identifier: Taillefer, G. (2011). Développement d'une méthodologie de conception de produit intégrant des principes d'ergonomie et de conception en vue de l'assemblage  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La prise en compte de l'ergonomie tôt dans la conception et le développement de produit est une stratégie importante de prévention des problèmes de santé des travailleurs. Les ingénieurs participant aux activités de conception ont besoin d'un support pour détecter les problèmes d'assemblage que leur design pourrait amener lors de la production. Cette recherche a pour principal objectif de répondre à ce besoin par le développement d'une approche multidisciplinaire et systématique pour intégrer les principes d'ergonomie dès l'élaboration des dessins de pièces. Un outil d'évaluation ergonomique du design utilisant les principes du « design for assembly » (DFA) est proposé. Pour ce faire, une étude de cas a été réalisée auprès d'une grande entreprise manufacturière établie au Québec. Pour développer une telle approche, une revue de littérature a permis de dégager les aspects problématiques et les facteurs favorisant l'intégration de l'ergonomie à la conception. Ensuite un lien est établi entre les problèmes liés à l'ergonomie rencontrés dans l'entreprise participante et la mauvaise conception du produit. Par la suite, l'étude vise à investiguer le processus de conception et de développement de produit ainsi que la mise en fabrication pour y déceler les opportunités d'intégration de l'ergonomie. Un nouveau processus de conception permettant de considérer les facteurs de risques des troubles musculo-squelettiques (TMS) est proposé. Cette étude de cas permet d'illustrer l'application de l'outil d'évaluation ergonomique d'un design par des exemples concrets de conception. Enfin, l'étude a mené avec succès à la formation d'une trentaine d'ingénieurs de conception et de production sur cette méthodologie. Comme principaux résultats, 28 critères de conception ont été identifiés comme facteurs affectant les conditions de travail des opérateurs. Ils ont aussi été mis sous la forme d'un outil simple et convivial que les ingénieurs peuvent utiliser durant leur travail de conception et de mise en production. Cet outil est conçu pour faciliter la communication entre les deux groupes d'ingénieurs (conception et production), ce qui est propice à l'identification de problèmes qui auraient pu échapper à la conception et ce, avant qu'ils ne se matérialisent sur les lignes de production.  L'approche proposée a été reçue positivement par les ingénieurs formés.  ABSTRACT: The consideration of human factors early in the design process of a product is an important strategy for preventing ergonomic problems. The designers need support to detect the problems of assembly their design could bring during production. The main objective of this research is to fulfill this need by developing a multidisciplinary and systematic approach integrating the principles of ergonomics as soon as the parts specification and drawing. An ergonomic assessment tool using design for assembly (DFA) principles is proposed. Then, a case study was conducted in a large manufacturing company established in the province of Quebec.  To develop such an approach, a review of literature allowed us to identify the problematic aspects and the factors supporting the integration of ergonomics into design. Then a link is established between the problems related to ergonomics encountered at the participating company and the bad design of the product. Thereafter, the study aims at investigating the process of design and development of product as well as the launching on the assembly line to detect the opportunities of integrating ergonomics principles. In this research, a new design process integrating the risk factors of the musculoskeletal disorders (MSD) is proposed. This case study illustrates the application of the ergonomic tool to assess concrete design examples. The study led to the training of about thirty production and planning engineers on this methodology.  As principal results, twenty-eight criteria of design were identified as factors affecting the work conditions of the operators. Moreover, they were gathered in a simple and convivial tool which can be used by the engineers during their design work and production launch. This tool facilitates the communication between design and production engineers, which is favourable to the identification of problems early in the design and avoid their introduction in the production. The approach suggested was received positively by the trained engineers.  Ultimately, the main outcome of this research is to provide a fast and easy to use multidisciplinary approach which could be applied to product design in different sectors.


identifier: Racine, E. (2011). Développement d'un modèle d'estimation de l'inconfort des passagers relatif à la pressurisation des cabines d'avion  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie de l'aéronautique travaille sans relâche au développement de technologies d'avant-garde; ce n'est toutefois pas toujours chose simple lorsqu'il est question d'une approche de conception centrée sur l'utilisateur. De fait, de façon à maintenir un avantage compétitif, les fabricants d'avions doivent développer les domaines de connaissances spécifiques qui leur assureront un avenir durable. Dans ce contexte, un élément-clé est sans contredit l'amélioration de la compréhension des utilisateurs. Ainsi, lorsqu'on considère l'utilisateur d'un avion, la notion de confort joue un rôle primordial. Le confort peut être mesuré selon des critères ergonomiques, physiques ou psychologiques, mais demeure une mesure souvent subjective et difficile à qualifier dans son ensemble. Ce mémoire s'intéresse plus particulièrement à l'influence de la pressurisation des cabines d'avion sur le confort de ses passagers. Les deux principales questions qui ont mené nos travaux sont les suivantes. Est-il nécessaire d'abaisser l'altitude interne de la cabine au niveau de la mer pour accroître le confort des passagers? Quel est le seuil d'altitude auquel le corps humain commence à ressentir une variation au niveau du confort? Dans cette étude, une analyse de la littérature concernant les répercussions physiologiques d'une variation de pression sur le corps humain a été réalisée. Celle-ci couvre les risques en haute altitude, l'oxygénation des tissus et le processus d'adaptation physiologique aux changements de pression. L'analyse de la saturation d'oxygène dans le sang apparaît également comme un facteur déterminant du confort.   La triangulation des résultats issus des diverses études recensées a permis la construction d'un modèle novateur permettant d'estimer les probabilités d'inconfort ressenties par les passagers en période de vol selon leurs conditions de santé et l'altitude simulée dans la cabine. Le modèle fournit trois courbes. La première représente une population en bonne santé et ne présentant pas de pathologies considérées à risques en haute altitude. La seconde courbe représente quant à elle une population en général et fournit des seuils plus conservateurs. Enfin, la dernière courbe simule un cas de personne à risques en haute altitude. L'application de ce modèle, en cours de validation à travers des projets de conception d'avions, contribuera à l'amélioration des connaissances sur le confort pour les passagers.  ABSTRACT: Aerospace has always been about developing cutting edge technologies, but this has not always been done with a passenger centered approach. In order to maintain a competitive advantage, aircraft manufacturers need to develop specific knowledge domains that will also ensure them a sustainable future. In this context, one key aspect that is being considered is an improved understanding of the users. When considering the users of an aircraft, the notion of comfort plays an essential role. Comfort can be measured according to a variety of criteria of ergonomic, physical or psychological nature, and is therefore subjective and difficult to qualify in general. This thesis focuses on the influence of aircraft cabin pressure on the comfort of passengers. Is it necessary to lower the internal cabin altitude at sea level to increase the comfort of the passengers? What is the threshold of altitude for which the human body begins to feel a variation on comfort? In this study, regarding comfort factors in high altitude, an analysis of the literature about the physiological repercussions of a variation of pressure on the human body is presented. This analysis covers risks in high altitude, the oxygenation of tissues and the process of physiological adaptation to pressure variation. In addition, the analysis of the oxygen saturation in the blood also appears as a determining factor of the comfort.  The synthesis of the results stemming from diverse studies allowed the construction of an innovative model allowing the estimation of the level of discomfort felt by the passengers during flight according to their health conditions and the cabin pressurization. This model contains three curves that are used to gauge the level of discomfort. The first one represents a healthy population and\or not presenting pathologies considered at risks in high altitude. The second curve, based on various studies, represents a population in generally and thus supplies more conservative thresholds. Finally, the last curve, feigns a case of person at risks in high altitude. The application of this model, currently in the process of validation via aircraft design projects, will contribute to improve the level of comfort of the passengers.


