identifier: Bouchemit, A. A. (2014). Mise en œuvre et caractérisation de pièces autotrempantes élaborées avec de nouveaux alliages mères  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'autotrempabilité des aciers en métallurgie des poudres (MP) permet d'obtenir des pièces ayant une microstructure de trempe (martensite et/ou bainite), et ce, directement lors du refroidissement à la sortie du four de frittage (frittage industriel : 10 ~ 45 °C/min [550 à 350 °C]). Cela permet entre autres d'éliminer les traitements thermiques d'austénisation et de trempe (à l'eau : ≈ 2700 °C/min ou à l'huile : ≈ 1100 °C/min [550 à 350 °C] [17]) généralement requis après le frittage afin d'obtenir une microstructure martensitique. Ainsi, le procédé de fabrication est simplifié, moins coûteux et la distorsion des pièces due au refroidissement rapide lors de la trempe est évitée. De plus, l'utilisation des bains d'huile est éliminée ce qui rend le procédé plus sécuritaire et écologique. Les principaux paramètres commandant l'autotrempabilité sont : le taux de refroidissement et la composition chimique de l'acier. De nos jours, les systèmes de refroidissement à convection forcée combinés aux fours industriels permettent d'obtenir des taux de refroidissement élevés à la sortie des fours (60 ~ 300 °C/min [550 à 350 °C]) [18, 19]. De plus, le taux de refroidissement critique induisant la formation de la structure de trempe est largement influencé par la composition chimique de l'acier. Ainsi, plus l'acier est allié (jusqu'à une certaine limite), plus ce taux de refroidissement critique est moindre. Le molybdène, le nickel et le cuivre sont les éléments usuellement utilisés en MP. Cependant, le manganèse et le chrome sont moins coûteux et ont un impact plus marqué sur l'autotrempabilité, malgré cela, ils sont rarement utilisés à cause de leur susceptibilité à l'oxydation et la dégradation de la compressibilité causée par le manganèse. L'objectif principal de ce projet est de développer des mélanges autotrempants en ajoutant des alliages mères (MA : MA1, MA2 et MA4) fortement alliés au manganèse (5 ~ 15 %m) et au chrome (5 ~ 15 %m) qui contiennent beaucoup de carbone (≈ 4 %m) développés par Ian Baïlon-Poujol lors de sa maîtrise [20]. La haute teneur en carbone de ces alliages mères assure la protection des éléments d'alliage susceptibles à l'oxydation durant toutes les étapes du procédé : dans le bain liquide lors de la fusion et l'atomisation à l'eau, pendant le broyage ainsi que lors du frittage des pièces contenant ces alliages mères. Précédemment, Ian Baïlon-Poujol avait étudié le broyage de certains alliages mères atomisés à l'eau et avait amorcé le développement de mélanges autotrempants ainsi que des études de diffusion des éléments d'alliage. Pour ce projet, le développement des mélanges autotrempants a impliqué l'optimisation de toutes les étapes de la mise en oeuvre afin d'obtenir les meilleures propriétés possibles des mélanges avant frittage (écoulement, résistance à cru...) et après frittage (dureté, microstructure…), et ce, pour des alliages mères atomisés à l'eau par Ian Baïlon-Poujol ainsi qu'un alliage mère de chimie similaire qui fut atomisé au gaz. Puisque des particules très fines de MA sont nécessaires (≤ 20 μm) pour l'obtention de la microstructure désirée, les alliages mères ont été broyés en laboratoire en utilisant différents types de broyeurs à billes hautement énergétiques (SPEX® et Simoloyer® (ZOZ)). Ces expériences ont permis de comprendre le comportement en broyage et de déterminer la broyabilité des différentes MA2 (atomisée à l'eau et au gaz). De plus, on s'est particulièrement intéressé à la morphologie et la propreté des poudres MA broyées. Il a été constaté que la quantité d'acide stéarique, surfactant habituellement ajouté à 1 à 2 %m afin d'éviter l'agglomération des particules pendant le broyage, a un effet majeur sur la morphologie des particules de MA broyées au Simoloyer® CM 01 de ZOZ. Ainsi, la quantité d'acide stéarique nécessaire pour éviter l'agglomération tout en assurant une morphologie rrégulière et/ou angulaire idéale pour les propriétés des mélanges a été déterminée (0.1 ~ 0.17 %m). D'autre part, différentes pistes ont été investiguées afin d'éliminer les oxydes surfaciques (1 ~ 4 μm) enveloppants les particules de MA2 atomisés à l'eau (1.05 %m O) : broyage et tamisage fin successifs, recuit de réduction et dissolution par solution HCl/HMT. La dernière méthode nous a permis d'obtenir une poudre très propre (0.16 %m O) comparable à celle atomisée au gaz (0.04 %m O). Ensuite, les poudres MA finement broyées (d10 ≈ 4 μm, d50≈ 10 μm et d90≈ 25 μm) ont été ajoutées à différents types de mélanges ayant des poudres de base non alliées, faiblement ou fortement alliées (Atomet 29, Atomet 4001 (0.5 %m Mo), aciers inoxydables, etc.). De plus, différents additifs ont été ajoutés aux mélanges afin d'améliorer les propriétés des mélanges (0.02 ~ 0.1 %m de Cab-O-Sil® pour améliorer l'écoulement) et des pièces autotrempantes après frittage (0.5 ~ 1 %m Fe3P et/ou 2 ~ 4 %m Cu). Les alliages mères MA2 (≈ 15 %m Mn, ≈ 15 %m Cr et ≈ 4 %m C) ont été façonnés pour avoir le meilleur compromis des propriétés des mélanges (écoulement, résistance à cru, compressibilité, etc.). Ainsi, l'effet de la quantité et de la morphologie des alliages mères sur l'écoulement des mélanges a été étudié. Les résultats montrent que la quantité de MA doit être inférieure à 15 %m et que, les particules irrégulières assurent le meilleur écoulement possible (≈ 31 s/50g pour 10 %m de MA2 ajoutée). La résistance à cru des barres a aussi été étudiée et les résultats indiquent que l'ajout de 10 %m de MA2 de forme irrégulière maximise la résistance à cru (18.4 MPa). De plus, la compressibilité en fonction de la quantité d'alliage mère MA2 de forme irrégulière a été caractérisée et un modèle a été obtenu afin de prédire la densité des mélanges hybrides à base d'Atomet 4001. Après un frittage à 1160 °C dans un four industriel sous atmosphère réductrice (10 % H2 - 90 % N2) et en présence du graphite (ajouté dans les mélanges) les mélanges contenant 10 %m de MA2 propre (0.33 %m O, après broyage) résultent en des pièces d'une propreté acceptable. Les pièces autotrempantes contiennent 0.05 %m O dans le cas du frittage conventionnel et 0.1 %m O dans le cas de l'infiltration au cuivre. Les résultats montrent aussi que la réduction des oxydes lors du frittage est moins efficace lorsque la pièce est infiltrée au cuivre. Après plusieurs itérations, les mélanges intéressants ont été optimisés afin d'obtenir des mélanges avec de meilleures propriétés et le plus de martensite directement à la sortie du four industriel, après un frittage à 1160 °C pendant 15 minutes (taux de ref. ≈ 20 à 25 °C/min [550 à 350 °C]). Les meilleurs mélanges présentent une dureté de 24.9 HRC (≈ 46 %v de martensite) pour un ajout de 10 %m de MA2 à une poudre non alliée (Atomet 29 + 0.5 %m Fe3P +…+ 2 %m Cu), et de 37.5 HRC (≈ 84 %v de martensite) pour un ajout de 10 %m de MA2 à une poudre faiblement alliée (Atomet 4001 (0.5 %m Mo préallié) + 1 %m Fe3P +…+ 2 %m Cu). Pour les mêmes mélanges mais infiltrés au cuivre, les barres présentent des duretés plus élevées (respectivement 38.9 HRC (≈ 60 %v de martensite) et 49.5 HRC (≈ 86 %v de martensite)). À titre de comparaison les mélanges auxquels la MA2 a été ajoutée avaient une dureté de respectivement 48 HRA (n/a HRC) et 14.3 HRC dans le cas non infiltré, et de 14 HRC et 30.6 HRC dans le cas de l'infiltration au Cu. Il a aussi été montré que l'ajout de seulement 6 %m de MA2, de 15 %m de MA1 (≈ 5 %m Mn, ≈ 5 %m Cr et ≈ 4 %m C) ou de 10 %m de MA4 (≈ 9 %m Mn, ≈ 9 %m Cr et ≈ 4 %m C) à un autre mélange hybride résulte en des duretés et des microstructures très similaires à celles du mélange qui contient 10 %m de MA2. La dureté élevée des barres infiltrées au cuivre comparativement à celles sans infiltration est associée à l'amélioration de la diffusion des éléments d'alliage Mn et Cr, à l'amélioration de la conductivité thermique et à l'augmentation de la densité assurées par l'infiltration au Cu. La diffusion du manganèse (Mn) et du chrome (Cr) a été étudiée dans le cas de l'infiltration et du frittage conventionnel. Les résultats indiquent que les distances de diffusion des deux éléments Mn et Cr ainsi que celle du cuivre sont similaires et sont d'environ 27 μm dans le cas d'un frittage à 1160 °C pendant 15 minutes et sont estimées à 80 μm dans le cas de l'infiltration au cuivre pour un même profil thermique. Finalement, l'autotrempabilité des mélanges autotrempants a été évaluée et comparée à celle du mélange autotrempant FLC-4805 ((1.25 %m Mo, 1.4 %m Ni et 0.4 %m Mn) préalliés plus 1 %m Cu et ≈ 0.5 %m C) grâce aux diagrammes d'autotrempabilité qui donnent la microstructure (%v de martensite) et la dureté apparente en fonction du taux de refroidissement local au coeur des pièces. Les résultats montrent que l'autotrempabilité du mélange de 10 %m de MA2 avec une poudre de base non alliée est similaire à celle du FLC-4805 pour des taux de refroidissement de 4 ~ 120 °C/min [550 à 350 °C]. Tandis que les mélanges hybrides (Atomet 4001 (0.5 %m Mo préallié) + 1 %m Fe3P +…+ 2 %m Cu) contenant 6 ou 10 %m de MA2 présentent une meilleure autotrempabilité que celle du FLC-4805 pour des taux de refroidissement de 4 ~ 120 °C/min [550 à 350 °C]. Après un refroidissement relativement lent ≈ 4 °C/min, le mélange hybride contenant 6 %m de MA2 a une dureté de 29.0 HRC (41.4 HRC après infiltration au Cu) et le mélange avec 10 %m de MA2 a une dureté de 35.2 HRC (44.9 HRC après infiltration au Cu) comparativement à 7.1 HRC du FLC-4805. De plus, la martensite obtenue avec les mélanges autotrempants contenant des MA est largement plus dure que celle obtenue avec le mélange FLC-4805, et ce, pour une teneur en carbone similaire de 0.5 ~ 0.6 %m (63 ~ 67 HRC (784 ~ 907 HV0.05) comparativement à 52.7 ± 0.4 HRC (556 HV0.1)). Pour conclure, en se basant sur le prix des éléments d'alliage, les mélanges contenant une poudre de base non alliée et 10 %m de MA2 coutent environ 0.23 $\$$US/kg (août 2014). Les mélanges hybrides contenant 10 %m de MA2 coûtent ≈ 0.50 $\$$US/kg (août 2014). Les mélanges hybrides contenant 6 %m de MA2 coûtent ≈ 0.47 $\$$US/kg (août 2014). Le mélange FLC-4805 coûte ≈ 1.02 $\$$US/kg (août 2014). De plus, le coût additionnel associé à l'infiltration au cuivre des pièces pendant le frittage est d'environ 0.78 $\$$US/kg (août 2014).  ABSTRACT: Sinter-hardening of steels in powder metallurgy (PM) allows to obtain microstructures with martensite and/or bainite during the cooling at the end of sintering cycle in industrial furnaces (10 ~ 40 °C/min [550 to 350 °C]). Sinter-hardenability allows to avoid post-sintering heat treatments of austenisation and quenching (water: ≈ 2700 °C/min or oil: ≈ 1100 °C/min [550 to 350 °C] [17]) that are usually required to obtain martensitic microstructure. Therefore, sinter-hardening simplifies the PM process, makes it more cost-effective and reduces the risks of excessive distortion of parts due to the high cooling rates during a usual quench. Moreover, the process is more environment-friendly and reduces health and safety hazards associated with the use of oil baths usually used for quenching. The sinter-hardening response is mostly predicted by the cooling rate and the chemical composition of the steel. Nowadays, accelerated cooling of PM parts at the end of the sintering cycle is possible by using advanced convective cooling systems (60 ~ 300 °C/min [550 to 350 °C]) [18, 19]. Furthermore, the more the steel is alloyed (up to a certain limit), the more the critical cooling rate needed to obtain martensitic and/or bainitic microstructure is lower. Molybdenum, nickel and copper are the most used alloying elements in PM. However, manganese and chromium are less expensive and have a larger effect on the hardenability of steels. Despite this, they are seldom used in PM because of their high affinity with oxygen and the depreciation of compressibility associated with the pre-alloyed manganese. The main objective of this project is to develop sinter-hardening mixes using master alloys (MA: MA1, MA2 and MA4) with high manganese (5 ~ 15 %w), chromium (5 ~ 15 %w) and carbon (≈ 4 %w) contents that were developed by Ian Baïlon-Poujol during his M. Sc. [20]. The high carbon content of these master alloys ensure the protection of the oxygen-sensitive alloying elements during all the processing steps: starting from water atomization of the MA powders to the sintering of MA-containing mixes. Previously, Ian Baïlon-Poujol investigated the milling behavior of some water atomized master alloys and began the development of sinter-hardenable mixes. In addition, he also began an investigation on the diffusion of alloying elements. In this project, the development of sinter-hardenable mixes has involved an optimization of all processing steps in order to obtain the best mixes properties before sintering (flow, green strength,…) and after sintering (hardness, microstructure,...). Processing steps were determined for both water atomized mater alloys powders that were atomized by Ian Baïlon-Poujol and gas atomized master alloy that have a similar chemistry Because very fine MA particles are needed (≤ 20 μm), the grinding of the master alloy powders (gas and water atomized) was investigated using laboratory high-energy ball mills (HEBM) (SPEX® and Simoloyer® CM 01 (ZOZ)). This has allowed a better comprehension of grinding behavior and the grindability of different MA2 powders (gas and water atomized) was determined. Furthermore, it was found that the amount of stearic acid, a surfactant usually added at 1 to 2 %w to inhibit agglomeration of particles during grinding, has a large effect on the morphology of the MA2 powder particles when they are ground with the Simoloyer® CM 01 (ZOZ). Thus, the critical amount of stearic acid needed to avoid agglomeration while ensuring an irregular and/or angular morphology ideal for mix properties was determined (0.1 ~ 0.17 %w). On the other hand, different ways to remove the oxide shell (1 ~ 4 μm) that cover the water atomized MA2 particles (1.05 %w O) were investigated: grinding and fine screening, reduction annealing and chemical dissolution of oxides with HCl / HMT solution. A very clean water atomized MA2 powder (0.16 %w O) was obtained with the last method. This oxygen content is comparable to that of the gas atomized MA2 (0.04 %w O). Then, the fine ground MA powders (d10 ≈ 4 μm, d50≈ 10 μm and d90≈ 25 μm) were added to different kind of mixes which contained non-alloyed, lean and highly alloyed base powders (Atomet 29, Atomet 4001 (0.5 %w Mo)… stainless steel). In addition, different additives were added to the mixes in order to improve the mix properties (0.02 ~ 0.1 %w of Cab-O-Sil® improves flow) and the properties of sinter-hardened parts (0.5 ~ 1 %w Fe3P and/or 2 ~ 4 %w Cu). The MA2 powders (≈ 15 %w Mn, ≈ 15 %w Cr and ≈ 4 %w C) were tailored to obtain the best compromise that ensures good mix properties (flow, green strength, compressibility, etc.). Thus, the effect of the amount and the morphology of the master alloys on the flowability was investigated. The results indicate that the amount of MA powder must be kept below 15 %w and that except for spherical particles, the irregular particles ensure the best flow possible (≈ 31 s/50g when 10 %w of MA2 is added). The green strength of mixes was also investigated and the results indicate that the addition of 10 %w of irregular MA2 powder particles maximizes the green strength (18.4 MPa). In addition, the compressibility as a function of the amount of irregular MA2 powder particles was characterized and a model to predict the density of hybrid mixes that contain Atomet 4001 as the base powder was obtained. After a sintering at 1160 °C in an industrial furnace in a reducing atmosphere (10 % H2 – 90 % N2) and in presence of graphite (added in the mixes), the mix with 10 %w of a clean MA2 (0.33 %w O, after grinding) gives parts with an acceptable cleanness. The sinter-hardened parts contain 0.05 %w O after conventional sintering and 0.1 %w O after a copper infiltration. This result indicates that the reduction of oxides during sintering is less efficient when the part is copper infiltrated. After several iterations, the mixes were optimized in order to obtain the best mix properties and the largest amount of martensite directly after the sintering cycle in an industrial furnace (1160 °C for 15 minutes with a cooling rate of ≈ 20 à 25 °C/min [550 to 350 °C]). The most interesting mixes have an apparent hardness of 24.9 HRC (≈ 46 %v of martensite) when 10 %m of MA2 is added to a non-alloyed powder (Atomet 29 + 0.5 %w Fe3P +…+ 2 %w Cu), and 37.5 HRC (≈ 84 %v of martensite) when 10 %w of MA2 is added to a lean steel powder (Atomet 4001 (0.5 %w Mo pre-alloyed) + 1 %w Fe3P +…+ 2 %w Cu). The same copper infiltrated mixes, show significantly higher hardness (respectively 38.9 HRC (≈ 60 %v of martensite) and 49.5 HRC (≈ 86 %v of martensite)). In contrast, the mixes to which the MA2 powders were added have a hardness of respectively 48 HRA (n/a HRC) and 14.3 HRC when not infiltrated, and 14.0 HRC and 30.6 HRC when copper infiltrated. It was also found that the addition of only 6 %w of MA2, 15 %w of MA1 (≈ 5 %w Mn, ≈ 5 %w Cr and ≈ 4 %w C) or 10 %w of MA4 (≈ 9 %w Mn, ≈ 9 %w Cr and ≈ 4 %w C) to a hybrid mix (base powder: Atomet 4001) gives hardness values and microstructures very similar to that of hybrid mix that contains 10 %w of MA2. The high hardness of the copper infiltrated parts compared to the non-infiltrated ones is associated to the higher diffusion distances of Mn and Cr, the improvement of thermal conductivity and the larger density provided by the infiltration of copper during sintering. In addition, the diffusion of manganese (Mn) and chromium (Cr) was investigated in the case of conventional sintering and copper (Cu) infiltration. The results indicate that the diffusion distance of Mn and Cr is very similar to that of Cu and is about 27 μm when sintered at 1160 °C during 15 minutes. On the other hand, it is estimated to be around 80 μm when it is copper infiltrated for same thermal profile. Finally, the sinter-hardenability of sinter-hardenable mixes developed during this project was evaluated and compared to that of a well-known sinter-hardenable mix FLC-4805 ((1.25 %w Mo, 1.4 %w Ni and 0.4 %w Mn) pre-alloyed plus 1 %w Cu and ≈ 0.5 %w C) using the sintering hardening diagrams that give the microstructure (%v of martensite) and the apparent hardness as a function of the local cooling rate measured in the core of parts. The results show that the sinter-hardening response of the mix that contains 10 %w of MA2 with a non-alloyed base powder is similar to that of the mix FLC-4805 for cooling rates of 4 ~ 120 °C/min [550 à 350 °C]. Whilst the hybrid mixes (Atomet 4001 (0.5 %w Mo pre-alloyed) + 1 %m Fe3P +…+ 2 %m Cu) that contain 6 or 10 %w of MA2 have a better sinter-hardenability compared to that of the mix FLC-4805 for cooling rates of 4 ~ 120 °C/min [550 à 350 °C]. For a relatively low cooling rate ≈ 4 °C/min, the hybrid mix that contains 6 %w of MA2 has a hardness of 29.0 HRC (41.4 HRC when Cu infiltrated) and the mix that contains 10 %w of MA2 has a hardness of 35.2 HRC (44.9 HRC when Cu infiltrated) compared to 7.1 HRC for the mix FLC-4805. Furthermore, the martensite in parts containing master alloy (MA) powders is significantly harder than that of mix FLC-4805, even if they have similar carbon content 0.5 ~ 0.6 %w (63 ~ 67 HRC (784 ~ 907 HV0.05) compared to 52.7 ± 0.4 HRC (556 HV0.1)). To conclude, based on the price of alloying elements, the mixes that contain non alloyed base powder and 10 %w of MA2 cost ≈ 0.23 US$\$$/kg (August 2014). The hybrid mixes that contain 10 %w of MA2 cost ≈ 0.50 US$\$$/kg (August 2014). The hybrid mix that contains 6 %w of MA2 costs ≈ 0.47 US$\$$/kg (August 2014). The FLC-4805 costs ≈ 1.02 US$\$$/kg (August 2014). On the other hand, the additional cost associated to the copper infiltration of parts is ≈ 0.78 US$\$$/kg (August 2014).


