identifier: Coste, P. (2019). Accelerating TSP Solving by Using Cost-Based Solution Densities of Relaxations  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ : Le problème du voyageur de commerce, ou problème du commis voyageur, est l'un des problèmes les plus importants dans le domaine de l'optimisation combinatoire. Il a fait l'objet d'innombrables travaux de recherche, à la fois théoriques et pratiques. Parmi les aspects de ce problème, nous nous intéressons particulièrement, dans le cadre de notre sujet, à certaines de ses relaxations, qui ont aussi été étudiées pour apporter de nouvelles approches à la résolution du problème. Les structures combinatoires de ces relaxations peuvent être encapsulées dans des contraintes globales existantes en programmation par contraintes (PPC), ce qui nous motive à tester une approche basée sur des travaux récents sur les heuristiques de dénombrement en PPC. L'objectif de ce projet est d'améliorer la résolution du problème du voyageur de commerce en appliquant les densités de solution aux relaxations du problème. On pose l'hypothèse qu'une arête a très peu de chance d'appartenir à la solution optimale du problème si plusieurs relaxations retournent de faibles densités de solution pour cette arête et qu'on peut donc l'éliminer pour nettoyer le graphe d'entrée du problème. On évalue donc chaque arête en fonction de leur densité de solution pour chaque relaxation et on élimine les arêtes évaluées comme "mauvaises" par toutes les relaxations. Pour l'expérimentation, cet algorithme de pré-traitement sera appliqué à plusieurs exemplaires de TSPLIB, une bibliothèque d'exemplaires du problème de voyageur de commerce. On évaluera d'abord le temps de calcul de notre méthode. Enfin, on résoudra nos exemplaires élagués avec différents solveurs (concorde, Gurobi et IBM CP Optimizer) et on comparera les résultats obtenus à la résolution des exemplaires originels. L'élagage est efficace si le temps de résolution gagné en pré-traitant les exemplaires compense le temps de pré-traitement.  ABSTRACT: ABRACTS : The Traveling Salesman Problem is a combinatorial optimization problem, which, broadly speaking, consists of visiting a certain number n of cities, by passing through each city exactly once and by traveling the shortest possible distance. This problem is very prominent in research, as a representative of the NP-hard class of problems and as a problem with applications in various areas, including routing, networking and scheduling. Nowadays, integer programming methods dominate the landscape of TSP solvers, with the state-of-art solver concorde. As part of the efforts to solve the TSP, several of its relaxations have been studied, for computing lower bounds or domain filtering. Since these relaxations can provide insight on the combinatorial structure of the problem, we believe recent work in Constraint Programming concerning counting-based branching heuristics can bring new effective methods of using these relaxations. In this Master's thesis, we present an approach to the traveling salesman problem which exploits cost-based solution densities from counting-based search. we propose a method for eliminating edges from the input graph of TSP instances in pre-processing, by using the solution densities from relaxations of the TSP to determine promising edges. Solution densities from different relaxations can also be combined for branching in a constraint programming solver. The efficiency and robustness of our pre-processing algorithm is evaluated by applying it to instances from TSPLIB and comparing the time to solve them with that of the original complete instances. We consider various solvers in our experimentation, namely the IBM CP Optimizer, concorde and Gurobi.