identifier: Cobo Campo, L. (2011). Gestion de la qualité de service et planification optimale de réseaux de capteurs multimédia sans fil  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un RCSF est constitué d'un certain nombre d'entités (capteurs) géographiquement dispersées, de taille réduite, avec une autonomie et une puissance de traitement réduites. Ces dispositifs sont utilisés pour réaliser, de manière indépendante, des tâches comme la surveillance, le contrôle de processus industriel, etc. Les avancées en microélectronique ont conduit à l'émergence des petites caméras (type CMOS) et microphones accessibles. Ces capteurs audio-visuels peuvent être intégrés dans un RCSF pour former des RCMSF. Dans certains types d'applications, comme la surveillance des frontières, un grand nombre de ce type de capteurs est susceptible d'être déployés, sur de vastes terrains. Un volume considérable de flux audio-visuel (en plus des données) doit être transmis au centre de contrôle (le collecteur, ou SINK) pour analyse et prise de décision. Il y a donc un besoin important en termes de bande passante, avec surtout une forte contrainte en termes de délai de transmission et d'autres paramètres de RCSF. Des solutions pour le routage d'information ont été développées pour des RCSF, mais ces protocoles n'ont pas pris en compte la génération à grande échelle des données multimédia, elles sont par conséquent inadaptées aux RCMSF. Les capteurs typiquement sont omnidirectionnels, c'est-à-dire qu'ils sont capables de capter des signaux qui proviennent de toutes les directions autour d'eux. Les capteurs multimédia, en particulier les capteurs de vidéo, sont de type  directionnel. Pour ce type de capteurs, l'aire de captage est limitée à un secteur donné d'un plan tridimensionnel. Malheureusement, les modèles mathématiques développés pour le placement des RCMSF conventionnels ne peuvent pas être appliqués dans le cadre de la configuration et de la planification des réseaux de capteurs directionnels. De nouveaux modèles d'optimisation sont donc nécessaires pour la capture des principaux paramètres caractérisant les capteurs directionnels. Dans cette thèse, nous abordons donc les problèmes clés suivants: le routage des données hétérogènes (scalaires et multimédia) pour les nœuds d'un RCMSF afin d'assurer une meilleure QdS aux usagers; et  le déploiement optimisé de capteurs directionnels d'un RCMSF dans un espace tridimensionnel dont le but est couvrir un ensemble de points d'intérêts définis dans tel espace. Notre thèse se compose de trois articles scientifiques, chacun traitant d'une problématique bien spécifique. Le premier article traite du problème du routage d'information pour les RCMSF basé sur la QdS. Nous proposons un nouveau protocole, AntSensNet, basé sur l'heuristique de la colonie de fourmis, qui utilise plusieurs métriques de QdS pour trouver de bonnes routes pour les données multimédia et l'information scalaire. Dans la pratique, le protocole établit d'abord une structure hiérarchique sur le réseau avant de choisir les chemins appropriés pour répondre aux diverses exigences de QdS des différents types de trafic qui circulent dans le réseau. Ceci permet de maximiser l'utilisation des ressources du réseau, tout en améliorant la performance de la transmission de l'information. En outre, AntSensNet est capable d'utiliser un mécanisme efficace d'ordonnancement de paquets et de multiples chemins afin d'obtenir la distorsion minimale au moment où une application fait la transmission de la vidéo dans le réseau. Dans le deuxième article nous continuons avec le sujet de la QdS dans le RCMSFs et, plus spécifiquement, nous abordons la problématique du contrôle d'admission pour ce type de réseau. Grâce au contrôle d'admission, il est possible de déterminer si un réseau est capable de supporter un nouveau flot de données. S'il n'y a pas de contrôle d'admission dans un RCMSF, le performance du réseau sera compromis car les ressources existantes dans le réseau ne seront pas assez pour tous les flots acceptés et cela entraînera beaucoup de problèmes comme la perte de paquets des flots. Nous proposons un nouveau schéma de contrôle d'admission de nouveaux flots multimédia pour un RCMSF. Le système proposé est en mesure de déterminer si un flot de données puisse être admis dans le réseau, compte tenu de l'état actuel des liaisons de communications et l'énergie des nœuds. La décision sur l'acceptation est prise de manière distribuée, sans utiliser une entité centrale. De plus, notre schéma se présente comme un plug-in, et est adaptable à d'éventuels protocoles de routage et MAC utilisés pour la transmission de données dans les RCMSF. Nos résultats de simulation montrent l'efficacité de notre approche pour répondre aux exigences de QdS des nouveaux flots de données. Finalement, notre troisième article traite du problème du déploiement optimal des capteurs multimédia dans un espace 3D. Tel que mentionné ci-dessus, la plupart des capteurs multimédia sont du type directionnel. De surcroît, ces capteurs sont plus coûteux et plus spécialisés que les capteurs scalaires. En conséquence, les déploiements aléatoires, qui sont typiques pour les capteurs scalaires, ne sont ni souhaitables ni adéquats pour les capteurs multimédia. A cet effet, nous proposons un modèle optimal de déploiement 3D de capteurs directionnels. Ce modèle vise à déterminer le nombre minimum de capteurs directionnels connectés, leur emplacement et leur configuration, qui sont nécessaires pour couvrir un ensemble de points de contrôle dans un espace 3D donné. La configuration de chaque capteur déployé est déterminée par trois paramètres : la plage de détection, le champ de vision (FoV) et l'orientation. Nous présentons une formulation « Integer Linear Programming » (ILP) pour trouver la solution exacte du problème et aussi, un algorithme glouton capable de trouver une solution approximative (mais efficace) du problème. Nous évaluons également différentes propriétés des solutions proposées par le biais de nombreuses simulations. Avec ces trois articles on a réussi à résoudre, d'une façon à la fois innovatrice et pratique, les problèmes de routage basé sur la QdS pour les RCMSF et le déploiement de capteurs directionnels, qui sont l'objectif principal de notre recherche.  ABSTRACT: A Wireless Sensor Network (WSN) consists of a set of embedded processing units, called sensors, communicating via wireless links, whose main function is the collection of parameters related to the surrounding environment, such as temperature, pressure or the presence/motion of objects. WSN are expected to have many applications in various fields, such as industrial processes, military surveillance, observation and monitoring of habitat, etc. The availability of inexpensive hardware such as CMOS cameras and microphones that are able to ubiquitously capture multimedia content from the environment has fostered the development of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs), i.e., networks of wirelessly interconnected devices that allow retrieving video and audio streams, still images, and scalar sensor data. In addition to the ability to retrieve multimedia data, WMSNs will be able to store, process in real time, correlate and fuse multimedia data originated from heterogeneous sources, and perform actions on the environment based on the content gathered. Many applications require the sensor network paradigm to be rethought in view of the need for mechanisms to deliver multimedia content with a certain level of quality of service (QoS). Due to high bandwidth, processing and stringent Qos requirements existing solutions are not feasible for WMSNs. Since the need to minimize the energy consumption has driven most of the research in sensor networks so far, there is a need to create mechanisms to efficiently deliver application-level QoS, and to map these requirements to network-layer metrics such as latency or delay.  Additionally, in WSNs, an omnidirectional sensing model is often assumed where each sensor can equally detect its environment in each direction. Instead, multimedia sensors, specially video sensor, are directional sensors. A directional sensor is characterized by its sensing region which can be viewed as a sector in a three-dimensional plane. Therefore, it can only choose one active sector (or direction) at any time instant. Unfortunately, the many methods developed for deploying traditional WSNs cannot directly be used for optimizing and configuring directional WMSNs due to the different parameters involved. Therefore, new optimization models which capture the primary parameters characterizing directional sensors are necessary. The issues aforementioned are crucial challenges for the development of WMSNs. In this thesis, we are interested in the following aspects: routing of heterogeneous data (scalar and multimedia) from the nodes of a WMSN to the sink in order to provide better QoS experience to users; and an optimized deployment of directional sensors of a WMSN in a three-dimensional surface with the objective to cover all the control points as defined in such a space. Our thesis runs through three scientific papers, each addressing a specific problem. In our first paper, we address the problem of data routing based on different QoS metrics in a WMSN. We propose a new protocol AntSensNet, based on the traditional ant-based algorithm. The AntSensNet protocol builds a hierarchical structure on the network before choosing suitable paths to meet various QoS requirements from different kinds of traffic, thus maximizing network utilization, while improving its performance. In addition, AntSensNet is able to use a efficient multipath video packet scheduling in order to get minimum video distortion transmission.  In the second paper, we address the problem of connection admission control for WMSNs. With admission control, it is possible to determine whether a network is capable of supporting a new data stream. Without admission control in a WMSN, the network performance will be compromised because the existing resources within the network cannot be enough for all the flows accepted and this will cause many problems such as packet loss and congestion. Taking multiple parameters into account, we propose a novel connection admission control scheme for the multimedia traffic circulating in the network. The proposed scheme is able to determine if a new flow can be admitted in the network considering the current link states and the energy of the nodes. The decision about accepting is taken in a distributed way, without trusting in a central entity to take this decision. In addition, our scheme works like a plug-in, being easily adaptable to any routing and MAC protocols. Our simulation results show the effectiveness of our approach to satisfy QoS requirements of flows and achieve fair bandwidth utilization and low jitter. Finally, in the third paper, we address the problem of optimal deployment of directional sensors in a 3D space. We have already mentioned that conventional methods to deploy omnidirectional sensors are not suitable to deploy directional sensors. To remedy this deficiency, we propose a mathematical model which aims at to determine the minimum number of connected directional multimedia sensor nodes and their configuration, needed to cover a set of control points in a given 3D space. The configuration of each deployed sensor is determined by three parameters: sensing range, field of view and orientation. We present the exact ILP formulation for the problem and an approximate (but computationally efficient) greedy algorithm solution. We also evaluate different properties of the proposed solutions through extensive simulations. Overall, the proposed solutions in this thesis are both innovative and practical. With these three papers, we have been successfully resolved the problems of a QoS-based routing protocol for WMSN and an optimal deployment of directional sensors in a 3D space, which are the components of the main objective of this thesis.


identifier: Noriega, H. N. (2011). Convection naturelle de nanofluides par la méthode de Boltzmann sur réseau.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une recherche en mécanique de fluide numérique. Le noyau de la recherche est l'implémentation d'un modèle de simulation de la convection de nanofluides, en utilisant la méthode de Boltzmann sur réseau. Les recherches récentes en mécanique de fluide numérique justifient le choix adopté dans le cadre de ce mémoire. En effet un nombre croissant de chercheurs et d'ingénieurs utilisent la méthode de Boltzmann sur réseau comme une nouvelle alternative de calcul numérique. La mise en évidence de nouvelles propriétés thermiques, grâce à l'ajout dans un fluide de base de particules en suspension à l'échelle nano, est à la base des problèmes de convection considérés dans cette thèse. D'une façon générale, la méthode de Boltzmann sur réseau présente une approche mésoscopique des fluides dans un domaine qui est discrétisé par un maillage cartésien. Une fonction de distribution de probabilité, définie localement sur une cellule, permet de calculer les variables macroscopiques i.e. la densité, la vitesse et la température. Issue de la théorie cinétique de gaz, la méthode de Boltzmann sur réseau s'appuie sur l'équation de transport de Boltzmann. Nous implémenterons le modèle BGK (Bhatnagar, Gross et Krook) qui permet de simplifier l'opérateur de collision de l'équation de transport de Boltzmann. La méthode BGK considère deux processus fondamentaux,  à savoir la collision et la propagation. Lors d'un changement d'état d'une particule du à l'interaction de cette dernière avec se voisines (collision), se succède une transmission d'un nouvel état des particules voisines (propagation). Pour l'implémentation du modèle thermique, nous utiliserons l`approximation de Boussinesq qui considère que la densité est l'unique paramètre qui dépend de la température. En ce qui concerne le modèle thermoconvectif, nous utiliserons la technique dite d'une deuxième fonction de distribution. Notre but premier est le développement d'un algorithme thermique de Bolztmann sur réseau pour simuler la convection de nanofluide . La mise en oeuvre d'une telle formulation se réduit à une discrétisation des fonctions de distributions dans l'espace et dans le temps. Les variables macroscopiques thermiques et mécaniques de l'écoulement sont déduites de ces fonctions de distributions. L'implémentation de la méthode de Boltzmann sur réseau thermique se fait en deux étapes : une étape mécanique et ensuite une autre thermique. Pour chacune de ces deux étapes l'algorithme se réduit à trois étapes : collision, propagation et correction de valeurs sur les frontières.  ABSTRACT: This memory presents a research work in the field of computational fluid dynamics. The core of the study is the lattice Boltzmann method applied to the prediction of natural convection problems involving nanofluids. These can be de defined by new thermal properties appearing when suspended nanoscale particles are added to a base fluid. Following the kinetic theory of gases, the lattice Boltzmann method can be seen as a particular discretization of Boltzmann's transport equation. Usually, the method is applied into a domain that is discretized by a regular Cartesian grid in which a probability distribution function is calculated. This leads to the computation of the macroscopic variables, i.e., the density, the speed and the temperature. A key element in the lattice Boltzmann method is the modeling of the collision term appearing in the right-hand-side of Boltzmann's transport equation. In this study we have followed the BGK (Bhatnagar, Gross and Krook) model. For the implementation of the thermal model, we used Boussinesq's approximation, which considers that the density is the only parameter that depends on the temperature. For the thermoconvective model, we will use the method known as double distribution function. For simulations of the flow of nanofluids, we chose the models of Maxwell-Garnett and the model of Koo-Kleinstreuer, which take into account the Brownian motion of nanoparticles. The dynamic viscosity is calculated by the model of Brinkman. We have implemented a model for nanofluids based on the assumption that the nanoparticles are well mixed in the fluid and no interaction (forces) is involved between the nanoparticles and the fluid. The computer program that we have developed provided satisfactory results in the simulation of the thermal classic cases: the flow in a square cavity heated isothermally on the sides and, a cavity with a heat source inside the field. Subsequently, we made simulations for a shallow cavity heated from below and for a vertical enclosure heated laterally. Our central study focused on a square cavity heated on the lower wall. A comparison of mechanical and thermal characteristics has been made for pure water and for two models of convection with nanofluids. We have shown the possibility of obtaining two types of flows: the unicellular and the other two-cell, with the final result depending on the initial conditions chosen to begin the numerical calculation.