identifier: Marushka, V. (2014). Contrôle des propriétés des couches optiques par bombardement ionique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La fabrication de revêtements optiques présente de nombreux défis – le contrôle sur les propriétés et la microstructure, l'optimisation pour la fabrication des couches mince de haute qualité, la recherche de nouveaux matériaux. L'évaporation avec l'assistance ionique est une des principales méthodes utilisées pour la fabrication de revêtements optiques et elle répond à ces défis. Elle permet de mieux contrôler, prédire et mettre à l'échelle industrielle de procédé de dépôt en faisant le lien direct et quantitatif entre les énergies des ions incidents et la performance des matériaux déposés. Le présent travail est consacré aux études de l'effet de bombardement ionique sur la microstructure et les propriétés de couches minces optiques de dioxyde de silicium et de dioxyde de titane, qui sont largement utilisés dans les filtres d'interférence optique, tout en utilisant en particulier une source d'ions à l'effet Hall. Ces études incluent l'évaluation systématique des propriétés mécaniques et optiques et de la densité des couches minces en appliquant différentes techniques complémentaires – la microbalance à cristal de quartz, la spectroscopie de la rétrodiffusion de Rutherford, l'ellipsométrie infrarouge spectroscopique à angle variable etc. Différentes approches (l'ellipsométrie spectroscopique et l'ellipsométrie infrarouge, les mesures sur les contraintes mécaniques) ont été utilisées pour évaluer la quantité de l'eau dans les couches minces. Les résultats sur la densité des couches minces et la présence d'eau dans les couches minces obtenus par les différentes techniques concordent bien. On a déterminé les énergies critiques conduisant à des revêtements optiques denses et stables de dioxyde de silicium et de dioxyde de titane – 25 eV/atome et 45 eV/atome, respectivement. En outre, dans ce travail ont été présentés la méthodologie développée pour déterminer la densité de courant d'ions sur la surface de porte-substrat de forme d'un dôme et les résultats des calculs de la distribution de la densité de courant d'ions sur une telle surface en rotation à différentes positions par rapport à la source d'ions. L'analyse proposée peut être utilisée comme un outil efficace pour la construction d'un réacteur industriel et pour l'optimisation appropriée.  ABSTRACT: The manufacture of optical coatings presents many challenges such as the control over the film properties and microstructure, the optimization for the production of thin films with high quality, and the research on new materials. Ion-assisted evaporation is one of the principal methods used for the fabrication of optical coatings as a response to these challenges. It allows for good process control, and it permits us to predict and put on an industrial scale the deposition process by considering the direct and quantitative relation between the energies of the incident ions, and the performance of the deposited materials. This work is devoted to the study of the effect of ion bombardment on the microstructure and properties of optical thin films of silicon dioxide and titanium dioxide, which are widely used in optical interference filters, in particular with the use of a Hall effect ion source. These studies include a systematic evaluation of the mechanical and optical properties and of the density of thin films using different complementary techniques – the Quartz Crystal Microbalance, Rutherford Backscattering Spectroscopy, and Infrared Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry among others. Different approaches (Spectroscopic Ellipsometry and Infrared Ellipsometry, the measurement of mechanical stress) have been used to evaluate the amount of water in thin films. The results on the density of films and the presence of water in the films obtained by the different methods are in good agreement. It was found that the critical energy values giving rise to dense and stable optical coatings of silicon dioxide and titanium dioxide are 25 eV/atom and 45 eV/atom, respectively. Moreover, this work presents the methodology developed to determine the ion current density distribution on the surface of a substrate holder of a dome shape for different positions relative to the ion source. The proposed analysis can be used as an effective tool for the construction of an industrial reactor and for its appropriate optimization.