identifier: Watson, S. (2019). Development, Physics, Technology and Operation of a "Pilot-Scale" Dielectric Barrier Discharge Reactor  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire fait suite aux recherches précédentes à Polytechnique Montréal dans le domaine des plasmas froids générés dans des décharges à barrières diélectriques (DBD), travail qui continue depuis les années 1980. Ce sujet a été à l'origine de plusieurs mémoires et thèses qui, bien évidemment, ont fait l'objet de nombreux articles publiés dans des revues internationales. Le présent candidat à la maîtrise a fait ses débuts au sein du groupe de recherche en 2015, avant de commencer son programme de M.Sc.A.. Il a été co-auteur de plusieurs articles, dont un exemple est présenté en annexe. Le contenu de ce document, présentant le véritable travail accompli au cours du programme de M.Sc.A., est essentiellement composé autour de 2 chapitres principaux (chapitres 4 et 5) : il s'agit d'articles (le premier déjà publié, le second étant soumis en juin 2019) dont le candidat est l'auteur principal. Dans le premier article, présenté au chapitre 4, deux réacteurs à DBD de tailles différentes, un petit et l'autre plus grand d'un ratio de ca. 1 : 40, avec leurs équipements associés ainsi qu'un programme Matlab dédié, ont été utilisés pour déterminer avec précision l'énergie électrique,Eg , dissipée par cycle de la tension (en courant alternatif) appliquée,Va . Pour le petit réacteur, le tout a été accompli sur une gamme de fréquences entre 5 ≤f ≤ 50 kHz et en utilisant une paire identique de différents matériaux diélectriques (des disques de 2.54 cm de diamètre) possédant une permittivité relative variant entre 2.1 ≤K'die ≤ 9.5, et agissant à titre de barrières diélectriques au sein d'une DBD pour 4 gaz différents : He, Ne, Ar et N2. Pour le plus grand réacteur,f a été limitée à 20 kHz, et ce dans l'Ar et l'He. Ce dernier système a pour principale utilisation des expériences de polymérisation par plasma, où des « monomères » organiques sont mélangés au flux du gaz porteur : l'Ar. La méthode pour évaluer Eg avec exactitude est d'abord présentée, pour suivre avec une comparaison des valeurs mesurées sous différentes conditions. Dans la mesure du possible, ces valeurs sont comparées entre le petit et le grand réacteur, puis dans un second temps avec les valeurs retrouvées dans la littérature. La fiabilité de la méthode est confirmée, par exemple, du fait de la concordance avec les valeurs de champs de rupture électrique pour les gaz étudiés reprises dans la littérature, de même qu'avec plusieurs autres nouveaux résultats.  ABSTRACT: This thesis extends earlier research at Polytechnique Montreal in the area of dielectric barrier discharge (DBD) “cold” plasmas, work that commenced as far back as the 1980s; it has over the years been the object of numerous M.Sc.A. / Ph.D. theses and, of course, many articles published in international journals. The present master's candidate started collaborating with the DBD team in 2015, before commencing his own M.Sc.A. program, and has been co-author of several published articles, for example the one presented in the Appendix. The content of this current document, truly the research associated with this M.Sc.A. program, is to a large extent concentrated in two main chapters (Nos. 4 and 5), articles for both of which the candidate is the lead author. In the first article, Chapter 4, two DBD reactors, one small, the other about 40 times larger, associated equipment and a dedicated Matlab code have been used to carry out precise determinations of electrical energy,Eg , dissipated per discharge cycle of the applied a.c. voltage, . In the smaller reactor, this was done over the frequency range 5 ≤f ≤ 50 kHz and using twin pairs of several different insulating materials (2.54 cm diameter discs) with relative permittivities between 2.1 ≤k'die ≤ 9.5 as dielectric barriers in DBDs for 4 different gases: He, Ne, Ar and N2. In the large reactor,f was restricted to 20 kHz in Ar and He; this latter system primarily serves for plasma polymerization experiments in which organic “monomers” are admixed with the flow of Ar as carrier gas. We report the method for exactly evaluating Eg, then present and compare values measured under different conditions. To the extent possible, these are compared between the small and large reactors, and with results published in the literature. The reliability of the method is confirmed, for example, by reproducing published breakdown fields of the gases examined, and by several other original results. The second article, Chapter 5, deals with this method that we have developed for understanding energetic exchanges between precursor molecules and Ar carrier gas in the large (pilot-scale) DBD reactor. It focuses on a particular family of quite simple organic precursor gases, namely five hydrofluoromethanes, CHxFy (0 ≤ x ≤ 4; y = 4 - x). Each of those precursors (at ‰ concentrations) was mixed with 10 slm of Ar in a 20 kHz, 8 kV (peak-to-peak) DBD.