identifier: Akrout, K. (2011). Parcours continus isotropes et surfaces isotropes de manipulateurs sériels  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse traite des manipulateurs sériels en tant que chaînes cinématiques ouvertes simples. Plus précisément ce sont les parcours continus sur lesquels de tels manipulateurs gardent constamment une configuration isotrope qui sont l'objet de l'étude. La capacité d'un manipulateur à orienter et à déplacer son effecteur est un point déterminant pour la réalisation de tâches. Plus cette capacité est grande, meilleure sera la possibilité de réalisation des travaux par le manipulateur. La capacité maximale est atteinte à des configurations dites isotropes. Jusqu'à récemment, les seules configurations isotropes atteignables par les manipulateurs étaient des configurations isolées, ou des configurations que nous qualifions de triviales, c'est-à-dire des configurations issues de la rotation de la première articulation. L'apport nouveau de ce travail de recherche est de prouver l'existence de parcours isotropes non triviaux. Ainsi, plusieurs manipulateurs peuvent effectuer des tâches sur des parcours non ponctuels ou non circulaires avec une dextérité accrue loin des singularités. Des manipulateurs sériels ayant non seulement des parcours isotropes continus ont été déterminés, mais aussi des manipulateurs ayant des surfaces isotropes. Ces surfaces isotropes sont déterminées pour des manipulateurs sphériques et non sphériques. L'isotropie d'orientation et l'isotropie de position sont étudiées séparément, puis simultanément. Les différentes définitions de la dextérité des manipulateurs proposées depuis plus de deux décennies trouvent aussi par ce travail l'occasion d'un nouvel éclairage à travers le concept des articulations virtuelles introduites dans les chapitres 4 et 5. Le chapitre 2, qui fait suite à l'introduction et à la revue de littérature, traite du conditionnement et de l'isotropie. La plupart des résultats et exemples qui y sont exposés sont puisés dans la littérature et visent à montrer l'importance de ces notions qui sont utilisées comme fondement de ce travail de recherche.  ABSTRACT: This thesis deals with serial manipulators as simple opened kinematics chains.These are more precisely the continuous paths, upon which such manipulators always keep an isotropic configuration,that are the subject of the study. The capacity of a manipulator to direct and move its effector is a decisive point in carrying out tasks. Bigger is this capacity better will be the possibility for the manipulator to carry out tasks. The maximal capacity is reached for isotropic configurations. Until recently, the only reachable isotropic configurations by manipulators were isolated configurations, or configurations that we call trivial which means they result from the rotation of the first joint. The contribution of this thesis is to prove the existence of non trivial isotropic paths. Thus, many manipulators can perform tasks on non punctual or non circular paths with an improved dexterity far from singularities. Not only serials manipulators with contiunous isotropic paths have been found, but also manipulators with isotropic surfaces. These isotropic surfaces are determined for spherical and non spherical manipulators. The isotropy of orientation and isotropy of position are studied separately, then simultaneously. Through the concept of virtual joints introduced in chapter 4 and 5, this work is also the opportunity to bring a new clarification on the various definitions of manipulators dexterity that have been proposed for more than two decades. The chapter 2 which ensue from the introduction and related works deals with the conditioning and the isotropy. Most of the expounded results and examples are draged from related papers and aim at showing the importance of these notions which are used as a basis of this research. The chapter 3 proves an important result: the non existence of non trivial continuous isotropic paths for spherical manipulators with less than 6 joints.


identifier: Dubeau, S. (2011). Étude de la réponse hémodynamique dans un modèle réussi de vieillissement chez le rat par imagerie optique intrinsèque  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'enjeu de cette these de doctorat est de mesurer les changements de parametres neurovasculaires et les modications de la reponse hemodynamique au cours du vieillissement chez le rat. La reponse hemodynamique est le processus par lequel, suite a une augmentation de l'activite neuronale, il se produit une augmentation locale du debit sanguin pour suivre les changements de l'activite metabolique venant de l'activite neuronale. La mesure de la reponse hemodynamique est a la base de l'imagerie fonctionnelle et permet de suivre de facon indirecte les changements d'activite neuronale a travers le couplage neurovasculaire. Toutefois, de nombreuses proprietes physiologiques du cerveau (debit, volume sanguin, compliance des vaisseaux, densite vasculaire, etc.) peuvent ^etre modiees au cours du vieillissement et aecter le couplage neurovasculaire. Cette these vise donc a mieux comprendre les changements de couplage neurovasculaire au cours du vieillissement et leur eet sur les mesures obtenues en imagerie fonctionnelle. Dans le cadre de cette these, les changements de reponse hemodynamique ont ete mesur es a l'aide d'un systeme d'imagerie optique intrinseque(IOI) developpe au laboratoire. Cette technique recente d'imagerie cerebrale se base sur les proprietes d'absorption de la lumiere visible dans le cortex. La technique a une tres bonne resolution spatiale et une faible profondeur de penetration ce qui en fait une technique tres bien adaptee a l'etude chez le rat. En IOI, la lumiere visible illumine le cortex et voyage dans la couche supercielle du cerveau avant d'^etre re echie a la surface du cortex et mesuree a l'aide d'une camera CCD. Lors de sa propagation a travers le cortex, une partie de la lumiere est absorbee par les deux principaux chromophores presents (l'hemoglobine et la deoxyhemoglobine). Ainsi, les changements de concentration d'un chromophore peuvent ^etre determines a travers des changements d'intensit e lumineuse. Ce qui permet ensuite d'etudier les concentrations de sang oxygene et desoxygene. En plus des mesures d'IOI, le systeme mesure simultanement les changements de debit sanguin a travers une mesure par granularite laser. La premiere partie des resultats mesure les changements de la reponse hemodynamique au cours du vieillissement. Les principales observations consistent en une diminution de l'amplitude de la reponse hemodynamique et une augmentation du temps d'activation de la reponse hemodynamique en fonction de l'^age. On observa aussi des changements spatiaux de la reponse hemodynamique. Ainsi, l'amplitude de la reponse hemodynamique diminue plus lentement en fonction  ABSTRACT: The aim of this thesis is to measure changes in neurovascular parameters and in hemodynamic response in aging rats. The hemodynamic response is the process by which, following an increase of neuronal activity, the blood  ow increase locally to follow the changes in metabolic activity from neural activity. Measuring the hemodynamic response is the key process of functional imaging and allows to monitor indirectly changes of neuronal activity through the neurovascular coupling. However, many physiological properties in the brain ( ow, blood volume, vessel compliance, vascular density, etc.) may be modied during aging and aect neurovascular coupling. The thesis aims to better understand the changes in neurovascular coupling during aging and their eect measurements obtained in functional imaging. In this work, changes in hemodynamic response were measured using an intrinsic optical imaging system (IOI) developed in the laboratory. This recent imaging technique is based on the absorption properties of the visible light in the cortex. The technique has a very good spatial resolution and low depth of penetration which makes it well suited to study brain activity in rats. In IOI, visible light illuminates the cortex and travels in the surface layer of the brain before being re ected at the surface of the cortex and measured using a CCD camera. In the journey through the cortex, a part of the light is absorbed by the two main chromophores present (hemoglobin and deoxyhemoglobin). Thus, changes in chromophore concentration can be determined through changes in light intensity. This allows to study the concentrations of oxygenated blood and deoxygenated. In addition to measures of IOI, the system simultaneously measures changes in blood  ow through a laser speckle measurement technique. The rst part of the results then shows the changes in the hemodynamic response during aging. The main observations is that during aging we observe a decrease in the amplitude of the hemodynamic response and an increase in the activation time of the hemodynamic response. Age also produce changes of the hemodynamic response. Thus, the amplitude of the hemodynamic response decreases more slowly as a function of aging on the side ipsilateral to stimulation from the contralateral side. The second part of the work studies neurovascular coupling using three dierent biophysical models. The three biophysical models can reproduce the dierent types of hemodynamic response found in our rats population. A comparison of models by log evidence did not foound signicative dierence between the performance of the three models. However, the model-Boas Huppert that we developed has an advantage of nding neurovascular resting


identifier: Brault, D. (2011). Influence de l'endommagement de la roche sur l'interprétation des mesures de containtes in situ à l'aide de la cellule triaxiale du CSIR  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'état de contraintes d'un massif rocheux est un paramètre important dans la conception des excavations souterraines. Lorsqu'il est nécessaire de connaître avec une certaine précision l'état de contraintes, des mesures in situ doivent être effectuées. Plusieurs techniques sont disponibles et chacune d'entre elles comporte son lot d'avantages et d'inconvénients. Parmi les techniques les plus utilisées au Canada, nous retrouvons celles faisant appel aux cellules dites triaxiales qui permettent à partir d'une seule mesure, la détermination du tenseur de contrainte 3D en un point. Les cellules triaxiales de Leeman (aussi connues sous le nom de cellule triaxiale du CSIR), les inclusions creuses du CSIRO-HI (cellule australienne) ou la cellule du Swedish State Power Board (SSPB) font partie de la catégorie d'instruments dont il est question dans ce mémoire et ont en commun la mesure de déformations récupérées à la paroi d'un trou pilote lorsque les contraintes autour de celui-ci sont relâchées par surcarottage. Pour fins de concision, il ne sera fait mention que de la cellule triaxiale du CSIR dans ce document. L'objectif de la présente recherche est d'évaluer l'influence de l'endommagement de la roche sur l'interprétation des mesures de contraintes à l'aide de la cellule triaxiale du CSIR. Le modèle d'interprétation qui permet de relier les déformations lues à la paroi du trou de forage aux contraintes in situ préalables est basé sur certaines hypothèses, dont celle que le massif se comporte de façon linéaire élastique. Il a été observé dans le passé que dans le cas où les contraintes en jeu sont très élevées par rapport à la résistance de la roche, le relâchement de ces dernières peut causer un endommagement à la roche (apparition de microfissures, séparation physique de la carotte en disques). Cet endommagement vient donc rendre caduque l'hypothèse de comportement linéaire élastique.  ABSTRACT: The state of stress of roc masses is a very important parameter in the design of underground excavations. When the stress state must be known with a good certainty, measurements have to be performed in situ. Various techniques are available for that purpose and each has its advantages and disadvantages. In Canada, one of the most commonly used techniques is the triaxial strain cell. With this cell, the 3D stress tensor can be calculated from a single measurement. The Leeman triaxial cell (also known as the CSIR triaxial cell), the CSIRO-HI Cell (Australian cell) and the Swedish State Power Board cell (SSPB) have in common their ability to measure strain changes on the wall of a pilot borehole caused by locally relieving the stresses by overcoring. For the sake of simplicity, only the CSIR triaxial cell will be mentioned in this study although the conclusions drawn may be applied to the other types of triaxial cells mentioned. The objective of this study is to evaluate the influence of rock damage on the interpretation of a stress measurement using the CSIR triaxial cells. The interpretation model linking the strains measured at the borehole wall to the in-situ state of stress is based on various hypotheses. One of these is that the rock behaves as has a linearly elastic body. It has been observed in the past that when the in situ stress state is high compared to the rock strength, the stress relief can induce damage to the rock (micro-crack, core disking). This damage affects the validity of the linear elastic behaviour assumption. To evaluate the influence of the rock damage on the recovered strains and the calculated stresses, a numerical model using the finite difference software FLAC3D was used. The model simulates the complete stress measurement process using the triaxial CSIR cell. The analyses are run for different boundary stresses and for elastic and elasto-plastic materials for comparison purposes. The elasto-plastic model uses a strain softening constitutive law that allows the strength parameters of the rock to evolve with plastic strain accumulation.