identifier: Blouin, F. (2014). Conception d'un système de vision par ordinateur pour la détection automatique d'inventaire médical  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion d'inventaire dans les hôpitaux constitue un problème de logistique important. Le personnel des hôpitaux dépend quotidiennement de l'utilisation de centaines d'items dans l'exercice de leurs fonctions. Ces items incluent par exemple des pansements, des tubes, des seringues, des gants, etc. Tous ces items doivent être disponibles en tout temps, sans quoi la qualité des soins de santé fournis aux patients est affectée. Plusieurs systèmes de gestion d'inventaire, déjà en place aujourd'hui, tentent de faire le suivi de ces différents items. Cependant, ces solutions comportent certains problèmes, surtout si elles ne sont pas utilisées adéquatement par le personnel. Par exemple, une solution élaborée par l'entreprise Logi-D fait l'usage d'un système d'étiquettes RFID. Ces étiquettes doivent être déplacées entre les cabinets d'entreposage et les tableaux de commande afin de déclencher des demandes de réapprovisionnement.  Bien qu'efficace et en place depuis un certain temps, cette solution de Logi-D dépend de procédures strictes de la part du personnel de soins de santé. Le personnel doit manipuler les étiquettes RFID de façon ordonnée. Ce système requiert de prendre la bonne étiquette correspondant au bon item, ce qui peut être difficile dans une situation urgente. Ceci est une source d'inefficacité et parfois une cause d'erreur. Logi-D propose d'améliorer ce système en remplaçant les étiquettes RFID par un système de surveillance d'inventaire avec caméra. Un tel système de vision artificielle permettrait de repérer les items manquants sans avoir à dépendre d'une action de la part du personnel de soins de santé. À l'aide d'une caméra placée au plafond, le système tente de reconnaître les compartiments de différents tiroirs d'entreposage et d'en évaluer leurs contenus. Un tel système pourrait améliorer significativement la manière avec laquelle les hôpitaux et cliniques médicales gèrent l'utilisation quotidienne des fournitures médicales. Ceci permettrait d'offrir une meilleure gestion d'inventaire dans les hôpitaux et un service de santé de meilleure qualité. Une revue de littérature nous permet d'abord d'identifier des projets similaires à celui-ci. Ensuite, nous présentons notre solution au problème de détection d'inventaire. Ce problème peut être divisé en trois sous-problèmes à résoudre indépendamment: la détection et l'identification du tiroir, la détection et la localisation des compartiments, puis la détection des contenus des compartiments. Chacun de ces trois sous-problèmes est résolu séparément, selon différents algorithmes de traitement d'images. Un premier système a pu être installé à l'Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal en tant que projet pilote. Ceci nous a permis d'évaluer la performance et la fiabilité du système dans des conditions d'utilisation réelle durant quelques jours. Ainsi, parmi les 59 détections qui auraient dû être faites, 45 ont été détectées par notre système, c'est-à-dire un taux de réussite de 76,3 %. Les causes d'erreurs du système ont aussi pu être catégorisées et classées selon leurs occurrences. Ceux-ci incluent les problèmes d'occlusion, les tiroirs qui ne sont pas ouverts suffisamment et les changements d'éclairage. Ce projet nous a permis de développer un système fonctionnel de détection d'inventaire. Par contre, certaines conditions d'utilisation doivent être remplies afin d'optimiser la performance du système. Pour pallier ces limitations, certaines améliorations pourraient être faites dans le futur. Un système de rétroaction pourrait permettre à l'usager de savoir si la détection a été faite ou non. Aussi, l'utilisation des informations provenant d'une image de profondeur pourrait permettre de mieux détecter le contenu des compartiments.  ABSTRACT: Inventory management in hospitals can be a major logistical issue. Hospital staff depends on daily use of hundreds of items in the exercise of their functions. These include items such as bandages, tubes, syringes, gloves, etc. All these items should be available at all times, otherwise the quality of health care provided to patients is affected. Several inventory management systems already in place today, are trying to keep track of these items. However, these solutions have some problems, especially if they are not used appropriately by staff. For example, a solution developed by the company Logi-D is using an RFID tag system. These tags must be moved between storage cabinets and control panels to trigger replenishment requests.  Although effective and in place for some time, this solution by Logi-D depends on strict procedures on the part of health care staff. Staff must handle RFID tags in an orderly fashion. This system requires taking the right tag corresponding to the correct item, which can be difficult in an emergency situation. This is a source of inefficiency and sometimes a cause of error. Logi-D proposes to improve this system by replacing RFID tags with an inventory monitoring system, using a camera. Such an artificial vision system would identify the missing items without having to depend on actions by staff health care. Using a camera mounted on the ceiling, the system attempts to recognize the different storage compartments of drawers and tries to evaluate their contents. Such a system could significantly improve the way in which hospitals and medical clinics manage the daily use of medical supplies. This would provide better inventory management in hospitals and health service quality. A literature review first allows us to identify projects similar to this one. Then we present our solution to inventory detection. This problem can be divided into three sub-problems to be solved independently: the detection and identification of the drawer, the detection and localization of the drawer compartments, and the detection of contents of the compartments. Each of these three sub-problems are solved separately by different image processing algorithms. A first system has been installed at the Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal as a pilot experiment. This allowed us to assess the performance and reliability of the system under actual conditions of use for several days. Thus, among the 59 possible detections that could have been made, 45 were detected by our system, that is to say, a success rate of 76.3 %. Causes of system errors have also been categorized and classified according to their occurrences. These include occlusion problems, drawers which are not sufficiently open and lighting changes.  This project has enabled us to develop a functional system of inventory detection.  However, some conditions must be met in order to optimize system performance. To overcome these limitations, some improvements could be made in the future. A feedback system could provide the user with an inventory detection status. Also, the use of information from a depth image could help better detect the contents of the compartments.