identifier: Yalaoui, F. (2019). Formulation et caractérisation de nanocapsules lipidiques chargées en vitamine D3  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La vitamine D3 est un nutriment lipophile. Elle a été identifiée pour la première fois au 20ème siècle pour son implication dans la survenue du rachitisme. Elle est considérée comme une pro-hormone de la famille des stéroïdes. Ces dernières décennies, la vitamine D3 a attiré l'attention de nombreux chercheurs due à ses effets non seulement squelettiques (maintenance de la bonne minéralisation d'os) mais aussi extra-squelettiques comme la prévention de cancer, de diabète et même la réduction de taux de mortalité. L'utilisation de la nanotechnologie dans le domaine pharmaceutique a suscité un intérêt considérable ces dernières années, notamment l'utilisation de nanovecteurs pour la délivrance d'agents thérapeutiques avec une meilleure biodisponibilité en diminuant leurs effets secondaires. Parmi ces nanovecteurs, on trouve les nanoémulsions sous forme des nanocapsules lipidiques (LNCs). L'axe de recherche de ce mémoire est l'utilisation des nanocapsules lipidiques comme plateforme pour la délivrance de la vitamine D3. Un des objectifs est de développer des nanocapsules lipidiques avec une quantité optimale de la vitamine D3 dans 3 triglycérides à chaîne moyenne (TMC) (Labrafac, Tricaprylin et LC-810L). Une étude de stabilité physique a été faite sur des LNCs chargées en vitamine D3 et vides (Placebo) à l'état liquide et après lyophilisation. Par ailleurs, une étude de la cinétique de libération de la vitamine D3 in vitro a été aussi réalisée. A la fin, les résultats ont montré qu'on arrive à solubiliser jusqu'à 10 % p/p de la vitamine D3 dans les trois TCM. En revanche, on a eu des nanoémulsions (chargées en vitamine D3 ainsi que vides) stables qu'avec Labrafac et Tricaprylin durant plus de 6 mois ainsi qu'une stabilité de LNCs lyophilisées durant plus de deux mois. Mots clés : nanoémulsion, nanocapsules lipidiques, méthode d'inversion de phase et vitamine D3.  ABSTRACT: Vitamin D3 is a lipophilic nutrient. It was first identified in the 20th century for its involvement in the onset of rickets. It is considered as a pro-hormone of the steroid family. In recent decades, vitamin D3 has attracted the attention of many researchers due to its effects not only skeletal (maintenance of good bone mineralization) but also extra skeletal as the prevention of cancer and diabetes or even the reduction of mortality rates. The use of nanotechnology in the pharmaceutical field has attracted considerable interest in recent years, including the use of nanovectors for the delivery of therapeutic agents to improve their bioavailability by decreasing their side effects. Among these nanovectors, we find the lipid nanocapsules (in the form of nanoemulsions). The research focus of this paper is the use of lipid nanocapsules as a platform for vitamin D3 delivery. One of the objectives is to develop lipid nanocapsules with an optimal amount of vitamin D3 in 3 oils (Labrafac, Tricaprylin and LC-810L). A physical stability study was conducted on LNCs loaded with vitamin D3 and empty ones (Placebo) in the liquid state and after freeze-drying. In addition, a kinetic study of vitamin D3 release in vitro was also carried out. In the end, the results showed that up to 10% w/w of vitamin D3 was soluble in the 3 oils. On the other hand, we had stable nanoemulsions (loaded with vitamin D3 and empty ones) as with Labrafac and Tricaprylin more than 6 months. The lyophilized LNCs have also showed à good stability after 2 months of the resuspension in water. Key words: nanoemulsion, lipid nanocapsules, phase inversion temperature and vitamin D3.


identifier: Nguyen, L. H. (2019). Real-time Anomaly Detection in the Behaviour of Structures  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les structures telles que les ponts, les barrages, les bâtiments et les tunnels sont des composantes majeures du réseau d'infrastructures qui contribuent à la croissance économique d'un pays. La détérioration des infrastructures est associée à un impact négatif sur l'économie causé par les coûts directs de maintenance, ainsi que par les coûts indirects liés à la production de biens et de services. L'adoption de stratégies de maintenance préventive et prédictive est une solution à long terme pour atténuer les effets de la détérioration, prolonger la durée de vie en service et minimiser le coût du cycle de vie des infrastructures vieillissantes. Toutes les structures se détériorent et se dégradent au cours de leur vie. Ainsi, la détection d'anomalies dans le taux de changement de dégradation permet de déclencher des actions d'entretien préventif et d'interventions. Cependant, il n'existe actuellement aucune méthodologie générique d'interprétation des données qui est capable de détecter des anomalies en temps réel sans être affectées par de fausses alarmes.» et »  ABSTRACT: Civil structures such as bridges, dams, buildings, and tunnels are major components of infrastructure networks which establish a foundation for the economic growth of a country. Infrastructure deterioration is associated with a negative economic impact caused by the direct maintenance costs, as well as the indirect costs for production and transport of goods and services. One long-term solution to mitigate the effects of deterioration, to prolong the service life, and to minimize life-cycle cost of ageing infrastructure is to adopt preventive and predictive maintenance strategies. All structures experience deterioration and degradation during their lifetime and thus, early detection of anomalies in the rate of change of degradation could be used as a trigger for preventive maintenance and interventions. Yet, there is currently no generic data-interpretation methodology capable of detecting anomalies in real time without also being adversely affected by false alarms.