identifier: Bentoumi, G. (2011). Simulation et caractérisation d'un détecteur à neutrons à base d'un scintillateur liquide linear alkyl benzene (LAB) chargé en bore  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un scintillateur liquide à base du solvant linéaire alkyl benzène (LAB) et chargé en bore a été conçu pour l'utilisation dans un détecteur de neutrons dans un environnement de rayons gamma. Le détecteur est rendu robuste grâce à une fibre optique qui transporte la lumière du module scintillateur à un photomultiplicateur situé à distance. Nous décrivons ici un modèle de simulation GEANT4 pour l'optimisation de la conception du détecteur. Ce modèle comprend la physique de l'interaction des neutrons avec du bore-10, la scintillation lumineuse et le transport de lumière dans la fibre optique. Toutes les composantes du détecteur sont simulées dont le scintillateur et la fibre optique. Les résultats montrent que pour un faisceau unidirectionnel de neutrons thermiques, un petit détecteur de neutrons avec une efficacité de détection de 70% peut être atteint par le chargement du scintillateur avec 4.5% de bore-10 et en utilisant une fibre optique de 2 mètres. Le travail expérimental a permis en premier lieu de valider les calculs GEANT4 et de confirmer le principe de l'utilisation de LAB comme solvant d'un scintillateur liquide pour la détection du rayonnement nucléaire. Les mesures avec un faisceau de neutron ont permis d'observer, pour la première fois, dans le spectre énergétique un pic autour de 60 keV dû aux neutrons. Nous avons également trouvé que le scintillateur à base de LAB a une figure de mérite de 1.14 pour la discrimination entre les particules alpha et beta. Les mesures avec une fibre optique, quand à eux, ont montré la validité du concept suggéré dans ce travail même si la résolution énergétique se perd dans une telle configuration. Tous ces résultats expérimentaux montrent la possibilité de fabriquer un petit détecteur de neutrons à base du scintillateur liquide LAB qui est fonctionnel dans un fort champ de rayons gamma.  ABSTRACT: A Boron-Loaded linear alkyl benzene (LAB) liquid scintillator (LS) neutron detector has been designed to detect neutrons in a high gamma field environment. The detector is made robust by piping the light from a remotely located LS module to the photomultiplier using an optical fibre. Here we describe a GEANT4 based simulation model to optimize the design of the LS detector. This model includes the physics of neutron interaction with Boron-10, light scintillation by the LAB and light transport in the optical fiber. All the detector components including the scintillator and the light guide are simulated. The results show that for unidirectional beam of thermal neutrons, a small detector with 70 % neutron detection efficiency can be achieved by loading the LAB with 4.5% Boron-10 and by using a 2 meter optical fibre. The simulated output results are compared to actual measurement. The experimental work validates the GEANT4 calculations and confirms the principle of the use of LAB as a solvent of a liquid scintillator to detect nuclear radiation. In the measurements with a neutron beam, we have observed, for the first time, a peak around 60 keV due to neutrons. We also found that the scintillator-based LAB has a figure of merit of 1.14 for the discrimination between alpha and beta particles. Measurements with an optical fiber showed the validity of the concept suggested in this work even if the energy resolution is lost in such configuration. All these results show the possibility of manufacturing with the liquid scintillator-based LAB, a small neutron detector functional in a strong field of gamma rays.


identifier: Mhada, F. Z. (2011). Gestion conjointe de production et qualité appliquée aux lignes de production non fiables  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche s'intéresse aux lignes de production non fiables formées de plusieurs machines satisfaisant une demande fixe de produits finis de type unique et comprenant des stocks d'encours à capacité fixe. Deux types de machines sont considérés ici: un type de  machine dont une partie de la production est non conforme aux normes de la qualité et un autre type de machine dont la production est 100 % conforme.  La thèse est organisée selon trois contributions principales.  L'objectif visé dans la première partie est de développer des modèles d'analyse de performance et des techniques d'optimisation efficaces pour le réglage des paramètres de conception suivant une approche de contrôle de type CONWIP (Constant Work-In-Process).  Notre recherche s'inscrit dans le courant des approches de décomposition des ateliers de fabrication.  L'analyse de la performance de ces systèmes aléatoires discrets/continus repose essentiellement sur les équations de Kolmogorov et le principe de la  demande moyenne. De plus, nous introduisons des blocs de construction formés de paires de stock local-machine globale. La machine globale commune à toutes ces paires permet alors d'introduire une mesure de corrélation importante entre tous les blocs de construction quelle que soit la distance des stocks qui entrent dans leur composition. Ceci permet de créer des liens entre blocs de construction de la décomposition qui se situent au-delà de leurs voisinages respectifs, comme c'est le cas dans d'autres méthodes de décomposition. Cet aspect de corrélation des machines est caractéristique de la stratégie de production CONWIP. De plus, dans notre modélisation globale, la dynamique totale du stock dans la boucle CONWIP est considérée comme étant essentiellement affectée par les statistiques de fiabilité de la machine  M1, et la probabilité de disponibilité des pièces dans le stock (n-1), reflétant ainsi l'opinion que le CONWIP est une forme de Kanban imposée à une collection de machines.  ABSTRACT: This research is concerned with unreliable production lines. Two types of machines are considered here: a machine for which part of the production is part substandard in quality and a machine whose production is 100% in conformity.  The thesis is organized according to three principal contributions. In the first part of our research and for a given choice of the maximum allowable total storage parameter, the performance of constant work-in-process (CONWIP) disciplines in unreliable transfer lines subjected to a constant rate of demand for parts is characterized via a tractable approximate mathematical model. For a (n-1) machines CONWIP loop, the model consists of n multi-state machine single buffer building blocks, separately solvable once a total of (n-1)2 unknown constants shared by the building blocks are initialized. The multi-state machine is common to all building blocks, and its n discrete states approximate the joint operating state of the machines within the CONWIP loop; each of the first (n-1) blocks maps into a single internal buffer dynamics, while the nth building block characterizes total work-in-process (wip) dynamics. The blocks correspond to linear n component state equations with boundary conditions. The unknown (shared) constants in the block dynamics are initialized and calculated by means of successive iterations. The performance estimates of interest, mean total wip, and probability of parts availability at the end buffer in the loop are obtained from the model and validated against the results of Monte-Carlo simulations. In the second part of our research, we address the optimal production control problems for an unreliable manufacturing system that produces items that can be regarded as conforming or non conforming. A new stochastic hybrid state Markovian model with three discrete states, also called modes is introduced. The first two, operational sound and operational defective are not directly observable, while the third mode, failure, is observable. Production of defective parts is respectively initiated and stopped at the random entrance times to and departure times from the defective operational mode. The intricate piecewise-deterministic dynamics of the model are studied, and the associated Kolmogorov equations are developed under the suboptimal class of hedging policies.