identifier: Aghabararnejad, M. (2014). Chemical Looping Gasification of Biomass  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gazéification à la vapeur de la biomasse est une réaction endothermique dont l'énergie nécessaire peut être fournie soit par une source externe, soit par combustion d'une partie de la biomasse par de l'oxygène. Parmi les différentes sources d'oxygène on trouve l'air, qui entraine la dilution du gaz de synthèse dans l'azote, et l'oxygène pur, qui augmente fortement les coûts totaux de production. Une alternative à l'air et à l'oxygène pur est le procédé de boucle chimique. Dans ledit procédé, l'oxygène est séparé de l'air à haute température à l'aide d'oxydes métalliques. Dans un premier réacteur, appelé réacteur d'oxydation, le métal réduit est oxydé par l'air. Ce métal oxydé est ensuite transféré dans un second réacteur, appelé gazogène, où il libère l'oxygène qui permet la combustion partielle de la biomasse. Ce métal une fois réduit est recyclé vers le réacteur d'oxydation où il est régénéré. Afin d'augmenter la stabilité thermique et mécanique de l'oxyde métallique, il est supporté par un matériau à haute résistance et cette combinaison est appelée transporteur d'oxygène. Comme dit précédemment, les transporteurs d'oxygène sont capables d'absorber l'oxygène de l'air et ensuite de le désorber dans le gazogène. En se basant sur des données thermodynamiques, les oxydes de cuivre, de manganèse et de cobalt, ont été identifiés comme ayant les capacités les plus élevées de libération de l'oxygène parmi les différents transporteurs d'oxygène potentiels. Ces derniers ont été déposés sur de l'alumine par imprégnation jusqu'à humidité naissante ou “Incipient Wetness Impregnation”. Des analyses thermogravimétriques ont permis d'évaluer la perte de poids du couple CuO-Cu2O à 10 % alors qu'elle n'était que de 7 % pour le couple Co3O4-CoO et 3 % pour le couple Mn2O3-Mn3O4. Néanmoins, la température optimale d'opération de CuO était de 950 C, soit 100 C de plus que celle des deux autres transporteurs. Un modèle modifié de croissance de noyau a été utilisé pour caractériser la perte et le gain de masse pendant les cycles d'oxydo-réduction de cobalt. A 875 C, le taux de réduction est 3 fois supérieur à celui à 825 C, alors que la vitesse d'oxydation diminue de plus de 10 fois. D'autre part, la surface spécifique du transporteur CuO diminue de 70 % alors qu'elle ne diminue que de 30 % et de 60 % pour les vi transporteurs fait de Co3O4 et de Mn2O3 respectivement. Le cobalt a donc moins tendance à fritter à haute température par rapport au cuivre ou au manganèse, et ce couplé à une bonne capacité de transport d'oxygène et un bon taux d'oxydation-réduction. Par conséquent, en dépit de son coût élevé et de sa toxicité, l'oxyde de cobalt peut être considéré comme un transporteur d'oxygène potentiel pour la gazéification de combustibles solides. Dans la seconde partie de la thèse, de la biomasse a été gazéifiée dans un lit fluidisé a bulles avec de la vapeur et de l'oxygène. Ce dernier était fourni par la réduction de Co3O4 en CoO. L'oxyde de cobalt réduit (CoO) a ensuite été régénéré par substitution de la vapeur par de l'air et ce lors de l'interruption de l'alimentation de la biomasse. En modifiant la température de 825 C à 875 C, le rendement de H2 a augmenté jusqu'à 60 %. En modifiant l'injection de vapeur de 0 à 18 %, le rendement de H2 a augmenté de 4 fois. En remplaçant 50 % du sable qui constituait le lit avec du Co3O4, le rendement de CO a augmenté jusqu'à 45 % et le rapport H2 :CO a été diminué. Afin de modéliser le réacteur, un modèle à deux phases pour le lit dense et un modèle d'écoulement piston pour la zone de projection ou “freeboard” ont été utilisés. Une des hypothèses adoptées dans ce modèle est que les solides sont bien mélangés. Lors de l'augmentation de température de l'ambiance à 850 C, le coefficient de dispersion axiale est augmenté de 0.09 à 0.12 m2/s. De plus, la variation de la composition du gaz dans la direction radiale est négligeable. Ce modèle hydrodynamique couplé à un modèle cinétique disponible dans la littérature caractérise adéquatement la composition des gaz à la sortie du réacteur. Dans la partie finale de cette thèse, un système de gazéification conventionnel (CG) et un système de gazéification en boucle chimique (CLG) pour le traitement de 86 t/j de biomasse ont été simulés avec Aspen Plus et leurs coûts d'exploitation et de capital ont été comparés. A l'exception de la configuration du réacteur, ces deux systèmes sont identiques. Le réacteur CG est composé d'un lit fluidisé a bulles (ID = 1.8 m, et H = 6.6 m) qui sert de gazogène, dont le lit est composé de sable, et l'oxygène est fourni par l'intermédiaire d'une unité de modulation de pression d'adsorption. Le CLG, quant à lui, se compose d'un gazogène à lit fluidisé dense (ID = 1.8 m, et H = 6.6 m et) travaillant en parallèle avec un réacteur d'oxydation à lit fluidisé rapide (ID = 1 m, et H = 10 m). vii Un débit de Co3O4(8 %)/Al2O3 de 44.6 kg /s passe du gazogène au réacteur d'oxydation, et permet de fournir l'oxygène nécessaire à la gazéification. L'investissement total en capital (ITC) des unités CG et CLG sont estimées à 6.3 et $\$$9.7M respectivement. Cependant, les coûts de production annuels du CLG sont de $\$$0.58M de moins que la CG, permettant de rembourser la différence en capital du TCI en moins de 6 ans.  ABSTRACT: The steam gasification of biomass is endothermic. The energy can be supplied either by an external source or by combusting a part of biomass feed with oxygen. Air dilutes the produced syngas with nitrogen; while, pure oxygen increases the total production cost. Besides air and pure oxygen, the chemical looping process is an alternative to provide the required oxygen. Using the chemical looping system, the produced syngas has a higher calorific value compared to a conventional biomass gasification process with air. The oxygen is separated from air at high temperature using metallic oxides. The reduced metal is oxidized with air and transferred to the reducer where it releases oxygen. The reduced metal oxide is recycled to the oxidizer for regeneration, and the released oxygen in the reducer is available in the gaseous form to combust or gasify the biomass. To increase the thermal and mechanical stability of the metal oxide, it is supported with a high strength material, and in combination is called an oxygen carrier. Oxygen carriers for biomass gasification are capable of absorbing oxygen from air and desorbing it in the gasifier. Based on thermodynamic equilibrium, copper, manganese and cobalt oxides have the highest oxygen release capacities among the different oxygen carriers. These oxygen carriers were deposited on alumina via incipient wetness impregnation. The weight loss of the CuO-Cu2O carrier, as measured in a thermo-gravimetric analyzer, was 10 %, while it was 7 %, for the Co3O4-CoO couple, and only 3 % for the Mn2O3-Mn3O4 couple. The optimum operating temperature for the CuO oxygen carrier was 100 C higher compared to the other two at 950 C. A modified nuclei growth model (MNG) characterizes the weight loss/gain during the reductionoxidation cycles. The reduction rate is 3 times higher at 875 C compared to 825 C, while, the oxidation rate decreases more than 10 times. The CuO carrier surface area decreased by 70 %, while it was 30 % and 60 % in the Co3O4 and Mn2O3 carriers, respectively. Cobalt has a lower tendency to sinter at high temperature compared to either copper or manganese and has a higher oxygen transport capacity and oxidation-reduction rates. Therefore, despite its higher cost and toxicity it might be considered as a potential oxygen carrier especially for solid fuel gasification. ix As the second part of the thesis, biomass was gasified in a bubbling fluidized bed with steam and oxygen. The oxygen was supplied by reducing Co3O4 to CoO. The reduced cobalt oxide (CoO) was regenerated by switching the fluidizing gas to air. This technology known as chemical looping, is to combust or gasify fuels. The effluent gas is free of nitrogen and has a higher calorific value compared to gasification with air. From 825 to 875 C, H2 yield increased up to 60 %. From 0 to 18 % of steam, H2 yield increased 4 times. Substituting 50 % of the sand as bed material with Co3O4, increased the CO yield up to 45 %, while lowering the H2:CO ratio. A two phase model for the dense bed and a plug flow model for the freeboard region were used for reactor modeling. The solids were assumed to be well mixed. From ambient to 850 C, the axial dispersion coefficient increased from 0.09 to 0.12 m2/s. Furthermore, the difference between the gas composition in the radial direction was negligible. The presented hydrodynamic model together with the kinetic expression from the literature characterized the transient gas compositions at the reactor outlet very well. In the final stage of this thesis, a conventional gasification (CG) system and a chemical looping gasification (CLG) system to treat 86 t/d biomass were simulated with Aspen Plus and the operating and capital cost of them were compared. Conventional gasification (CG) systems use air as an oxygen source. Besides air, the chemical looping process is an alternative method to provide the system with the required oxygen. The syngas produced using the chemical looping has a higher calorific value than that produced using a conventional process with air. For comparison purposes, a conventional gasification unit with pure oxygen (CGPO) and a chemical looping gasification (CLG) system were simulated using Aspen Plus to treat 86 t/d biomass, and an economic analysis comparing the operating and capital costs of the two systems was performed. The two systems were identical except for the reactor configuration. The “CGPO” reactor consisted of a bubbling fluidized bed (ID=1.8 m and H=6.6 m) as gasifier and sand as bed material with oxygen supplied via a pressure swing adsorption unit. The CLG consisted of a bubbling fluidized bed gasifier (ID=1.8 m and H=6.6 m) working in parallel with a fast fluidized bed oxidizer (ID=1 m and H=10 m). Co3O4(8 %)/Al2O3 with a circulation rate of 44.6 kg/s between gasifier and oxidizer supplied the x oxygen for the CLG system. The total capital investment (TCI) of the CGPO and CLG units were $\$$6.3M and $\$$9.7M, respectively. However, the annual operating cost of the CLG was $\$$0.58M less than that of the CGPO which repays the difference in TCI in less than 6 years.


identifier: Gosselin, Y. (2014). Caméra hyperspectrale d'imagerie en fluorescence pour guider l'exérèse de tumeurs du cerveau  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les biomarqueurs ayant la capacité de s'accumuler spécifiquement dans une tumeur et d'être imagés durant la chirurgie ouvrent plusieurs avenues de traitement pour différents types de cancer. Dans le cas du cancer du cerveau, la protoporphyrine IX (PpIX) a montré une accumulation spécifique dans les gliomes de haut grade (HGG) et ce en assez grande quantité pour être facilement détectée durant la chirurgie. L'utilisation de ce marqueur durant la chirurgie a augmenté l'efficacité de l'exérèse de ces tumeurs, ce qui augmente le pronostic et la qualité de vie des patients. Cependant, les méthodes de détection qualitatives (vFI) utilisées durant la chirurgie manquent de sensibilité pour détecter les marges des tumeurs et les gliomes de bas grades, même avec l'utilisation de marqueurs fluorescents. De façon à guider plus efficacement l'exérèse, une sonde spectroscopique a été développée par le Dr. Brian Wilson de manière à détecter de façon plus sensible et plus spécifique le signal fluorescent accumulé dans les tumeurs du cerveau durant la chirurgie. Cette sonde s'est montrée plus efficace que l'utilisation seule d'un microscope neurochirurgical pour la classification de tissus cancéreux lors de l'exérèse. Cependant, une telle sonde peut venir déranger le plan de travail du chirurgien et a un champ de vue très limité. Pour ces raisons, un système en champ large pour la quantification de la fluorescence (qFI) durant la chirurgie a été développé au Darthmouth College avec le prof. Frederic Leblond. Un tel système vient se connecter au microscope neurochirurgical utilisé en salle d'opération (OR) et permet la détection hyperspectrale de l'entièreté du champ de vue imagé par le microscope. Ainsi, on peut obtenir en quelques secondes durant la chirurgie un spectre de fluorescence corrigé par rapport aux propriétés optiques du tissu pour chacun des pixels de l'image associée au champ de vue. Les spectres de fluorescence obtenus peuvent ensuite être associés à une concentration de biomarqueur dans le tissu imagé. Bien qu'un tel système se montre plus sensible que la simple utilisation d'un microscope neurochirurgical et ce sans venir déranger le plan de travail du chirurgien, sa sensibilité est moindre que celle de la sonde décrite plus haut. Ainsi, dans le cadre de cette maîtrise, un système hyperspectral pour la quantification de la fluorescence en neurochirurgie a été développé pour imager l'entièreté du champ de vue du chirurgien tout en ayant une sensibilité semblable à celle de la sonde spectroscopique présentée précédemment. Pour ce faire, le système a été conçu, développé et caractérisé à Polytechnique  ABSTRACT: Biomarkers that are specific to malignancies and can be imaged during intraoperative procedures hold significant promises to the treatment of disease. For brain cancer, protoporphyrin IX (PpIX) has shown a specific accumulation in high grade gliomas (HGG) in sufficient concentration to be easily detected during surgery. The use of this marker during surgery has shown to improve the completeness of tumor resection, which translates to statistically significant increase in progression-free survival on patients. However, the visual assessment of fluorescence intensity (vFI) under the surgical microscope lacks sensitivity in order to detect invasive tumor margins and low grade gliomas (LGG), even with the use of specific biomarkers. In order to help surgical guidance in tumor resection, a point detection spectroscopic probe was developed by Dr. Brian Wilson in order to detect the fluorescent signal with increased sensitivity and specificity. The use of the probe during surgical procedures has shown to be more efficient than the visual assessment of the tumor, detecting histologically confirmed fluorescent signal in LGG and tumor margins where none was detected with the neurosurgical microscope. However, a point detection probe can be disruptive to the surgeon's workflow and has a limited field-of-view. For these reasons, a wide-field fluorescence quantification system (qFI) was designed at Dartmouth College with prof. Frdereic Leblond. Such a system can be connected to a side optical port of a neurosurgical microscope in order to image the entire field-of-view of the microscope. The system can acquire in a couple of seconds during surgery a fluorescence spectrum that is corrected for the tissue's optical properties for each pixel in the image associated with the surgeon's field-of-view. The corrected fluorescence spectra can be associated to a precise concentration of biomarker in order to obtain a quantitative pixel map of the surgical cavity. The Darthmouth College's qFI wide-field system proved to be more effective than the visual assessment of the tumor through the neurosurgical microscope, but was still less sensitive than the point detection probe described earlier. In this Master's project, a hyperspectral imaging system for fluorescence quantification during surgery has been designed in order to image the entire surgeon's field-of-view with a detection sensitivity similar to that of the point detection probe described earlier. To do so, the system has been designed, assembled and characterised at Polytechnique Montreal in the Laboratory of Radiology Optics in collaboration with Nüvü Camēras, a Canadian company that