identifier: Chamseddine, A. (2019). Deep Learning Approach for Postprocessing Regularization in Seizure Preduction  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'épilepsie est considérée parmi l'une des maladies neurologiques les plus couramment diag-nostiquées. Cette condition est caractérisée par l'apparition de crises non provoquées. Près du tiers des patients épileptiques sont pharmaco-résistants. Ainsi, des traitements alternatifs sont considérés, tels que la chirurgie ou la stimulation électrique. Pour atténuer les dommages chroniques de la stimulation électrique programmée, il faut prévoir l'épisode de crise pour déployer sélectivement toute technique préventive. La prévision des crises a été un grand défi pour les neuroscientifiques et les ingénieurs au cours des dernières décennies. Bien que le domaine de l'intelligence artificielle ait connu une percée remarquable au cours des dernières années, la prédiction des crises est toujours difficile en raison de la quantité limitée de données relatives aux patients. De plus, la plupart des résultats des études de prévision des crises ne peuvent être comparés en raison de l'aspect unique du signal d'électroencéphalogramme (EEG) d'un patient. La prévision des crises est basée sur la discrimination de la phase « pré-ictale », qui est une phase transitoire (30-60 min) qui se produit avant l'apparition de la crise. Les classificateurs d'apprentissage automatique sont entraînés à partir de mesures soigneusement choisies du signal EEG et sont optimisées pour distinguer la phase « pré-ictal de l'activité EEG normale (phase inter-ictale). En raison du rapport signal-bruit élevé de l'enregistrement EEG, la plupart des classificateurs sont enclins à produire de fausses alarmes. Par conséquent, l'étape de régularisation post-traitement est recommandée pour une meilleure optimisation. Les méthodes de régularisation appliquées dans la prévision de crise sont la technique de puissance de tir et le filtre Kalman. Ces méthodes sont, au mieux, des estimateurs quadratiques linéaires. Dans cette étude, nous proposons d'appliquer des méthodes plus personnalisées et spécifiques aux patients; ces méthodes apprennent la meilleure fonction de régularisation uniquement à partir des données. Nous avons prouvé que le réseau neuronal à longue mémoire à court terme (LMCT) peut apprendre une fonc-tion de régularisation optimisée en fonction de chaque individu. Nos modèles ont été formés et testés sur Epilepsy ecosystem database [1].  ABSTRACT: Epilepsy is considered among the most commonly diagnosed neurological diseases. It is a condition characterized by the occurrence of unprovoked seizures. Almost third of epilepsy patients are drug-resistants. Thus, alternative treatments are considered, such as surgery or electrical stimulation. To mitigate the chronic harm of prescheduled electrical stimulation, one needs to forecast the seizure episode to selectively deploy any preventive technique. Seizure forecasting has been a great challenge for neuroscientists and engineers in the last decades. Although the Artificial Intelligence realm has witnessed a remarkable breakthrough in the last few years, seizure prediction is still challenging due to the limited amount of patient data. Additionally, most findings of seizure prediction studies cannot be benchmarked due to the patient-specific aspect of electroencephalogram (EEG) signal. Seizure prediction is based on discriminating the preictal phase, which is a transitional phase (30-60 min) that occurs prior to the seizure onset. Machine learning classifiers are trained on carefully selected measures of the EEG signal, and optimized to distinguish the preictal phase from the normal EEG activity (interictal phase). As a result of the high signal to noise ratio (SNR) in the EEG recording, most classifiers are prone to produce false alarms. Therefore, post-processing regularization step is recommended for a better optimization. The regularization methods applied in seizure prediction are firing power technique and Kalman filter. These methods are, at best, a linear quadratic estimators. In this study, we proposed applying more customized and patient-specific methods that learn the best regularization function purely from data. We proved that Long Short-Term Memory (LSTM) neural network can learn an optimized regularization function based on each individual. Our models were trained and tested on Epilepsy ecosystem database [1].