identifier: d'Allivy Kelly, O. (2011). Modélisation de l'influence de la géométrie sur des capteurs plasmoniques à détection de phase  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'interface entre un métal et un milieu diélectrique peut supporter des ondes guidées appelées « plasmons de surfaces » liées aux oscillations des électrons à la surface du milieu métallique. Différents types de coupleurs plasmoniques permettent l'excitation de ces ondes de surfaces. Parmi les dispositifs les plus employés, on distingue les coupleurs plans reposant sur le phénomène de réflexion totale atténuée et les nanostructures périodiques qui exploitent la diffraction évanescente de la lumière. L'excitation des plasmons de surface est principalement exploitée au sein de capteurs d'indice de réfraction de haute précision. Un faisceau laser a alors la possibilité de se coupler au système (on parle alors de résonance), la détection se fait donc à partir du faisceau émergeant du système. Le suivi d'indice peut se faire en étudiant la variation de l'intensité ou du déphasage liée au coupleur en fonction d'un paramètre ajustable (longueur d'onde, angle de couplage). Les capteurs à détection d'intensité sont aujourd'hui bien connus et représentent la grande majorité des dispositifs de détection existants. Moins étudiée, la détection de phase représente pourtant une voie intéressante d'amélioration des performances de détection selon la géométrie du coupleur employé. Ce mémoire a pour principal objectif de mieux comprendre le lien entre la géométrie des coupleurs plasmoniques et la réponse de phase qui leur est associée afin de proposer des voies d'amélioration pour ce type de détection. Pour ce faire, les deux principales méthodes employées en détection plasmonique, à savoir le couplage par prisme et le couplage par réseau de diffraction, sont modélisées dans ce travail. Dans le cadre d'un couplage par prisme, le formalisme de Fresnel permet de modéliser la réponse de phase du système. Nous avons étudié une configuration dite de Kretschmann-Raether impliquant le dépôt sur le prisme d'une couche mince métallique. Pour une épaisseur particulière de cette couche, le couplage plasmonique conduit à une annulation de l'intensité réfléchie par le système. Dans un premier temps, on montre l'importance de cette épaisseur dans l'étude de la réponse de phase du même système. Une caractérisation des performances de détection est par la suite proposée. Elle permet de mesurer le gain en sensibilité et les inconvénients en termes de résolution et de plage de détection qu'il peut y avoir à travailler à cette épaisseur dite  ABSTRACT: "Surface plasmons" are electromagnetic waves originating from surface electrons oscillation which can exist at the metal/dielectric interface. These guided waves can be excited by using various types of plasmonic couplers which are usually based on attenuated total reflection phenomenon or diffraction grating (which uses diffraction of evanescent waves). These surface waves can be excited by resonant coupling with an incident light beam. This phenomenon is very sensitive to the surrounding refractive index and can be used in order to build sensors with high performances. Usually, the monitoring of the sensing events is made possible through the analysis of the beam emerging from this plasmonic coupler. The study of either the intensity or the phase variation of this beam allows to follow the refractive index change versus a tunable parameter (wavelength, coupling angle). While nowadays sensors based on intensity detection are commonly used, sensors using phase variation are slowly emerging. However, phase detection is still less known and studied but could lead to performances improvement for some particular couplers. The main purpose of this master's thesis is to suggest better ways to detect the phase. In order to do so, we have modelized the phase signal obtained from two methods mainly used to detect plasmons: prism coupling and grating coupling. Phase signal with a sensor based on prism coupler can be modeled using the Fresnel formalism. We have used a Kretschmann-Raether configuration which implies a thin metal layer on the prism. For a specific thickness this configuration can lead to null reflectivity during the plasmonic coupling. In this study, we show the importance of such a thickness in phase detection. Then, we analyse the relationship between detection performances and the geometry of the system in order to highlight the advantages (sensitivity) and the drawbacks (resolution and dynamic range) of this "optimal" thickness. We are then able to demonstrate a specific property of phase response which is independent from the metal thickness in certain conditions. This leads us to suggest a new design for the sensor that benefits from this phenomemon and improves the resolution in an angular plasmonic coupling detection. As for the study of phase detection in grating coupler, a numerical method based on coupled waves analysis has been developed and tested. Using this method we have simulated the phase


identifier: Bouzaglou, V. (2011). Optimisation stochastique d'un mélange de cru de ciment  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une des étapes critiques du procédé de fabrication du ciment est la production du mélange de cru. Un cru homogène permettra la production d'un ciment de qualité en plus de stabiliser le procédé de cuisson et de réduire la consommation d'énergie au four. Le mélange du cru de ciment est le résultat d'un mélange de diérents matériaux (argile, calcaire, fer, matériaux auxiliaires). Le présent mémoire s'intéresse à améliorer l'homogénéité du mélange de cru en contrôlant les proportions des divers matériaux arrivant au mélange. Le système de contrôle développé dans ce mémoire consiste à estimer la composition des matériaux arrivant au mélange et du mélange à partir d'outils géostatistiques tels que le cokrigeage simple et le cokrigeage ordinaire. Les matrices de covariance nécessaires pour l'utilisation de telles méthodes sont obtenues à partir des corrélations et corrélations-croisées observées dans les matériaux arrivant au cru ainsi que les proportions passées des matériaux produisant le cru. Diérents paramètres ont été ajoutés à l'algorithme de contrôle tel que les facteurs de gain et de contrôle des varations des proportions. Ces paramètres ont été optimisés an d'obtenir un mélange le plus homogène possible. L'utilisation de moyennes mobiles dans le système de contrôle a aussi été étudiée. Les algorithmes de contrôle développés à partir de l'estimation par cokrigeage simple ou ordinaire ont été comparés à une variante de l'algorithme de contrôle utilisée dans les usines de ciment Lafarge (cet algorithme utilise la dernière donnée connue de la composition du mélange pour estimer sa prochaine composition) dans diérentes situations simulées par simulations multivariées. La première situation à l'étude est une variation brusque dans la moyenne de la composition d'un des matériaux. L'algorithme de contrôle a ensuite été appliqué sur des simulations avec des eets de pépite et portées diérents. Finalement, la réaction de l'algorithme de contrôle lorsque la portée ou l'eet de pépite du modèle diérait de la portée et l'eet de pépite des matériaux simulés a été étudiée. Les diérents cas étudiés ont permis d'établir qu'avec les bons paramètres, QMC permettait de produire un mélange de cru de ciment plus homogène. Par contre, l'algorithme de contrôle avec estimation de la composition du mélange et des matériaux par cokrigeage présentait certains avantages dont une diminution des variations des proportions des matériaux.  ABSTRACT: One of the critical steps of the cement process is the production of the raw mix. A homogeneous raw mix will allow the production of a quality cement. It will also have a stabilizing eect on the clinkerisation process and reduce the energy consumption. The cement raw mix is the result of a mixing process of dierent materials. Some of these materials are found in the quarry adjacent to the cement plant (limestone, clay) while others (iron, for example)are brought to the plant. The present thesis is interested in making the raw mix more homogeneous by controlling the proportions of the dierent materials composing the mix. The control system developed in this thesis consists in estimating the materials and the mix using geostatistical estimation methods such as simple and ordinary cokriging. The covariance matrices used in such estimation methods are derived from the correlations and cross-correlations observed in the materials producing the raw mix, as well as the past proportions used to produce the mix. Dierent parameters were added in the control algorithm,such as gain and proportion variation control factors. These parameters were optimized so as to get the most homogeneous mix. The use of mobile means in the control system was also studied. The control algorithms developed using simple and ordinary cokriging were compared to a variant of the control algorithm used in Lafarge cement plants (a control algorithm using the last known composition of the mix to estimate its next composition, known as QMC)in various situations simulated using multivariate simulations. In the rst situation, a rapid change of the mean on one of the materials was simulated. The control algorithm was then applied to simulations with dierent nugget eects and range. Finally, the reaction of the control algorithm was studied when the nugget eect and the range of the model given to the algorithm diered from the nugget eect and range of the simulated materials. The various case studies helped determine that, with the right parameters, QMC allowed to produce the most homogeneous raw mix. However, the control algorithm with an estimation by cokriging presented advantages such as less variations in the material proportions.


identifier: Felfoul, O. (2011). MRI-Based Tumour Targeting Enhancement with Magnetotactic Bacterial Carriers  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cancer constitue la première cause de mortalité au Québec, avec 20,000 décès estimés par année. Parmi tous les patients atteints du cancer, une grande proportion pourrait profiter de l'avancement technologique en ce qui concerne le transport de médicaments. En effet, l'un des meilleurs moyens d'augmenter l'efficacité d'un médicament contre le cancer, tout en réduisant sa toxicité sur les cellules saines, est de le diriger vers la tumeur et de le maintenir à cet endroit jusqu'à ce qu'un effet thérapeutique se produise. Le transport ciblé de médicaments vers la tumeur peut considérablement améliorer l'efficacité thérapeutique, surtout si le transporteur est capable d'atteindre les zones nécrotiques et se répartir uniformément dans la zone à traiter. Les bactéries, de par leur motilité, sont d'excellents candidats pour une telle application, surtout qu'elles peuvent aussi être facilement fonctionnalisées. Ainsi, la recherche sur le traitement du cancer utilisant des bactéries s'est imposée comme une approche prometteuse surtout qu'elle pallie à une limitation majeure de la chimiothérapie et de la radiothérapie en permettant le traitement des zones anaérobies. Alors que des laboratoires à travers le monde tentent de fabriquer des systèmes miniatures en se basant sur le modèle bactérien, nous avons opté pour l'utilisation des bactéries qui existent dans la nature. Notre stratégie a été de trouver un système biologique ayant les caractéristiques essentielles (e.x. diamètre total de moins de deux micromètres, force de poussée de plus de 4 pN, etc.) et de concentrer nos efforts à identifier une interface et une méthode permettant son contrôle pour des fins de ciblages thérapeutiques dans les lésions tumorales. Nous avons identifié les bactéries magnétotactiques de type MC-1 comme le meilleur transporteur potentiel de médicaments pour le ciblage du cancer. Les MC-1 sont à la fois dirigeables par champs magnétiques et anaérobies, ce qui leur donne un grand avantage par rapport aux bactéries traditionnellement utilisées pour le ciblage du cancer. Le ciblage du cancer avec des bactéries exploite le plus souvent l'affinité des bactéries anaérobies à la région nécrotique faible en oxygène de la tumeur. Certes, ce ciblage manque de spécificité et un des problèmes le plus reconnu est la nécessité d'injecter une forte dose de bactéries pour assurer une croissance de celles-ci à l'intérieur de la tumeur. Ceci n'est pas le cas avec les MC-1 car elles sont à la fois anaérobies et magnétotactiques grâce à une chaîne de nanoparticules d'environ 70 nanomètres de diamètre, formant une sorte de « nano-boussole » magnétique à  ABSTRACT: Magnetotactic Bacteria (MTB) are being explored as potential drug transporters to solid tumours. The MTB's active motility combined with magnetotaxism (their ability to swim following the direction of a magnetic field) offer new and potentially more accurate solutions in delivering drugs to tumours. In fact, the flagella bundles of the MC-1 bacteria (with an overall ideal cell diameter of approximately 50% the diameter of the tiniest human blood vessels) provide 4.0 to 4.7pN of thrust force for propulsion (roughly 10 times the value of many other well-known flagellated bacteria). Since there are no existing methods or technologies capable of inducing an equivalent force on a carrier of appropriate size for traveling inside a tumour's microvasculature, live microorganisms are considered as a viable option. Many of the parameters in a tumour microenvironment, such as malformed angiogenesis capillaries, heterogeneous blood flow, and high interstitial pressure, hinder the delivery of blood-borne drugs to the affected area. Active motility might prove to be helpful in bypassing these limitations and may facilitate the uniform distribution of the drug in the targeted area. An MTB navigation technique that allows targeting without prior knowledge of the exact architecture of the vessels network has been developed. This navigation technique exploits both the ability of the MTB to swim following an imposed magnetic field and their random, continuous motion at low magnetic fields. Firstly, a focused magnetic field on the target sets the overall direction of the bacteria. Then, as the bacteria approach the targeted zone, the intensity of the magnetic field is decreased, which allows better bacteria repartition by exploiting their free motion. An additional approach that enhances MTB targeting relies on modulating the magnetic field direction in time, while keeping the magnetic field lines pointed toward the target. Navigation experiments in complex micro-channel networks highlight this process, where the successful targeting of bacteria is demonstrated when an appropriate magnetic field algorithm is applied, especially when it takes into account the nature of the channel network. Tridimensional control and navigation of MTB is also possible with the same technique through proper powering of the magnetic coils. In fact, by controlling their magnetic environment, it is possible to form a swarm of MTB, control its size and position within a given volume using a computer program.