identifier: Assari, C. (2014). Classification de mots-clés des campagnes publicitaires sur les moteurs de recherche et calcul de prévisions  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les publicités sur le web qui se présentent sous forme de liens textuels s'affichent dans les pages de résultats des moteurs de recherche, suite aux requêtes des internautes par le biais  des mots-clés achetés par les annonceurs via un système d'enchères. Communément, les premières pages du moteur de recherche offrent aux annonceurs de promouvoir les produits et services. Quand une annonce s'affiche et qu'un internaute clique sur le lien correspondant, l'entreprise en question paie le moteur de recherche. Afin de gérer son budget, une entreprise doit établir des stratégies d'enchères; sélectionner un ensemble de mots-clés et déterminer un montant pour chaque mot-clé. Les données historiques de ces mots-clés sont évidemment nécessaires pour évaluer le comportement des requêtes des internautes  sur les moteurs de recherches. Les travaux présentés dans ce mémoire sont une suite d'un thème de recherche dont l'objectif est  de développer des algorithmes permettant d'améliorer le rendement des campagnes publicitaires sur les moteurs de recherche. Dans cette optique  un algorithme permettant  d'affecter des positions optimales aux mots-clés est développé  de sorte que le nombre total de clics par campagne est  maximisé. En outre,  une méthode de génération de courbes génériques est proposée pour chaque mot-clé afin d'effectuer une prédiction  à la fois du nombre de clics et du coût par clic en fonction de sa position. Ces paramètres sont essentiels au programme d'optimisation. Nous présentons une approche de classification basée sur les techniques de data mining pour l'extraction des connaissances cachées dans une base de données de mots-clés. Le but est de déceler des comportements similaires au niveau des mots-clés et de les classifier par la suite. Si la classification des mots-clés est optimale, on estime pouvoir obtenir des courbes génériques de meilleure qualité. Notre stratégie utilise beaucoup d'échantillons composés de différentes campagnes dans différents types de marché sur le Web. Cette stratégie nous permet de conclure, lors de la classification automatique, que le nombre de classes de mots-clés est approprié pour toutes les campagnes publicitaires. Nous exploitons divers méthodes de classifications automatiques pour une meilleure organisation des mots-clés selon leurs caractéristiques. Parmi les algorithmes cités dans le présent document il y a : k-means, fuzzy c-means, Clara, Clues et Pam. Les résultats obtenus lors de la classification non supervisée se sont avérés en deçà  de nos attentes. Toutefois, notre mandat ne s'arrête pas là, on doit améliorer les courbes génériques existantes. Une évaluation expérimentale basée sur nos données montre que notre approche améliore modestement la précision des paramètres. Cependant, nous n'affirmons pas nécessairement que les résultats ainsi obtenus soient concrets car aucune de nos expériences pratiques n'a été conduite en temps réel sous le moteur de recherche Google.  ABSTRACT: Web advertisements that are in the form of text links are displayed in the results pages of search engines through internauts requests via keywords purchased by advertisers via an auction system. Commonly, the first pages of search engine offer advertisers to promote products and services. When an ad displays and a user clicks on it, the company in question pays the search engine. To manage its budget, a company must establish bid strategies; select a set of keywords and determine an amount for each keyword. Obviously, historical data on such keywords are needed to assess the behavior of users by their entry into the search engine query. The work presented in this thesis is part of a series of research aimed at developing algorithms to improve the performance of advertising campaigns on search engines. In this context, we propose an algorithm that assigns optimal keywords positions so that the total number of clicks per campaign is maximized. Furthermore, a generic method of generating curves is proposed for each keyword to make a prediction of the number of clicks and estimate the cost per click according to its position. These parameters are critical to the optimization program. We present a classification approach, based on data mining techniques, in order to extract hidden information in data warehouse keywords in order to identify similar behaviors of keywords and classify them thereafter. An improved classification of keywords is estimated to lead to better generic curves. Our strategy uses a lot of samples from different campaigns with different types of market on the web. This strategy allows us to conclude, during the automatic classification, that the number of classes of keywords is appropriate for all campaigns. We used various methods of automatic classifications for better organization of keywords according to their characteristics. Among the algorithms mentioned in this document there are: k-means, fuzzy c-means, clustering large application, clustering based on local shrinking and partitioning around medoïds. The results obtained in the automatic classification proved to lower our expectations. However, our mandate does not stop there; we must improve existing generic curves. Experimental evaluation based on data provided showed that our approach modestly improves the accuracy of parameters. However, we cannot say that the results are real because we have not done a practical experience in real time on the Google search engine.


identifier: Gras, H. (2014). Modélisation dans le domaine du temps d'une excitatrice synchrone à diodes tournantes et analyses des modes de défaillances  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce mémoire est la modélisation du système d'excitation avec redresseur à diodes tournantes TKJ 166-38 pour l'étude des phénomènes transitoires électromagnétiques (EMT) et son intégration dans un modèle EMT d'une unité qui consiste en une génératrice principale, d'un arbre moteur représenté par un modèle multi-masses et d'un modèle détaillé du gouverneur des turbines. TKJ 166-38 est le système d'excitation d'une génératrice synchrone de 1650MVA. Son armature AC ainsi que les diodes du redresseur tournent avec l'inducteur de cette génératrice. Pour cette étude, une petite machine synchrone à aimant permanant est utilisée comme pilote de l'excitatrice. Le rotor de celle-ci est également solidaire de l'arbre des deux autres. La sortie AC de cette machine pilote, après rectification, fournit un courant continu au champ stationnaire de l'excitatrice. Un régulateur automatique de tension (AVR) commande  le champ de la TKJ 166-38 et donc, indirectement le champ de la génératrice principale. La protection du système d'excitation contre les défauts internes et de diodes est réalisée par des fusibles situés à la borne de sortie de l'excitateur à courant alternatif.  Dans le modèle EMT de la TKJ 166-38 proposé ici, l'excitatrice AC et le redresseur à diodes tournantes sont modélisés par un circuit électrique détaillé alors que l'excitatrice pilote et son redresseur sont représentés par un schéma block. La génératrice principale est modélisée avec une connexion électrique à la bobine de champ de manière à connecter directement cette dernière au modèle EMT de la TKJ 166-38. Le modèle EMT développé simule des fautes internes et sur les diodes de la TKJ 166-38. Dans ce mémoire, la TKJ 166-38 et la génératrice principale sont modélisées dans le domaine des phases (PD) par un modèle de machine synchrone à n-phases et utilisent  la formulation de l'Analyse-Nodale-Modifiée-Augmentée (ANMA) qui rend possible la connexion électrique des bobines de champ de ces machines. L'approche de modélisation PD rend également possible l'étude des harmoniques et des saturations tout en conservant une représentation fidèle de la machine. Deux différentes options de saturation sont implémentées en fonction de la construction du rotor. Dans le cas des rotors à pôles saillants, le taux de saturation est fonction de la reluctance du chemin principal emprunté par le flux qui est calculé à partir de la géométrie interne de la machine et de la longueur de l'entrefer de chaque pôle. D'un autre côté, pour les rotors cylindriques, la variation de la reluctance est indépendante du chemin emprunté par le flux.  ABSTRACT: The objective of this thesis is the establishment of an electromagnetic transient (EMT) model of the brushless excitation system TKJ 166-38 and its integration to the EMT model of the unit that consists of the main generator, lumped-mass model of the shaft system and detailed turbine-governor model. TKJ 166-38 is the excitation system of a 1650 MW synchronous generator where the armature of the AC exciter and the diode rectifier rotate with the main generator field. A small permanent magnet synchronous machine is used as a pilot exciter. The permanent magnet rotor of the pilot exciter also rotates with the AC exciter armature and the diode rectifier. The rectified output of the pilot exciter stator is used to supply the DC current to the stationary field of the AC exciter. The automatic voltage regulator (AVR) controls the AC exciter field, which in turn controls the field of the main generator. The protection of the excitation system against internal faults and diode failures is achieved by the fuses located at the output terminal of the AC exciter. TKJ 166-38 is not equipped with any device that provides direct exciter diode monitoring or direct measurement of main generator field voltage or current. In the EMT model of TKJ 166-38, the AC exciter and the diode rectifier, i.e. the rotating parts, are modeled as actual electrical circuits, whereas the pilot exciter and its controlled rectifier are modeled using control block diagrams. The main generator is modeled with field winding electrical connection in order to achieve direct electrical connection to the EMT model of TKJ 166-38. The developed EMT model is able to simulate the system for internal faults and diode failure conditions in TKJ 166-38, for studying the transient performance of TKJ 166-38.  In this thesis, both the ac exciter of TKJ 166-38 and the main generator are simulated using an n-phase phase-domain (PD) synchronous machine model and a Modified-Augmented-Nodal-Analysis (MANA) formulation that enables synchronous machine field winding electrical connection. The PD modeling approach also enables accounting for space harmonics and inclusion of magnetic saturation while retaining the physical picture of the actual machine. Two different saturation options are implemented considering two different rotor constructions. In salient pole rotor case, the saturation function accounts for the reluctance of the main magnetic flux path considering the internal machine geometry. On the other hand, in cylindrical rotor case, the variation of the reluctance is independent from the main magnetic flux path. Hence, the magnetic saturation is represented by using the traditional piecewise-linear approximation.