identifier: Karimi, A. (2019). Studies on Management of Emergency Service Systems  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Forts des outils de la théorie des files d'attente, de la géométrie stochastique et des extensions développées en cours de route, nous présentons des modèles descriptifs de systèmes de services d'urgence organisés en fonction du potentiel de limitation explicite des distances de dispatching avec une fidélité accrue du modèle et une stratégie de dispatching pour atteindre des performances maximales avec des ressources limitées. En utilisant le terme «sauvegardes partielles» pour faire référence à des règles d'expédition avec des limites explicites sur les distances d'expédition, nous étendons d'abord le modèle classique de mise en file d'attente hypercube pour inclure des sauvegardes partielles avec des priorités. La procédure étendue pourra représenter les systèmes de services d'urgence dans lesquels le sous-ensemble de serveurs pouvant être envoyés à une demande d'intervention d'urgence dépend de l'origine et du niveau de service demandé. Cela permet de développer des modèles d'optimisation dans lesquels le concepteur du système laisse le choix des unités de réponse pouvant être envoyées dans chaque zone de demande et peut être intégré à l'espace de la solution avec d'autres variables de décision d'emplacement ou d'allocation. La nouvelle méthode descriptive et les modèles d'optimisation sur lesquels reposent les plans de répartition et de répartition optimaux correspondants devraient indiscutablement améliorer les performances et mieux refléter le comportement réel des répartiteurs lorsque la configuration instantanée du système constitue un facteur majeur dans la prise de décision. Par la suite, nous étendons notre analyse. des déploiements statiques couverts par le premier modèle vers des systèmes à relocalisation dynamique. En faisant des hypothèses d'uniformité sur les origines des demandes de service et les emplacements des unités d'intervention, nous développons un cadre théorique pour une évaluation rapide et aléatoire de la performance du système avec une politique de sauvegarde partielle donnée et des résultats donnés spécifiés en fonction du temps de réponse. Le modèle général permet de révéler tout potentiel théorique d'amélioration des performances du système en utilisant des stratégies de dispatching de secours partielles aux stratégies tactiques ou opérationnelles, sans connaître les détails de la méthode de relocalisation dynamique utilisée ni même de la distribution de la demande au-delà du taux total d'arrivée et de la densité. Nous présentons des résultats auxiliaires et des outils à l'appui de notre traitement des systèmes de service d'urgence avec sauvegardes partielles, notamment des notes sur les distributions de distance avec des effets liés et quelques lois de conservation du débit liées aux situations de file d'attente rencontrées dans le cadre de ce travail.  ABSTRACT: Armed with tools in queuing theory, stochastic geometry, and extensions developed along the way, we present descriptive models of emergency service systems organized around and emphasizing the potential of explicitly limiting dispatch distances in increasing model fidelity and as a dispatching strategy to achieve maximal performance with limited resources. Borrowing the term ”partial backups” to refer to dispatch policies with explicit limits on the dispatch distances, we first extend the classic hypercube queuing model to incorporate partial backups with priorities. The extended procedure will be able to represent emergency service systems where the subset of servers that can be dispatched to a request for emergency intervention depend on the origin and level of service requested. This allows for development of optimization models where the choice of response units eligible for dispatch to each demand zone is left to the system designer and can be integrated into the solution space along with other location or allocation decision variables. The new descriptive method and thus the optimization models built upon and the corresponding optimal location and dispatch plans, should arguably lead to better performance and better reflect the actual dispatchers' behavior where the instantaneous system configuration constitutes a major factor in making assignment decisions. We next extend our analysis of static deployments covered by the first model to systems with dynamic relocation. Making uniformity assumptions on the origins of service requests and locations of the response units, we develop a theoretical framework for quick and dirty evaluation of the system performance with a given partial backup policy and a given outcome specified as a function of response time. The general model, makes it possible to reveal any theoretical potential to improve system performance by employing partial backup dispatching strategies at tactical or operational, without knowing the details of the dynamic relocation method used or even the demand distribution beyond the total arrival rate and the density per area. Finally, auxiliary results and tools supporting our treatment of emergency service systems with partial backups are presented, which include notes on distance distributions with boundary effects and a few rate conservation laws related to the queuing situations we encountered in this work.