identifier: Khamsehashari, E. (2011). Pixel and Readout Circuit of a Wide Dynamic Range Linear-Logarithmic Current-Mode Image Sensor  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le capteur d'images est la partie principale de tout système d'acquisition d'images, quelle que soit son application. Jusqu'à la fin des années 1990, les capteurs de type CCD ont dominé le marché en raison de leur qualité d'image exceptionnelle. À l'opposé des capteurs CCD, les capteurs CMOS offrent des possibilités intéressantes d'intégrer les circuits de traitement de signal sur un même substrat en vue d'obtenir une caméra sur puce. Entant que ces capteurs opèrent avec des tensions d'alimentations plus faibles que celles requise par les capteurs CCD, elles possèdent une faible consommation de puissance. De plus, les coûts associés à la fabrication des capteurs CMOS sont plus faibles que ceux engendrés par les capteurs CCD. Ces caractéristiques font en sorte que les capteurs d'images CMOS se prêtent à un plus grand nombre d'application que leurs équivalents CCD. Dans ce projet, l'objectif principal est de concevoir un capteur d'images ayant une plage dynamique élevée. Il possède l'avantage de deux modes d'opération,  linéaire et logarithmique, ainsi qu'une lecture en mode courant afin d'augmenter sa plage dynamique. Les tensions d'alimentation des technologies CMOS diminue de plus en plus, et de ce fait la plage dynamique du pixel. En fonctionnant en mode courant, on arrive à atténuer cet effet. Le projet consiste à concevoir des circuits : convoyeur de courant, ‘delta-reset-sampling' et un comparateur de courant qui sont efficaces pour les modes d'opération linéaire et logarithmique du pixel et permettent de détecter dans quels des deux modes se situe le pixel de façon à réaliser, à l'étage subséquent, une conversion analogique-numérique adéquate. Le pixel à trois transistors fonctionnant en mode courant utilise un transistor PMOS dans la région linéaire  pour la lecture et un transistor PMOS de reset qui permet une réponse linéaire-logarithmique combinée. L'une des contributions à la non-linéarité de la réponse provient de l'effet provoqué par la résistance ‘on'  du transistor ‘select'. Pour éliminer cet effet, nous appliquons une fonction de linéarisation qui est effectuée dans le domaine numérique. Le mode d'opération du pixel est déterminé dans le circuit de lecture de colonne et un signal est envoyé à l'unité de traitement numérique comme indicateur de mode. Un prototype  a été conçu et fabriqué  en CMOS 0.35µm standard, 3.3V. Les résultats expérimentaux sont concluants et montrent une plage dynamique intrascènede 100 dB.  ABSTRACT: Digital cameras are rapidly becoming a dominant image capture devices. They are enabling many new applications. Charge-coupled devices (CCDs) have been the basis for solid state imaging since the 1970s. However, during the last decade, interest in CMOS imagers has increased significantly since they are capable of offering System-on-Chip (SoC) functionality. This can greatly reduce camera cost, power consumption, and size. Furthermore, by integrating innovative circuits on the same chip, the performance of CMOS image sensors could be extended beyond the capabilities of CCDs. Dynamic range is an important performance criterion for all image sensors. This thesis presents a current-mode CMOS image sensor operating in linear-logarithmic response. The objective of this design is to improve the dynamic range of the image sensor, and to provide a method for mode detection of the image sensor response. One of the motivations of using current-mode has been the shrinking feature size of CMOS devices. This leads to the reduction of supply voltage which causes the degradation of circuit performance in term of dynamic range. Such problem can be alleviated by operating in current-mode. The column readout circuits are designed in current-mode in order to be compatible with the image sensor. The readout circuit is composed of a first-generation current conveyor, an improved current memory is employed as a delta reset sampling unit, a differential amplifier as an integrator and a dynamic comparator. The current-mode three-transistor active pixel sensor uses a PMOS readout transistor in the linear region of operation and a PMOS reset transistor that allows for a linear-logarithmic response. One of the non-linearity contributions is the effect caused by the ‘on' resistance of the select transistor. To eliminate this effect, we apply a linearization function that can be performed in the digital domain. The pixel response operation is determined in the column readout circuit and a signal is sent to the digital processing unit as an indicator. These circuits were implemented using a standard CMOS technology with no process modification. A prototype has been designed and fabricated in a standard AMS 2P4M, 3.3V, CMOS 0.35μm process from Austrian Microsystem.


identifier: Jallon, R. (2011). Développement et utilisation d'un outil de calcul des coûts indirects des accidents de travail basé sur une cartographie des processus  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les maladies et accidents professionnels infligent un fardeau économique considérable aux systèmes de santé nationaux, aux travailleurs blessés et aux entreprises. Afin de favoriser la prise en charge des situations de travail à risque par les entreprises et de les convaincre d'investir en prévention, les problématiques de santé et sécurité au travail (SST), et notamment l'impact des blessures sur la productivité des milieux de travail, doivent être exprimées dans un langage monétaire. En réponse à ce besoin, de nombreux travaux portant sur l'évaluation du coût des accidents de travail ont été réalisés mais les intervenants en SST utilisent peu cette information. Cette lacune est probablement liée au fait que les chercheurs n'ont pas encore réussi à mettre en place un outil de calcul des coûts des accidents qui réponde aux contraintes de temps et de précision des preneurs de décisions œuvrant au sein des milieux de travail. Cette recherche a pour objectif principal le développement d'un outil de calcul des coûts indirects adapté à une utilisation par les intervenants en SST sur le terrain. Elle s'articule autour de quatre études distinctes : dans la première étude, la littérature scientifique est passée en revue afin d'identifier les limites qui freinent l'utilisation des modèles de calcul du coût indirect dans les entreprises et d'établir des bases et des critères à respecter pour le développement d'un outil de calcul des coûts indirects adapté à une utilisation sur le terrain. En utilisant ces bases et critères ainsi que des données récoltées dans 10 entreprises de tailles et secteurs d'activité variés, un modèle de calcul des coûts indirects utilisant une cartographie de la réponse organisationnelle à un accident de travail a été élaboré et est présenté dans la seconde étude. Dans une troisième étude, cet outil a été utilisé afin de caractériser l'impact de plusieurs variables sur le montant des coûts indirects des accidents de travail en vue de générer des connaissances nouvelles sur leur comportement. Dans la dernière étude, les coûts indirects ont été mis en relation avec les niveaux de risque tels qu'évalués par les méthodes d'analyse de l'exposition aux facteurs de risque de troubles musculo-squelettiques (TMS), et ce, afin que les intervenants en SST puissent bénéficier, au moment de l'évaluation du poste de travail, d'une double indication, à la fois sur les niveaux de risque auxquels sont exposés les travailleurs et sur les coûts reliés à cette exposition au risque. Cette thèse a permis la mise en place d'un outil de calcul des coûts indirects qui semble adapté à une utilisation par les intervenants en SST sur le terrain. La cartographie des processus permet d'identifier aisément la durée et la fréquence des actions prises par les intervenants lorsqu'un accident de travail survient, facilite l'étape de collecte des informations nécessaires au calcul du coût indirect et fournit à l'utilisateur un résultat précis et exploitable. Des connaissances nouvelles sur la structure et le comportement des coûts indirects ont été générées dans la troisième étude : la comparaison de huit scénarios d'événements montre que les coûts indirects varient selon la gravité et la durée de l'accident ; la mise en relation de plusieurs variables au moyen d'analyses statistiques permet de mettre au jour que les coûts indirects varient significativement selon la nature, le siège de la lésion ou l'âge du travailleur ; les régressions linéaires révèlent que le nombre de jours de travaux légers et la productivité du travailleur pendant cette période influencent significativement les coûts indirects. Enfin, les résultats de la quatrième étude indiquent qu'il n'y a pas de corrélation significative entre les niveaux de risque mesurés au moyen de méthodes d'analyse de l'exposition aux facteurs de risque de TMS et les coûts indirects. En définitive, cette étude propose un outil inédit de calcul des coûts indirects qui semble adapté à une utilisation sur le terrain et qui devrait favoriser l'utilisation de l'information essentielle que représente le montant du coût indirect des accidents lors de la prise de décision relative aux investissements en prévention. Les nouvelles connaissances sur le comportement des coûts indirects devraient alimenter de futures recherches afin d'améliorer les outils proposés aux intervenants en SST et de soutenir la prise en charge de la prévention des situations de travail à risque par les entreprises.  ABSTRACT: Occupational injuries and illnesses represent a considerable financial burden for national health organizations, for injured employees and for employers. To foster the support of safe working condition by companies and convince them to invest in prevention, Occupational Health and Safety (OHS) issues, including the impact of injuries on the business productivity, must be expressed in dollar figures. In response to this need, researchers have conducted many studies on the cost of workplace accidents but OHS stakeholders still rarely use this information. The lack of consideration of this key information is related to the fact that the scientific literature has failed to provide OHS stakeholders with a cost-calculation tool that is both sufficiently accurate and does not require a data-collection stage ill-suited to the time constraints of workplace decision-makers. This research's main objective is to develop an indirect-cost calculation model adapted to field use by OHS stakeholders. Four separate studies were conducted. In the first study, the recent scientific literature is reviewed to identify factors that may limit the use of workplace indirect costs calculation models and to establish basis and criteria to follow for developing an indirect cost model suitable for the work environment. Using these basis and criteria and the data collected in 10 companies of various sizes in different industry sectors, an indirect cost calculation model using process mapping of the organizational response to a workplace accident has been developed and is presented in the second study. In the third one, the calculation model is used to qualify the impact of several variables on the indirect costs of workplace accidents to expand the body of knowledge on their characteristics. In the last study, indirect costs are related to risk levels as assessed by methods for analyzing exposure to risk factors associated with musculoskeletal disorders (MSD) so that OHS stakeholders can benefit, when evaluating workstations, from a dual indication about the risk levels faced by workers and the costs related to this exposure. This thesis has enabled the development of an indirect cost calculation model that seems suitable for field use by OHS stakeholders in the 10 companies in which it was established. Indeed, the process mapping allows easy identification of the duration and frequency of actions taken by stakeholders when a workplace accident occurs, facilitates the collection of the information needed to calculate indirect costs and yields a usable, precise result. New findings on the variables that influence indirect costs are presented in the third study: a comparison of eight event scenarios shows that indirect costs vary depending on the severity and duration of the accident. Statistical analyses indicate that indirect costs vary significantly depending on the type and site of the injury. Linear regressions reveal that the number of days of light work has a major influence on indirect costs. The fourth study results show no significant correlation between risk levels as assessed by methods for analyzing exposure to MSD risk factors and indirect costs. Ultimately, this research presents a new indirect cost calculation model well-adapted to field use that should promote the consideration of the indirect costs of accidents, which are crucial to prevention investment decisions. New findings on indirect costs and their characteristics should stimulate new research and foster the improvement of the tools currently available to OHS stakeholders to help prevent hazardous workplace situations in their companies.