identifier: Wagner, A. (2014). Optimisation d'un algorithme statistique itératif de reconstruction tomographique en utilisant les coordonnées cylindriques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La tomographie axiale calculée par ordinateur utilise ordinairement des techniques de analytiques pour la reconstruction d'image, mais les méthodes de reconstruction statistiques itératives peuvent être une bonne alternative à ces techniques conventionnelles. Le principal problème de ces méthodes est qu'elles nécessitent une amélioration de leurs performances en terme de temps de calcul et d'espace mémoire requis pour pouvoir être plus couramment utilisées. Ce projet a pour but d'optimiser les performances globales des techniques itératives de reconstruction en 3D en utilisant une représentation alternative de l'objet ainsi que d'étudier l'impacte d'une telle représentation sur la qualité des images reconstruites. L'utilisation de la représentation de l'objet en coordonnées cylindriques a un impact significatif sur les performances globales des techniques itératives car elle permet une réduction considérable de la mémoire utilisée mais ce modèle est encore très lent, son effet sur la qualité de l'image méconnu et ses possibilités d'amélioration très peu étudiées. Ce projet se concentre sur les améliorations possibles avec cette représentation cylindrique permettant l'augmentation de la vitesse de calcul en utilisant la forme particulière de la matrice de projection en 3D. Ce projet consiste dans un premier temps à développer une nouvelle technique de parallélisation efficace de la méthode qui utilise la structure bloc-circulante de la matrice de projection, mais aussi à améliorer la vitesse de convergence grâce à la création de préconditionneurs utilisant la propriété diagonale-dominante de la matrice de projection bloc-diagonalisée dans le domaine de Fourier. La deuxième partie de ce projet consiste en une étude poussée de la qualité des images résultant de l'utilisation de cette représentation cylindrique de l'objet, une application d'un modèle polychromatique afin de réduire les artéfacts métalliques et la mise en oeuvre de la méthode pour la reconstruction de données réelles.  ABSTRACT: Computed tomography usually uses analytical techniques for image reconstruction. But Iterative, statistical reconstruction methods can be good alternative to this conventional analytical techniques. The main problm with these methods is that they require an improvement in their performances in terms of amount of computation and memory footprint for wider adoption of the approach. This project aims to optimize the overall performance of iterative reconstruction techniques in 3D using an alternative representation of the object and to study the impact of such representation on the quality of the reconstructed images. The use of object representation in cylindrical coordinates has a strong impact on the overall performance of iterative techniques because it allows a considerable reduction of the memory footprint but this model is still very slow, its eect on the quality of the unknown image and opportunities for improvement aren't really studied. This project focuses on possible improvements to increase the speed of calculation using the special form of the projection matrix in 3D. First, this project is to develop new techniques for ecient parallelization of the method that uses block-circulating structure of the projection matrix, but also improve the speed of convergence through the creation of preconditioners using the property diagonal-dominant property of the block projection-diagonalized projection matrix in the Fourier domain. The second part of this project consists of a detailed study of the image quality resulting from the use of this cylindrical representation of the object, an application of a polychromatic model to reduce metal artifacts and the implementation of the method for reconstruction of real data.


identifier: Ghossein, E. (2014). Numerical Validation of Analytical Homogenization Models for the Case of Randomly Distributed and Oriented Ellipsoidal Fibers Reinforced Composites  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de nouveaux matériaux composites peut s'avérer long et coûteux. Il serait alors pertinent d'avoir des outils capables de prédire le comportement mécanique de matériaux composites avant qu'ils ne soient réellement fabriqués. L'utilisation de tels outils permettrait de réduire le temps et les coûts reliés aux tests de certification. Plusieurs méthodes analytiques existent pour prédire les propriétés mécaniques de composites. Les plus connues sont la règle des mélanges et la théorie classique des laminés. Dans la plupart des cas, ces méthodes fournissent des prédictions inexactes puisqu'elles ne prennent pas en considération toute l'information disponible reliée à la microstructure. Les modèles d'homogénéisation analytiques prédisent les propriétés mécaniques effectives de matériaux hétérogènes en utilisant des informations reliées à la microstructure (les propriétés des phases, leur fraction volumique, la forme et l'orientation des renforts, etc.). Toutefois, il n'existe pas d'étude systématique et approfondie où l'on évalue la précision de ces modèles pour une vaste gamme de propriétés mécaniques et géométriques des phases. Dans le but de valider la performance des modèles analytiques, leurs prédictions doivent être comparées à celles obtenues par des méthodes numériques. Les différentes méthodes numériques utilisées dans la littérature sont coûteuses en terme de temps de calcul, ce qui a limité la gamme de composites étudiée. De plus, la plupart des études ont été réalisées sans avoir rigoureusement déterminé le Volume Élémentaire Représentatif (VER). L'objectif principal de cette thèse était de valider la performance des modèles d'homogénéisation analytiques à prédire les propriétés mécaniques effectives et les statistiques des champs locaux de composites renforcés par des fibres elliptiques aléatoirement distribuées et orientées. Étant donnée qu'une grande campagne de validation était planifiée, un outil numérique complètement automatisé a été développé. Ce dernier a traité deux étapes indépendantes: i)la génération aléatoire des microstructures représentatives et ii)le calcul exact des propriétés effectives. Les microstructures représentatives ont été générées en utilisant une approche basée sur la dynamique moléculaire. Un nouveau algorithme performant et efficace a été développé dans le but de générer des arrangements constitués d'ellipsoïdes aléatoirement distribués et orientés. L'algorithme proposé a été capable de générer tous les types d'ellipsoïdes à hautes fractions volumiques et/ou rapports de forme. Les propriétés effectives et les statistiques des champs locaux ont été obtenues avec précision en utilisant une technique basée sur les Transformées de Fourier Rapides (TFR). Les prédictions de l'outil numérique ont été comparées à celles des modèles d'homogénéisation analytiques les plus connus pour une vaste gamme de propriétés mécaniques des phases et de fractions volumiques et rapports de forme des fibres. La campagne de validation a impliqué un rigoureux processus de détermination du VER et approximativement 1800 différents composites à fibres elliptiques ont été étudiés.  ABSTRACT: The development of new composite materials can be a long and expensive process. It would therefore be relevant to have predictive tools that can predict the mechanical behavior of composites before their fabrication. Using these tools could lead to shorter certification time and cost reductions. Several analytical approaches exist for predicting the mechanical properties of composites. The best known are the Rule of Mixtures and the Classical Lamination Theory. In most cases, both approaches lead to inaccurate predictions since they do not take into account all the available information about the microstructure. Analytical homogenization models rely on microstructural information (e.g., constituents properties, volume fraction, shape, orientation, etc.) to predict the effective mechanical properties of heterogeneous materials. However, no systematic and thorough study evaluates the accuracy of these models for a wide range of constituents mechanical and geometrical properties. In order to validate the performance of analytical models, their predictions should be compared to those obtained by numerical methods. The different numerical methods that have been used in the literature had a high computational cost, which has limited the investigated range of composites. Furthermore, most numerical studies were performed without conducting a rigorous Representative Volume Element (RVE) determination process. The main purpose of this thesis was to validate the performance of analytical homogenization models at predicting the effective mechanical properties and local field statistics of randomly distributed and oriented ellipsoidal fibers reinforced composites. Since a large validation campaign was planned, a fully automated numerical tool was developed. The latter dealt with two independent steps: i)random generation of the representative microstructures and ii) accurate computation of the effective properties. The representative microstructures were generated using a molecular dynamics approach. A new computationally-efficient algorithm was developed for generating packings of randomly distributed and oriented ellipsoids. The proposed algorithm was able to generate all types of ellipsoids with high volume fractions and/or aspect ratios. The effective properties and local field statistics were accurately computed using a Fast Fourier Transforms (FFT) based technique. The predictions of the numerical tool were compared to those of the best known analytical homogenization models for a broad range of phases mechanical properties, fibers volume fractions and aspect ratios. The validation campaign involved a thorough and rigorous RVE determination process and approximately, 1800 different ellipsoidal fibers reinforced composites were studied.  A validity domain was attributed to each analytical model. It was found that no analytical homogenization model stands out of the others as being more accurate over the studied range of phases mechanical and geometrical properties. However, if a single model was to be chosen to predict the effective properties and local field statistics of ellipsoidal fibers reinforced composites, this thesis recommend the Lielens' model.


identifier: Kassab, A. (2014). The Design and Development of a NIRS Cap for Brain Activity Monitoring  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maitrise est consacrée à l'étude de casques dédiés aux systèmes d'imagerie clinique basés sur la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) et leur rôle en portant cette technologie d'imagerie dans son objectif désigné comme un dispositif d'imagerie portable qui peut être utilisé avec des sujets mobiles. En tant qu'une composante non-électronique, les casques SPIR ont été la plupart du temps à l'écart des études, cependant, avec l'émergence de systèmes portables sur le marché, le rôle de tels casques devient essentiel, voire le chemin critique, pour stabiliser les optodes intégrés dans ces casques. Dans le cadre d'un projet multidisciplinaire de l'équipe Imaginc visant à mettre en oeuvre un dispositif d'imagerie multimodale EEG/SPIR portable, le travail présenté dans ce mémoire a été fait pour répondre aux exigences de plusieurs applications cliniques. Par conséquent, un casque dédié a été identifié permettant de maintenir le contact optodes/cuir chevelu quelle que soit la tâche demandée; En outre, le confort du patient est essentiel particulièrement pour le processus d'installation et pour les séances d'imagerie plus longues. Afin de répondre à ces préoccupations, ce mémoire a porté sur le développement de plusieurs modèles de casques qui sont actuellement utilisés dans les prototypes EEG/SPIR complétés. Cela nous a permis de réaliser la première étude comparative entre les modèles fonctionnels dans différentes conditions distinctes: statique, mouvement de la tête et de la marche. De plus, une méthode de calibration de contact des optodes a été proposée par l'identification de la pression exercée par le contact sur la tête. La pression mesurée permet de maintenir le contact du cuir chevelu/optode requise. Aussi, nous avons proposé un outil pour faire écarter les cheveux du contact optodes avec la tête. Ces dernières conceptions apporteront des solutions appropriées afin de mettre en oeuvre le casque d'enregistrement multimodal tant attendu. Le développement futur, basé sur des concepts de pinces robotiques de casques SPIR, présente un bon potentiel pour introduire des solutions d'installation efficace des optodes.  ABSTRACT: This master thesis is dedicated to the study of near-infrared spectroscopy (NIRS) caps and their role in bringing this imaging technology into its designated goal as a clinical imaging device that can be used with freely moving subjects. As a non-electronic component, NIRS caps have been mostly left out of studies, however, with the emergence of portable NIRS systems into the market, the role of NIRS caps is becoming an integral part as an optode stabilization method. As a part of a multidisciplinary project of the Imaginc group aiming to create a multimodal portable EEG/NIRS imaging device, the work presented herein was made to accommodate the requirements of several clinical applications. Thus, an ideal cap was identified as a design capable of maintaining optode/scalp contact regardless of the required task; moreover, patient comfort is essential specially for longer imaging sessions. In order to address these concerns, the thesis focused on adapting and developing several models that are currently being used in NIRS and EEG systems into our current Imaginc device. This allowed us to perform the first comparative study between the working models in various distinct conditions: static, moving the head and walking. Moreover, a method to calibrate the optode contact was suggested by identifying cap contact pressure on the head and defining the pressure required to maintain good scalp/optode contact in addition to the pressure comfort margin on the head. Also, the design of hair-clearing sockets was presented, which is the first step towards creating a system than can be used by a single person, and reducing the time needed for NIRS system installation. This study concludes by possible future development of NIRS caps based on robotic gripper concepts which may create systems that can provide good optode stability and user comfort.