identifier: Beaulieu, E. (2019). Wide-Field Spatial Frequency Domain Imaging, Diffuse Reflectance and Endogenous Fluorescence Spectroscopy System for Quantitative Tissue Biomarkers in Radical Prostatectomy Specimens  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La seule approche chirurgicale présentement utilisée pour le traitement du cancer de la prostate est le retrait complet de l'organe ; la prostatectomie radicale. Similairement à d'autres procédures de résection du cancer, une importante mesure du succès de l'opération est le degré auquel le cancer a été retiré du patient, car les chances de récurrence sont augmentées par la présence de cancer résiduel. Puisque la prostate est entourée de structures génito-urinaires importantes relativement à la qualité de vie du patient, retirer l'entièreté de la prostate tout en évitant d'impacter les structures avoisinantes est une tâche complexe. Par ailleurs, la navigation chirurgicale en prostate nécessite de grandes améliorations étant donné l'inexistence de modalités d'imagerie compatibles pour des méthodes de recalage avec ce cancer, et la faible précision et le peu d'informations spatiales fournies par les méthodes diagnostiques actuelles. Il y a un réel besoin de nouveaux outils permettant la différenciation de tissus lors de la prostatectomie radicale et ainsi la résection ciblée des tissus. La fluorescence endogène est une technique d'imagerie donnant accès à des informations moléculaires sur un échantillon et a été utilisée dans maintes applications pour la caractérisation de tissus. La méthode a été appliquée sur les tissus prostatiques avec des sondes ponctuelles, mais n'a pas trouvé d'usage en champ de vue macroscopique. Cependant, sans traitement, la fluorescence n'est pas un reflet direct du contenu moléculaire, puisqu'elle est en compétition avec d'autres processus comme l'absorption et la diffusion élastique. À cet effet, des méthodes corrigeant l'absorption et la diffusion ont été élaborées à partir de mesures de réflectance diffuse. Celles-ci étaient limitées aux géométries ponctuelles jusqu'au développement de l'imagerie dans le domaine des fréquences spatiales (spatial frequency domain imaging, SFDI), qui permet la reconstruction des coefficients d'absorption (ua) et de diffusion (u0s) en grand-champ. Toutefois, les techniques de correction de fluorescence dérivées du SFDI n'ont été appliquées qu'à des agents de fluorescence externes. Ainsi, ce projet présente un système multimodal grand-champ combinant fluorescence endogène, réflectance diffuse et SFDI pour obtenir des informations moléculaires quantitatives sur des spécimens de prostatectomie radicale. Premièrement, les modalités de fluorescence, réflectance et SFDI ont été intégrées dans un système d'imagerie avec des spécifications adaptées aux échantillons de prostates ; soit un champ de vue de 5.5 x 5.5 cm, résolution spatiale de 70 um et profondeur de champ de 1.5 cm.  ABSTRACT: The only current surgical approach to the treatment of prostate cancer is radical prostatectomy, which enforces the complete resection of the organ. Similarly to other forms of cancer resection, the degree of success of the surgery is directly influenced by the completeness of cancer removal, as residual cancer increases the risks of recurrence. Because the prostate is close to critical genitourinary structures with a high impact on patient quality-of-life, achieving complete resection with a minimum amount of side-effects on the surrounding tissues is a challenging task. Surgical guidance in the prostate requires vital improvement due to the lack of proper co-registration imaging methods and inaccurate diagnostic techniques which give very limited spatial information. Consequently, there is a need for new tools to characterize tissue during radical prostatectomy and guide resection. Endogenous fluorescence provides molecular information from the tissue and thus has found use for tissue characterization in multiple applications. Although the technique was applied to prostate tissue in point probes, it has never been explored in macroscopic geometries. Fluorescence also competes with other optical events like absorption and elastic scattering, which makes it indirectly related to tissue molecular content. Optical properties derived from diffuse reflectance measurements can be used to correct these optical events and compute quantified fluorescence. Such correction models were limited to point geometries until the development of the spatial-frequency domain imaging (SFDI) technique, which allowed the extraction of absorption (ua) and scattering (u0s) coefficients in wide-field configurations. However, SFDIbased quantification has only been applied to external fluorescence agents. This project presents the development of a wide-field multimodal system that combines endogenous fluorescence, diffuse reflectance, and SFDI to obtain quantitative molecular information from radical prostatectomy samples. At first fluorescence, reflectance and SFDI were integrated into a single system with a field of view of 5.5 x 5.5 cm, spatial resolution of 70 um and depth of field of 1.5 cm adapted to the prostate samples. Calibration processes and acquisition parameters were determined with experiments on optical phantoms. SFDI reconstruction was accurate within 5.2% and 4.4% for absorption and scattering respectively; performances similar to other systems in the literature. Quantification of fluorescence also resulted in a significant increase in the correlation of measured intensity to fluorophore concentration.