identifier: Kim, W. Y. (2011). Modeling Viscosity of Molten Slags and Glasses  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Récemment, un nouveau modèle de viscosité a été développé dans ce laboratoire pour des laitiers liquides monophasiques relatifs au système CaO-MgO-K2O-Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3[27, 81, 82]. Dans ce modèle, la viscosité est liée à la structure du laitier, caractérisée par les concentrations et la connectivité des espèces Qi. La structure est calculée à son tour à partir de la description thermodynamique du liquide à l'aide du Modèle Quasichimique Modifié[231, 232] et de la banque de données thermodynamiques de FactSage[14]. Le modèle développé prend en compte, en utilisant la connectivité des espèces Qi, la formation d'un réseau de silice ou d'oxyde de bore qui a un effet marqué sur la viscosité. Un modèle de viscosité a été développé pour les systèmes MOx, MOx-SiO2, MOx-B2O3 et B2O3-SiO2 (MOx = oxyde basique), et quelques paramètres unaires et binaires avec une dépendance en température d'Arrhenius ont été obtenus simultanément à partir des données de viscosité disponibles pour tous les liquides binaires et ternaires. Le modèle comprend deux paramètres ternaires supplémentaires pour chaque système ternaire MOx–Al2O3–SiO2 à base de Al2O3 pour lequel a lieu un Effet de Compensation de Charge (où Al3+ occupe une coordination tétraédrique et s'insère dans le réseau de silice avec un cation basique M restant au voisinage de Al3+ pour compenser la charge manquante). La viscosité de laitiers multicomposants CaO-MgOK2O- Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3 [27, 81, 82] a ensuite été prédite par le modèle sans l'ajout de paramètres ajustables supplémentaires, et elle est en bon accord avec les mesures disponibles en deçà des barres d'erreur expérimentales. Cependant, le modèle ne pouvait pas reproduire le comportement complexe des données de viscosité mesurées dans la région riche en oxyde alcalin des liquides MO0.5-SiO2, ou pour des liquides multicomposants à base d'oxydes alcalins. Dans le présent travail, le modèle est modifié pour reproduire le comportement complexe de la viscosité des systèmes oxyde alcalin-silice du côté riche en oxyde alcalin. Ce comportement est attribué aux agrégats en forme d'anneaux formés par les espèces Q2 et Q3. L'ajout d'un paramètre binaire supplémentaire MOx -Si ERing pour chaque système oxyde alcalin-silice permet de prendre en compte la contribution en excès à la viscosité due à la polymérisation des espèces Q2 et Q3 sous la forme d'anneaux de grande taille. vi Aussi, dans le présent travail, la viscosité de laitiers liquides contenant PbO, ZnO, MnO et TiOx a été révisée et modélisée à l'aide du modèle modifié. Seulement 6 paramètres du modèle liés à chaque oxyde MOx (M = Pb, Zn, Mn) sont requis pour reproduire la viscosité de liquides à base de silice. Deux paramètres ( MOx A et MOx E ) décrivent la viscosité du liquide pur MOx; deux paramètres binaires ( 1,1 MO -Si MO -Si et x x E ER ) décrivent la viscosité de chaque liquide MOx - SiO2; et finalement deux paramètres supplémentaires représentent l'énergie de Gibbs MAl2O4 ΔG de formation des “espèces” Al de coordination tétraédrique entrant dans le réseau de silice avec une compensation de charge due au cation M. Ces deux paramètres supplémentaires sont obtenus à partir des viscosités expérimentales des liquides MOx-Al2O3-SiO2. La viscosité de laitiers multicomposants contenant MOx est ensuite prédite par le modèle sans l'ajout de paramètres ajustables supplémentaires. Les liquides à base de silice contenant TiOx ont requis quatre paramètres ( TiO2 A , TiO1.5 A , TiO2 E et TiO1.5 E ) décrivant la viscosité des liquides purs TiO2 et TiO1.5, et quatre paramètres binaires ( 2 1,1 TiO -Si E , TiO2 -Si E R , 1.5 1,1 TiO -Si E et TiO1.5 -Si E R ) décrivant la viscosité des liquides TiO2-SiO2 et TiO1.5-SiO2. Aucune donnée de viscosité n'était disponible pour rendre compte de l'Effet de Compensation de Charge entre TiOx, Al2O3 et MOx (TiO2-Al2O3 et Ti2O3-MOx), où MOx est un oxyde basique, et ainsi aucun paramètre du modèle n'a été ajouté pour cet Effet de Compensation de Charge. La viscosité de laitiers multicomposants contenant TiO2 et Ti2O3 est ensuite prédite par le modèle sans l'ajout de paramètres ajustables supplémentaires. En guise de test du modèle, les données de viscosité expérimentales disponibles pour tous les sous-systèmes du système SiO2–Al2O3–CaO–MgO–Na2O–K2O–PbO–ZnO–MnO–TiOx ont été rassemblées et utilisées pour calibrer le modèle. L'écart entre les mesures et les viscosités prédites par le modèle n'excède pas la dispersion des points expérimentaux des différents auteurs. En particulier, le modèle prédit la viscosité de laitiers multicomposants à base de silice et de verres commerciaux avec une précision comparable à celle des équations de régression obtenues à partir des données expérimentales sur les gammes de composition restreintes de ces liquides. Le modèle est aussi étendu dans le présent travail pour décrire et prédire la viscosité de liquides oxy-fluorés contenant MFx (M = Ca, Mg, Na, K et Al). Une banque de données de vii solution simplifiée utilisant un modèle polynômial avec les énergies de Gibbs de chaque liquide pur d'oxyde et de fluorure a été développée, permettant ainsi de calculer approximativement la composition globale “équilibrée” à partir d'une composition initiale donnée des liquides oxyfluorés. Les rôles structuraux de MFx (M = Ca, Mg, Na, K et Al) sont examinés, et MFx est considéré comme un modificateur de réseau dans les liquides à base de silice ou d'oxyde de bore, avec des effets de rupture du réseau de silice ou d'oxyde de bore que nous avons simplement supposés identiques à ceux des oxydes basiques contenant le même cation M. Un modèle de viscosité a été développé pour les systèmes MFx, MFx-SiO2 et MFx-B2O3 (M = Ca, Mg, Na, K et Al), et quelques paramètres unaires et binaires ont été obtenus simultanément à partir des données de viscosité disponibles pour tous les liquides binaires et ternaires. Aucun effet de compensation de charge n'a été observé entre MFx et Al2O3, et ainsi le modèle reproduit les données expérimentales pour les liquides binaires et ternaires sans appliquer d'effet de compensation de charge entre MFx et Al2O3. En plus des deux paramètres du modèle requis pour chaque liquide MFx-B2O3 (où MFx est un fluorure basique), les paramètres additionnels m(MB4FO6) ΔG , m(MB4FO6) E et m sont nécessaires lorsque MFx est un fluorure alcalin de façon à rendre compte de la formation d'agrégats au voisinage de la composition du tétraborate. Ces paramètres supplémentaires représentent la taille et l'énergie de Gibbs de formation des agrégats ainsi que leur contribution à l'énergie d'activation d'écoulement visqueux. Les données de viscosité disponibles pour tous les sous-systèmes du système MFx–SiO2–B2O3–Al2O3–CaO– MgO–Na2O–K2O–PbO–MnO–TiOy (M = Ca, Mg, Na, K et Al) sont examinées. La viscosité de liquides multicomposants et de liquides ternaires MFx–NOy–SiO2 (où MFx et NOy sont des fluorures et des oxydes basiques) est prédite par le modèle uniquement à partir des paramètres unaires, binaires et ternaires. L'écart entre les mesures et les viscosités prédites n'excède pas la dispersion des points expérimentaux et les barres d'erreur expérimentales. La capacité de prédiction du modèle a également été testée sur plusieurs liquides de flux de moule industriels, et nous pensons qu'elle est satisfaisante compte tenu des incertitudes expérimentales des données de viscosité. Le modèle développé avec une dépendance en température d'Arrhenius pour la viscosité des liquides oxy-fluorés est étendu dans le présent travail pour prendre en compte la dépendance en température non-Arrhenienne des données de viscosité mesurées de la région vitreuse jusqu'à viii la région liquide. A l'aide de toutes les données disponibles pour les sous-systèmes du système CaO-MgO-Na2O-K2O-ZnO-PbO-Al2O3-B2O3-SiO2, les valeurs des paramètres du modèle unaires et binaires MOx A , MOx E , MOx Si ER − et x . MO -Si Ei j ont été réoptimisées simultanément avec l'ajout des paramètres unaires et binaires non-Arrheniens MOx T , MOx n , MOx -Si m , MOx -Si T et MOx -Si n (M = Ca, Mg, Pb, Zn et Al). De façon à prendre en compte l'Effet de Compensation de Charge pour les verres contenant Al2O3, nous avons ajouté deux paramètres supplémentaires dans la fonction MAlxOy ΔG correspondant à la formation d'une espèce à Charge Compensée telle que 2 4 CaAl O ou 2 NaAlO . Cette modification simple du modèle correspond à un bon accord (en deçà des barres d'erreur expérimentales) avec la plupart des données de viscosité pour les systèmes ternaires et d'ordre supérieur contenant Al2O3. A partir des données de viscosité et des études micrographiques disponibles pour les verres binaires MOx-B2O3, il semble que la formation d'agrégats métastables d'apparence solide soit favorable dans ces verres binaires (MOx = oxyde basique). Pour modéliser la formation de ces agrégats d'apparence solide dans la région vitreuse, nous avons employé des paramètres pour les énergies de Gibbs m(MBxOy) ΔG de formation des agrégats et pour l'effet de taille des agrégats. Au total, cinq paramètres binaires sont utilisés pour reproduire les données de viscosité dans chaque système binaire oxyde basique-oxyde de bore : ( ) * B MOx A , ( ) * B MOx E , m , m(MBxOy) ΔG et m(MBxOy) E . La taille moyenne m d'un agrégat a été optimisée différemment suivant le verre binaire MOx-B2O3. Aussi, les agrégats d'apparence solide sont modélisés à partir des données de viscosité pour les verres binaires MOx-B2O3. Seuls les paramètres du modèle B A , B E , B T et B n pour B2O3 pur, et AlO1.5 -B T et AlO1.5 -B n pour le système binaire Al2O3-B2O3 ont été appliqués au modèle étendu pour reproduire le comportement en viscosité non-Arrhenien des systèmes contenant B2O3. Les données de viscosité disponibles pour les sous-systèmes du système B2O3-CaO-MgONa2O- K2O-ZnO-PbO-Al2O3-SiO2 ont été examinées. Nous démontrons que le modèle étendu reproduit bien le comportement complexe des données expérimentales pour les systèmes binaires et ternaires de la région vitreuse jusqu'à la région liquide, et prédit la viscosité de verres ix multicomposants en deçà des barres d'erreur expérimentales. En particulier, le modèle étendu peut être utilisé pour obtenir de bonnes estimations de la viscosité de verres multicomposants, de magmas, de laves et de verres commerciaux. Nous pensons que ce modèle étendu reproduit en deçà des barres d'erreur expérimentales non seulement la dépendance en température mais aussi la dépendance en composition des données de viscosité disponibles, de la région vitreuse jusqu'à la région liquide. Le modèle étendu s'applique sur la gamme de température complète allant de la région vitreuse jusqu'à la région liquide. Pour la région liquide, le modèle non étendu est légèrement supérieur au modèle étendu. En résumé, le modèle de viscosité reproduit maintenant toutes les données de viscosité disponibles pour les liquides et les verres relatifs au système MFx–SiO2– B2O3–Al2O3–CaO–MgO–Na2O–K2O–PbO–ZnO–MnO–TiOy (M = Ca, Mg, Na, K et Al) en deçà des barres d'erreur expérimentales, à toute composition et sur la gamme de température allant de 300oC à 2000oC.  