identifier: Aubrée, N. (2014). Caractérisation du comportement post-pic en compression du béton armé et non armé, et extension au béton renforcé de fibres  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le modèle constitutif de béton EPM3D (Endommagement Progressif Multiaxial en 3 Dimensions) est développé à l'École Polytechnique de Montréal depuis 1990. Bouzaiene et Massicotte (1995) ont choisi l'approche hypoélastique avec le concept de déformation équivalente et la mise en place d'un paramètre d'endommagement scalaire pour représenter la microfissuration du béton en compression pré-pic. Le comportement post-pic adoucissant, en traction et en compression, est basé sur le concept de conservation de l'énergie de rupture. Dans le contexte des éléments finis, cela requiert la détermination d'un limiteur de localisation des déformations basé sur un module d'adoucissement dépendant de la taille de l'élément du maillage. La formulation du modèle EPM3D dans le cas de la compression post-pic devait être révisée. Les problèmes vis-à-vis de la dépendance de la taille du maillage et l'absence de la prise en compte de l'effet du confinement étaient les points les plus importants à améliorer avec comme but principal la modélisation du comportement à la rupture de poteaux en béton armé.  ABSTRACT: Since 1990, constitutive concrete model EPM3D (Multiaxial Progressive Damage in 3 Dimensions) has been developed at Polytechnique Montreal. Bouzaiene and Massicotte (1995) choose the hypoelastic approach with the concept of equivalent deformation and the implementation of a scalar damage parameter to represent the microcracking of concrete in pre-peak compression. The post-peak softening behaviour, in tension and in compression, is based on the concept of conservation of the fracture energy. In the finite elements context, it requires defining a localisation limiter acting on the softening modulus depending on the element size. The formulation of EPM3D model in the case of the post-peak compression required revisions. Mesh-dependence problems and the absence of the consideration of the confinement effect were the most important points to improve, with as main goal the modelling of the fracture of the reinforced concrete columns.


identifier: Lefebvre, J. (2014). Développement d'outils de vectorisation d'angiographies obtenues par microscopie 2-photons dans le contexte du vieillissement du cerveau  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les pathologies affectant les petits vaisseaux de la neurovasculature sont-elles à l'origine des effets cognitifs qui apparaissent au cours du vieillissement? Pour répondre à cette question, il faut d'abord posséder des outils permettant d'extraire la microvasculature du néocortex à partir d'angiographies acquises par microscopie à fluorescence deux-photons. Une meilleure compréhension de l'évolution de la microvasculature du cerveau avec l'âge et de l'effet de ces modifications sur les fonctions des aires corticales constitue en effet une étape essentielle vers la mise en place de nouveaux biomarqueurs du vieillissement du cerveau. Des modèles réalistes de la vasculature du cerveau peuvent servir de base à des modélisations du débit sanguin et à la simulation de signal IRM. En utilisant des vasculatures vectorisées, de nouvelles voies de recherche pourront donc être explorées, dont l'effet de différents types de pathologies des petits vaisseaux sur le signal IRM dépendant du niveau d'oxygène sanguin (BOLD). L'objectif de ce projet de recherche est donc le développement d'une méthode de segmentation des vaisseaux sanguins et d'un outil d'interaction permettant de corriger et de modifier le réseau vasculaire extrait. Ces outils sont utilisés pour comparer la microvasculature du néocortex de rats provenant de deux cohortes d'âges différents formés de 12 jeunes rats (âge = 11-15 semaines) et 12 rats âgés (âge = 23-25 mois) de type Long-Evans. Ces méthodes ont été développées en utilisant principalement la plateforme de programmation MATLAB, le module de gestion de pipeline de traitement PSOM et l'outil de traitement d'image FIJI. La méthode est semi-automatique, nécessitant une correction manuelle des graphes extraits des angiographies après la segmentation. L'approche modulable adoptée permet l'ajout de nouvelles fonctions et de nouveaux outils, ce qui pourra améliorer sa robustesse et l'automatisation de l'extraction des vaisseaux sanguins. En analysant les masques des vasculatures issus du prétraitement des données, il a été montré que la densité des capillaires dans le néocortex sensorimoteur de rats Long-Evans diminue avec l'âge, en passant de  pour les jeunes rats à pour les rats âgés, ce qui représente une baisse statistiquement significative de 20 %. Une analyse utilisant les graphes nettoyés semble également aller dans ce sens en montrant que la densité linéaire des vaisseaux décroît au cours du vieillissement. Cette mesure est liée aux capacités de perfusion de la vasculature, et pourrait indiquer que l'efficacité d'apport en nutriment et en oxygène décroît dans le néocortex sensorimoteur de rats au cours du vieillissement.  ABSTRACT: Are the conditions affecting the small vessels of the neurovasculature the cause of cognitive impairments that appear with aging? To answer this question, we must have tools to extract the neocortex microvasculature from angiograms acquired by two-photon fluorescence microscopy. A better understanding of the brain microvasculature evolution with age and the effect of those changes on the cortical areas functions is indeed an essential step towards the development of new biomarkers of brain aging. Realistic models of the brain vasculature can be used as a basis of blood flow modeling and to simulate MRI signal originating from these vessels. Using vectorized vasculatures, new research avenues can be explored, including the effect of different types of small vessels diseases on blood oxygen level-dependent (BOLD) MRI signal. The main objective of this research project is the development of a blood vessel segmentation method and of an interface to correct and modify the extracted vascular networks. These tools are used to compare the neocortex microvasculature of rats from two different age cohorts. These cohorts consist of 12 young (age = 11-15 weeks) and 12 old Long-Evans rats (age = 23-25 months). The tools have been developed using the MATLAB programming platform, the pipeline processing module PSOM and the image processing tool FIJI. The method is semi-automatic, requiring manual correction of the extracted angiogram graphs after segmentation. The modular approach allows the addition of new features and tools, which can improve the robustness and automation of the blood vessels extraction technique. By analyzing the vasculature masks obtained by the initial data preprocessing, it is found that the density of capillaries in the sensorimotor neocortex of Long-Evans rats decreases with age, from ρ = 6.8 ± 0.3 [%] in young rats to ρ = 5.4 ± 0.3 [%] in aged rats, which represents a statistically significant decrease of 20%. An analysis using the cleaned graphs also seems to go in this direction by showing that the linear density of vessels decreases with aging. This density is linked to the perfusion capacity of the vasculature, and may indicate that the efficiency of nutrient and oxygen distribution decreases with aging in rat's sensorimotor neocortex.


identifier: Robitaille, M. (2014). Conception aérodynamique d'un profil d'aile transsonique laminaire adaptable aux conditions de vol  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail, effectué dans le cadre du projet CRIAQ MDO-505, présente l'optimisation aérodynamique d'un profil d'aile adaptable aux conditions de vol. L'emphase est mise sur la laminarité de l'écoulement notamment par l'utilisation du modèle de transition ﻻ - Rℯot. Ce dernier est validé au moyen de données accumulées lors du projet CRIAQ 7.1 au cours duquel la transition a été mesurée en soufflerie sur un profil d'aile adaptable. Des contraintes strictes au niveau des requis de structure permettent une évaluation réaliste du potentiel de la technologie d'adaptabilité. La comparaison du système de peau flexible avec les résultats d'une optimisation multi-point sans contraintes montre que les contraintes sur la position et la dimension de la portion flexible réduisent son impact sur la traînée. Un programme d'estimation de la traînée totale d'un avion est implémenté et utilisé pour estimer la proportion reliée directement au profil d'aile. Les réductions de traînée obtenues au moyen de l'optimisation sont factorées grâce aux résultats de cette analyse. Il est déterminé que le système de profil adaptable est capable de réduire la traînée totale de l'avion de 1.1% pour certaines conditions de vol.  ABSTRACT: This work presents the design and optimization of a morphing airfoil system. It is part of the CRIAQ MDO-505 project. A particular emphasis is put on the achievement of laminar flow through the use of the Reot transition prediction model, which is validated by the use of the database obtained during the CRIAQ 7.1 project containing transition measurements on a morphing airfoil. The presence of strict structural constraints on the system enables a realistic evaluation of the potential of such a system. A comparison with unconstrained multipoint optimization results show that constraints on the position and extent of the flexible skin reduce its efficiency in reducing drag. A full aircraft drag estimation program was implemented using empirical relations to estimate the proportion of total drag related to the airfoil. Drag reductions achieved by the airfoil optimization was factored by the proportion and it was found that the morphing wing system is able to improve aircraft drag by up to 1.1%.


