolymer, was approximately 5 μm for the coated particles. The measurements of global hydrodynamic parameters, including the total bed pressure drop profile, bed height, and different types of pressure signals, demonstrated that increasing the level of IPFs could shift the fluidization behavior of a given powder representing typical Geldart group B behavior into Geldart group A or even C behavior and increase the fixed bed permeability, the minimum fluidization velocity (Umf), the transition velocity from bubbling to turbulent fluidization regime (Uc), and the propensity of the fluidizing gas to pass through a bubbling bed in the emulsion phase. Also, the passage frequency of bubbles within the bed decreased with IPFs. A bed with a low/moderate level of IPFs contained slightly smaller bubbles at low to moderate superficial gas velocities in the bubbling fluidization regime. However, due to an increased growth rate of bubble size with the superficial gas velocity (Ug) at a moderate/high level of IPFs, larger bubbles were present in the bed at gas velocities approaching and above Uc,NoIPFs.


identifier: Chioukh, L. (2015). Nouveau radar harmonique à diversité de fréquence pour la détection des signes vitaux  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les technologies de télédétection sont essentielles pour répondre aux besoins des applications émergentes qui nécessitent le développement des dispositifs sans fil et des architectures innovantes. Durant les dix dernières années, les communications sans fil ont été en constante augmentation. Un grand nombre de services multimédias sont maintenant disponibles pour les utilisateurs. Il est clair que cette tendance ne fera que s'accentuer à l'avenir afin d'obtenir des services à haute vitesse de communication sans fil à tout moment et en tout lieu (5G, par exemple). De nouvelles bandes de fréquences millimétriques ont été allouées en Amérique du Nord et en Europe pour les communications personnelles sans fil. Les technologies radars sont utilisées dans un grand nombre d'applications civiles comme l'avertissement de collision pour automobile ou la navigation routière. L'émergence de nouvelles applications dans les technologies de détection est cruciale pour répondre aux besoins de la société moderne et nécessite le développement de nouveaux dispositifs innovants. En outre, les systèmes de détections émergents doivent avoir de hautes performances en termes de sensibilité et de fiabilité. Ces paramètres deviennent de plus en plus importants pour les applications biomédicales. En outre, le coût de ces systèmes est un paramètre essentiel qui doit être réduit au minimum ; autrement ces dispositifs sans fil ne seront pas en mesure de remplacer les systèmes conventionnels. Récemment, le développement de radar pour la surveillance des fonctions vitales d'un patient tel que la respiration et/ou les battements de cœur a attiré beaucoup d'attention. L'activité cardiologique ou l'état respiratoire de plusieurs patients peuvent être surveillés simultanément si ces radars sont placés sur le plafond d'une salle de soins hospitaliers. Avec ces systèmes, il est également possible d'envoyer une alarme d'urgence rapide dans le cas des syndromes d'apnée du sommeil ou de la mort subite chez les nouveau-nés. Une autre application est la surveillance des fonctions vitales du fœtus dans l'utérus d'une mère pendant une grossesse anormale. Dans un contexte différent, ces systèmes bio-adars peuvent également être conçus pour la surveillance de la sécurité des zones ou la recherche et le sauvetage des survivants après un tremblement de terre ou des catastrophes. Dans ce cas, de tels systèmes radiofréquences (RF) doivent être capables de faire deux fonctions : la mesure du signal vital et la détection de la position des éventuelles personnes.  ABSTRACT: Remote sensing and detection technologies are essential to meet the needs of emerging applications that require the development of wireless devices and innovative architectures. During the last decade, wireless communications have been steadily expanding. A large number of multimedia services are now available to users. It is clear that this trend will only accelerate in the future to obtain high-speed wireless communication services anytime and anywhere (5G, for example). New millimeter frequency bands have been allocated in North America and Europe for wireless personal communications. Radar technologies are used in many civil applications such as automotive collision warning or road navigation. The emergence of new applications in detection technologies is crucial to meet the needs of modern society and requires the development of new devices and innovative architectures. In addition, emerging detections systems must have high performance in terms of sensitivity and reliability. These settings become increasingly important for biomedical applications. In addition, the cost of these systems is a key parameter to be minimized; otherwise these wireless devices will not be able to replace conventional systems.Recently, the radar development for monitoring a patient's vital signs such as respiration and / or heart beat has attracted much attention. The cardiac activity or respiratory status of several patients can be monitored simultaneously if these devices are placed on the ceiling of a room of hospital care. With these systems, it is also possible to send a quick emergency alarm in the case of sleep apnea syndromes or sudden death in newborns. Another application is the monitoring of vital functions of the fetus in the womb of a mother during an abnormal pregnancy. In a different context, such Bio-radar systems can also be designed to monitor area security or search and rescue of survivors after disasters such as earthquake. In this case, such RF systems must be capable of providing two functions, namely vital signal measurement and physical positioning of survivor.Generally, techniques for radar monitoring of vital signals are based on the operation of a single carrier frequency in the microwave band. When the frequency increases, the wavelength and the size of the system decrease, and therefore a better detection sensitivity is obtained.


identifier: Lagier, F. E. (2015). Étude du comportement de chevauchements d'armatures en traction directe dans du béton fibré ultra performant  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les ponts sont les composants les plus critiques de tout réseau de transport. Les dommages irréversibles ou effondrements de plusieurs ponts dans le monde lors d'événements sismiques importants ont montré la vulnérabilité de la base des piles des ponts. Au Canada, les piles en béton armé conçues avant l'introduction des règles parasismiques dans les années 1990 présentent un défaut de conception des joints de chevauchement qui n'offrent pas une résistance et une ductilité suffisantes. Le problème est lié à une longueur de chevauchement trop courte, à un mauvais confinement des armatures transversales trop espacées et à une localisation immédiate au-dessus de la semelle dans la zone où doit se développer une rotule plastique. La perte d'ancrage des armatures chevauchées, caractérisée par l'apparition de fissures de fendage du béton d'enrobage, constitue le mode de rupture généralement relevé.  ABSTRACT: Bridges are the most critical component of the transportation network. The severe damage or collapse of several bridges worldwide observed in past earthquakes have shown vulnerability at the base of the bridge piers to strong seismic events. In Canada, reinforced concrete bridge piers built prior to the introduction of the first seismic design provisions in the 1990s often have deficient detailing of the lap splices. These lap splices lack the strength and ductility to withstand major earthquakes. The problem is related to a combination of inadequate splice length and poor confinement due to the spacing of the transverse reinforcement at the base of the bridge pier (immediately above the footing) where large inelastic demands can be expected during seismic events. Bond failure of spliced bars, characterized by splitting cracks within the concrete cover, is one of the commonly observed failure modes.