ABSTRACT: Recently, a new viscosity model was developed in this laboratory to reproduce the viscosity of single-phase oxide melts for the system CaO-MgO-K2O-Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3[27, 81, 82]. In this model, the viscosity is related to the structure of the melt characterized by the amounts and connectivity of Qi-species. The structure in turn is calculated from the thermodynamic description of the melt using the Modified Quasichemical Model[231, 232] and the FactSage thermodynamic database[14]. Most importantly, the model takes into account the formation of a silicate or borate network which has a profound effect on the viscosity using the connectivity of Qi-species. The viscosity model for the systems MOx, MOx-SiO2, MOx-B2O3 and B2O3-SiO2 (M = Basic oxides) was developed, and a few unary and binary parameters with Arrhenian temperature dependence were simultaneously obtained from assessments of the viscosity data of all available binary and ternary melts. For each Al2O3-containing ternary system MOx–Al2O3–SiO2 exhibiting the Charge Compensation Effect (where Al3+ assumes a tetrahedral coordination and enters the silica network with a basic cation M staying close to Al3+ to compensate the missing charge) the model incorporates two additional ternary parameters. The viscosity of multi-component melts CaO-MgO-K2O-Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3 [27, 81, 82] was then predicted by the model without any additional adjustable model parameters and is in good agreement with available measurements within experimental error limits. However, the model could not reproduce the complex behavior of the viscosity data measured in the alkali-rich side of MO0.5-SiO2 melts and multi-component melts containing alkali oxides. In the present work, the model is modified to reproduce the complex behavior of the viscosity on the alkali-rich side of the alkali-silica systems. This behavior is attributed to ring clusters formed by Q2- and Q3-species. An excess contribution to the viscosity due to polymerization of Q2- and Q3-species into large rings is taken into account by the introduction of one additional binary parameter MOx -Si ERing for each alkali-silica system. Also in the present work, with the modified model, the viscosity of molten slags containing PbO, ZnO, MnO and TiOx have been reviewed and modeled. In order to reproduce the xi viscosity of the silicate melts, only 6 model parameters related to each oxide MOx (M = Pb, Zn, Mn) are required. Two parameters, MOx A and MOx E , describe the viscosity of pure liquid MOx; two binary parameters, 1,1 MO -Si MO -Si and x x E ER , describe the viscosity of each MOx -SiO2 melt; and, finally, two more parameters represent the Gibbs energy, MAl2O4 ΔG , of formation of tetrahedrallycoordinated Al “species” which enter the silica network and are charge-compensated by M. The latter two parameters are obtained from the experimental viscosities of MOx-Al2O3-SiO2 melts. The viscosity of multicomponent melts containing MOx is then predicted by the model without any additional adjustable model parameters. Silicate melts containing TiOx required four parameters, TiO2 A , TiO1.5 A , TiO2 E and TiO1.5 E which describe the viscosity of pure liquid TiO2 and TiO1.5; and four binary parameters, 2 1,1 TiO -Si E , TiO2 -Si ER , 1.5 1,1 TiO -Si E and TiO1.5 -Si ER which describe the viscosity of TiO2-SiO2 and TiO1.5-SiO2 melts. No viscosity data were available to account for the Charge Compensation Effect among TiOx, Al2O3 and MOx (TiO2-Al2O3 and Ti2O3-MOx), where M is a basic oxide, and thus no model parameters were applied for the Charge Compensation Effect. The viscosity of multicomponent melts containing TiO2 and Ti2O3 is then predicted by the model without any additional adjustable model parameters. To test the model, available experimental viscosity data of all sub-systems of the SiO2– Al2O3–CaO–MgO–Na2O–K2O–PbO–ZnO–MnO–TiOx system were collected and used to calibrate the model. The deviation of the available experimental data from the viscosities predicted by the model does not exceed the scatter of experimental points among different authors. In particular, the model predicts the viscosity of multicomponent silicate melts and commercial glass melts with an accuracy similar to the accuracy of the regression equations which were fitted to the experimental data over the narrow composition ranges of these melts. The model is also extended in the present work to describe and predict the viscosities of oxy-fluoride melts containing MFx (M = Ca, Mg, Na, K and Al). A simple solution database using a polynomial solution model with Gibbs energies of each pure liquid oxide and fluoride was developed to roughly calculate the overall “equilibrated composition” from given initial compositions of oxy-fluoride melts. Structural roles of MFx (M = Ca, Mg, Na, K and Al) are xii reviewed and regarded as network modifiers in silicate or borate melts and simply approximated to have the same breaking effects on silicate or borate networks as basic oxides containing the same cations. The viscosity model for the system MFx, MFx-SiO2 and MFx-B2O3 (M = Ca, Mg, Na, K and Al) was developed and a few unary and binary parameters were simultaneously obtained from viscosity data of all available binary and ternary melts. No charge compensation effect between MFx and Al2O3 was observed, and thus the model reproduces the experimental data for binary and ternary melts without any applying charge compensation effect between MFx and Al2O3. In addition to the two model parameters that are required for each MFx-B2O3 melt, where MFx is a basic fluoride, the further parameters m(MB4FO6) ΔG , m(MB4FO6) E and m are needed when MFx is an alkali fluoride to account for the formation of clusters near the tetraborate composition. The additional parameters represent the size and Gibbs energy of formation of these clusters and their contribution to the activation energy of the viscous flow. The available viscosity data for all subsystems of MFx–SiO2–B2O3–Al2O3–CaO–MgO–Na2O–K2O–PbO–MnO–TiOy melts (M = Ca, Mg, Na, K and Al) are reviewed. The viscosity of multicomponent melts and of ternary melts MFx–NOy–SiO2, where MFx and NOy are basic fluorides and oxides, is predicted by the model solely from the unary, binary and ternary parameters. The deviation from the available experimental data does not exceed the scatter of the experimental measurements and experimental error limits. The predictive ability of the model has been further tested on several industrial mold flux melts and is believed to be in good agreement with the viscosity data within experimental error limits. The developed model with Arrhenian temperature dependence for the viscosity of oxyfluoride melts is further extended in the present work to take into account non-Arrhenian temperature dependence of the viscosity data measured from the glass to the melt regions. Using data for all available sub-systems of the CaO-MgO-Na2O-K2O-ZnO-PbO-Al2O3-B2O3-SiO2 system, the values of unary and binary model parameters MOx A , MOx E , MOx Si ER − and x . MO -Si Ei j were re-optimized simultaneously with the addition of the non-Arrhenian unary and binary parameters MOx T , MOx n , MOx -Si m , MOx -Si T and MOx -Si n (M = Ca, Mg, Pb, Zn and Al). In order to take into account the Charge Compensation Effect for glasses containing Al2O3, two more parameters were xiii added to the function of MAl xOy ΔG for the formation of Charge Compensated species such as 2 4 CaAl O or 2 NaAlO . This simple modification of the model results in a good agreement with most of the viscosity data of ternary and high-order systems containing Al2O3 within experimental error limits. From available viscosity data and micrographic studies for binary MOx-B2O3 glasses, metastable solid-like clusters seem to form favorably in the binary MOx-B2O3 glasses (M = Basic Oxides). In order to model the formation of these solid-like clusters in the glass region, we employed parameters for the Gibbs energies m(MBxOy) ΔG of formation of clusters and for the size effect of clusters. A total of five binary parameters are used to reproduce the viscosity data in each basic oxide-boron oxide binary system: ( ) * B MOx A , ( ) * B MOx E , m , m(MBxOy) ΔG and m(MBxOy) E . The average size of the cluster, m , was optimized differently according to the binary MOx-B2O3 glass. Also, the solid-like clusters are modeled according to the viscosity data of the binary MOx-B2O3 glasses. Only the model parameters B A , B E , B T and B n for pure B2O3 ,and AlO1.5 -B T and AlO1.5 -B n for the binary Al2O3-B2O3 system were applied to the extended model to reproduce the non-Arrhenian viscosity behavior of the systems containing B2O3. The available viscosity data for the sub-systems of the B2O3-CaO-MgO-Na2O-K2O-ZnOPbO- Al2O3-SiO2 system have been reviewed. It is demonstrated that the extended model reproduces well the complex behavior of the experimental data for the binary and ternary systems from the glass region to the melt region and predicts the viscosities of multi-component glasses within experimental error limits. In particular, the extended model can be used to provide good estimates of the viscosities of multicomponent glasses, magmas, lavas and commercial glasses. Most importantly, the extended model is believed to reproduce not only the temperature dependence but also composition dependence of available viscosity data within experimental error limits from the glass to the melt region. The extended model applies over the entire temperature range from the glass region to the melt region. For the melt region, the unextended model is slightly superior to the extended model. xiv In summary, the viscosity model now reproduces all available viscosity data for melts and glasses for the system MFx–SiO2–B2O3–Al2O3–CaO–MgO–Na2O–K2O–PbO–ZnO–MnO–TiOy (M = Ca, Mg, Na, K and Al) within experimental error limits at all compositions and over the temperature range from 300 to 2000ºC.