identifier: Arnaoudova, V. (2014). Towards Improving the Code Lexicon and its Consistency  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La compréhension des programmes est une activité clé au cours du développement et de la maintenance des logiciels. Bien que ce soit une activité fréquente—même plus fré- quente que l'écriture de code—la compréhension des programmes est une activité difficile et la difficulté augmente avec la taille et la complexité des programmes. Le plus souvent, les mesures structurelles—telles que la taille et la complexité—sont utilisées pour identifier ces programmes complexes et sujets aux bogues. Cependant, nous savons que l'information linguistique contenue dans les identifiants et les commentaires—c'est-à-dire le lexique du code source—font partie des facteurs qui influent la complexité psychologique des programmes, c'est-à-dire les facteurs qui rendent les programmes difficiles à comprendre et à maintenir par des humains. Dans cette thèse, nous apportons la preuve que les mesures évaluant la qualité du lexique du code source sont un atout pour l'explication et la prédiction des bogues. En outre, la qualité des identifiants et des commentaires peut ne pas être suffisante pour révéler les bogues si on les considère en isolation—dans sa théorie sur la compréhension de programmes par exemple, Brooks avertit qu'il peut arriver que les commentaires et le code soient en contradiction. C'est pourquoi nous adressons le problème de la contradiction et, plus généralement, d'incompatibilité du lexique en définissant un catalogue d'Antipatrons Linguistiques (LAs), que nous définissons comme des mauvaises pratiques dans le choix des identifiants résultant en incohérences entre le nom, l'implémentation et la documentation d'une entité de programmation. Nous évaluons empiriquement les LAs par des développeurs de code propriétaire et libre et montrons que la majorité des développeurs les perçoivent comme mauvaises pratiques et par conséquent elles doivent être évitées. Nous distillons aussi un sous-ensemble de LAs canoniques que les développeurs perçoivent particulièrement inacceptables ou pour lesquelles ils ont entrepris des actions. En effet, nous avons découvert que 10% des exemples contenant les LAs ont été supprimés par les développeurs après que nous les leur ayons présentés. Les explications des développeurs et la forte proportion de LAs qui n'ont pas encore été résolus suggèrent qu'il peut y avoir d'autres facteurs qui influent sur la décision d'éliminer les LAs, qui est d'ailleurs souvent fait par le moyen de renommage. Ainsi, nous menons une enquête auprès des développeurs et montrons que plusieurs facteurs peuvent empêcher les développeurs de renommer. Ces résultats suggèrent qu'il serait plus avantageux de souligner les LAs et autres mauvaises pratiques lexicales quand les développeurs écrivent du code source—par exemple en utilisant notre plugin LAPD Checkstyle détectant des LAs—de sorte que l'amélioration puisse se faire sur la volée et sans impacter le reste du code.  ABSTRACT: Program comprehension is a key activity during software development and maintenance. Although frequently performed—even more often than actually writing code—program comprehension is a challenging activity. The difficulty to understand a program increases with its size and complexity and as a result the comprehension of complex programs, in the best- case scenario, more time consuming when compared to simple ones but it can also lead to introducing faults in the program. Hence, structural properties such as size and complexity are often used to identify complex and fault prone programs. However, from early theories studying developers' behavior while understanding a program, we know that the textual in- formation contained in  identifiers  and  comments—i.e.,  the  source  code  lexicon—is  part  of the factors that affect the psychological complexity of a program, i.e., factors that make a program  difficult  to  understand  and  maintain  by  humans. In this dissertation we provide evidence that metrics evaluating the quality of source code lexicon are an asset for software fault explanation and prediction. Moreover, the quality of identifiers and comments considered in isolation may not be sufficient to reveal flaws—in his theory about the program understanding process for example, Brooks warns that it may happen that comments and code are contradictory. Consequently, we address the problem of contradictory, and more generally of inconsistent, lexicon by defining a catalog of Linguistic Antipatterns (LAs), i.e., poor practices in the choice of identifiers resulting in inconsistencies among the name, implementation, and documentation of a programming entity. Then, we empirically evaluate the relevance of LAs—i.e., how important they are—to industrial and open-source developers. Overall, results indicate that the majority of the developers perceives LAs as poor practices and therefore must be avoided. We also distill a subset of canonical LAs that developers found particularly unacceptable or for which they undertook an action. In fact, we discovered that 10% of the examples containing LAs were removed by developers after we pointed them out. Developers' explanations and the large proportion of yet unresolved LAs suggest that there may be other factors that impact the decision of removing LAs, which is often done through renaming.  We conduct a survey with developers and show that renaming is not a straightforward activity and that there are several factors preventing developers from renaming. These results suggest that it would be more beneficial to highlight LAs and other lexicon bad smells as developers write source code—e.g., using our LAPD Checkstyle plugin detecting LAs—so that the improvement can be done on-the-fly without impacting other program entities.


identifier: Moknine, M. (2014). Évaluation de l'effet des concepts de la production allégée dans une entreprise aéronautique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La présente recherche s'intéresse à un projet d'implantation d'une démarche Lean dans une entreprise aéronautique québécoise, soit celle de Bombardier Aéronautique. Développé pour l'industrie automobile depuis les années 1950, le Lean a élargi ses pratiques dans différents secteurs de l'industrie, dont le secteur de l'aéronautique mondial, de manière générale, et au Québec en particulier. Aujourd'hui, de nombreuses entreprises s'orientent de plus en plus vers l'approche Lean Manufacturing pour améliorer leur compétitivité et leurs niveaux de performance. La revue de la littérature sur le Lean favorise une meilleure compréhension sur ce sujet, et plus spécifiquement sur son application dans le secteur de l'aéronautique, l'approche Lean permettant d'améliorer les indicateurs de performance opérationnelle tels que la diminution des coûts de production, la réduction des temps de cycle, les déplacements, les inventaires, et même l'amélioration de la polyvalence des employés. Le Lean a réussi là où plusieurs autres modèles d'organisation ont échoué. Plusieurs facteurs de succès doivent être respectés lors de la mise en œuvre d'une telle démarche dont les plus importants sont l'implication des employés, celle des dirigeants et l'intégration adéquate de l'ensemble des outils Lean. Par ailleurs, il faut savoir que cette démarche est parfois critiquée par quelques auteurs qui révèlent que les améliorations apportées par le Lean amènent parfois à une augmentation de la charge de travail des employés et à une augmentation de leur niveau de stress. Notre recherche sur le Lean nous a par contre révélé des lacunes sur la disponibilité de la documentation et des études sur le sujet, et plus particulièrement dans le secteur de l'aéronautique. Le présent travail a permis de combler cette lacune de taille, en documentant ce contexte et en mettant en évidence l'impact de la démarche Lean sur un système de production de composants aéronautiques au Québec. À cet effet, un centre d'usinage ayant déployé une approche Lean a été choisi afin d'effectuer une étude de cas, en pré et post implantation. Des outils de collecte de données tels que les observations sur le plancher de production, les entretiens semi-dirigés ainsi que la liste de vérification Lean ont été utilisés pour effectuer cette étude de cas. L'étude de cas a ainsi permis de confirmer l'impact positif du Lean sur les indicateurs de performance opérationnelle de l'entreprise. Ses résultats ont montré une réduction des temps de cycle de 51 % et une réduction des coûts de production d'environ 70 %. En plus de ces résultats, nos observations ont contribué à montrer un bénéfice humain important pour l'entreprise, telle qu'une amélioration positive de la polyvalence des employés. Ce travail a aussi permis de démontrer que l'intégration et l'assimilation des concepts Lean ont été faites avec un succès probant. En effet, l'analyse des résultats de la liste de vérification a montré que le niveau de maturité des concepts Lean intégrés a évolué de manière favorable durant la période se situant de la préimplantation du projet jusqu'à celle de la postimplantation. La présente recherche vient donc apporter une valeur ajoutée pour la littérature scientifique et aidera ainsi à partager plus largement les données d'une implantation Lean dans un secteur de production aéronautique québécois.  ABSTRACT: This research focuses on a project to implement a Lean approach in Quebec's aerospace business, that of Bombardier Aerospace.  Developed for the automobile industry since the 1950s, the Lean has expanded its practices to various industry sectors, including the international aircraft industry, and more specifically the Quebec aircraft industry. Today, numerous companies turn more and more to the Lean Manufacturing approach to improve their competitiveness and their performance levels. The review of the literature on the Lean has allowed us to further understand the topic and more specifically its application in the aerospace sector. The Lean approach allows the improvement of operational performance indicators such as the reduction of production costs, cycle times, travel and inventories, as well as the improvement of the versatility of employees. The Lean has succeeded where many other organisational models have failed. Several success factors such as employee involvement, leadership commitment, proper integration of all tools and many others must be used in the implementation of such production practice. However, this approach is sometimes criticized by some authors who suggest that the improvements made by the Lean result in an increase in the workload of employees and a deterioration of their stress levels. Our research on the Lean has revealed gaps in available and existing research and data on the subject, particularly in the aerospace sector. This research has helped to fill this important gap, by documenting the context and highlighting the impact of the Lean on a production system in the Quebec aerospace components. A machining center having deployed a Lean approach was chosen to conduct a case study in post-implantation. Tools for data collection such as observations on the production floor, semi-structured interviews, as well as the Lean checklist, were used to perform this case study. The case study has confirmed the positive impact of Lean on operational performance indicators of the company. The results of this case study showed a reduction of cycle time of 49%, a reduction of unnecessary employee travels of 50% and a reduction of production costs by about 50%. In addition to these positive discoveries, our study has highlighted an important human benefit in the business such as an improvement in the versatility of employees by 25%. In addition, the study also demonstrated that the integration and assimilation of the Lean concepts is made with a proven success. Indeed, analysis on results from the checklist showed that the level of Lean concepts maturity progressed favorably in the period from pre-project until that in post-project. This research brings an added value to the scientific literature. It thus helps to disseminate data in a Lean implementation in a production area of Quebec aerospace products.


identifier: Sanger, W. (2014). Valorisation de l'information sur les marchés financiers par l'utilisation des mégadonnées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La finance 3.0 est encore dans ses balbutiements. Pourtant les mégadonnées représentent une opportunité sans précédent pour l'industrie. À travers cette recherche, nous caractérisons l'impact financier de deux types de messages publiés sur Twitter, notamment sur quatre types de rendements de compagnies inscrites au S&P500. Dans le cas des rendements journaliers, l'influence des messages financiers s'avère significative et peut être prise en compte dans les modèles prédictifs. En ce qui concerne les rendements nocturnes, les deux types de messages peuvent être utilisés (messages financiers et messages mentionnant les noms des compagnies), même si l'impact de ces messages n'est pas de même ampleur. Nous étudions aussi les rendements anormaux de ces compagnies, les volumes d'actions échangées et l'impact de la publication des rapports financiers. Au niveau méthodologique, l'utilisation de modèles économétriques probit a permis de mettre au point des tableaux de contrôle optimisant les opportunités de gain en fonction des jours de la semaine et des types d'industries visés. La deuxième partie de cette étude se penche sur l'analyse du contenu des messages financiers, et l'identification des utilisateurs du réseau. Les mesures de réputation traditionnelles s'avèrent inefficaces pour obtenir un signal nettoyé de tout bruit. À l'inverse, une approche par cartographie permet de mettre en lumière les nœuds sensibles du maillage des utilisateurs en identifiant les éléments clefs à suivre. Finalement, nous proposons une stratégie d'investissement ayant présenté des rendements supérieurs à l'indice de référence, puis nous concluons par des recommandations quant à l'utilisation des médias sociaux pour les investisseurs, les firmes inscrites en bourse, les organismes régulateurs et l'industrie financière en général.  ABSTRACT: Finance 3.0 is still in its early stages. However, using Big Data represents huge opportunities for the financial industry. In this study, we compare the influence of two kinds of message sent on Twitter (a microblogging social network) over different types of return concerning firms listed on the S&P500. For daily returns, one should consider financial tweet in particular, whereas for overnight returns, both financial texts and messages naming a company could be considered. We investigate the impact of these messages on abnormal returns, on exchange volumes and during the release of quarterly reports. Investment dashboards have been implemented following these findings, allowing one to optimize its gain opportunities depending on the investment day or the industry targetted. The second part of this study explores the content of financial tweets and the description of their senders. Typical reputation measurements could not provide enough insights due to the high level of noise in the data. However, by sketching the network of users, identifying key components was possible. Finally, we propose an efficient trading strategy outperforming the S&P500 index, and we conclude the study by recommandations concerning the use of social media for investors, firms, regulators and the financial industry in general.