identifier: Musaraganyi, L. (2019). Prise en compte des préférences du décideur pour le problème multi-objectif de tournées de soins à domicile  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les services de soins à domicile regroupent un ensemble de services sociaux et médicaux dispensés à domicile plutôt que dans un établissement de santé. Ils visent, entre autres, à aider les patients à conserver leur autonomie, à améliorer leur état de santé et à maintenir leur qualité de vie. Au Canada, ce type de soins est apparu dans les années 1970 et a connu une très forte croissance ces dix dernières années. Cela peut être en partie expliqué par le vieillissement de la population, par les progrès dans les domaines de la médecine et des technologies de l'information, mais également par un nombre limité de places dans les hôpitaux et par des économies réalisées comparativement aux mêmes soins prodigués dans des instituts spécialisés. En lien avec cette évolution et d'un point de vue opérationnel, apparaît le problème d'optimisation de tournées de soins à domicile. Il consiste à déterminer les trajets (itinéraires) d'un ensemble de soignants pour chaque jour de travail sur un horizon de planification afin de répondre, le mieux possible, à la demande en soins ou en services des patients. Ce problème a fait l'objet de nombreuses recherches notamment durant cette dernière décennie. En particulier, l'aspect multi-objectif des tournées de soins à domicile constitue le point central de ce mémoire. Il s'agit d'un élément important, mais relativement peu étudié. De fait, lors de la résolution de ce problème, de nombreux critères, souvent contradictoires, sont à considérer simultanément (Ex : temps de trajet, heures supplémentaires, continuité de soins, ...) et à cela s'ajoute la difficulté que pose l'évaluation de la qualité des solutions. En effet, la notion de meilleure solution pour l'optimisation dans le cas d'un objectif unique est remplacée par celle de meilleurs compromis pour  l'optimisation dans le cas d'objectifs multiples. Plus spécifiquement, ces meilleurs compromis sont des solutions pour lesquelles il est impossible d'améliorer un objectif sans en détériorer un autre. En ce qui concerne les soins à domicile, plusieurs structures, publiques et privées, gèrent et organisent les ressources de santé. Chacune de ces structures suit sa propre politique et a ses propres priorités. Ainsi, dans cette situation, choisir la solution qui correspond le mieux à chaque utilisateur est une décision complexe. Le projet présenté dans ce mémoire a été réalisé en collaboration avec un partenaire industriel, AlayaCare. La compagnie fournit à ces structures un logiciel aidant à la gestion des ressources. Le but étant d'améliorer l'outil d'optimisation existant, basé sur une métaheuristique, afin qu'il puisse s'adapter plus aisément à la multiplicité des utilisateurs. Pour ce faire, nous avons remplacé la somme pondérée, utilisée pour évaluer les solutions, par une comparaison lexicographique reposant sur un ordre hiérarchique. Cette méthode a l'avantage d'être plus intuitive et plus simple d'utilisation pour le décideur, car elle s'affranchit de la délicate tâche qu'est l'estimation des poids attribués à chaque objectif. Afin d'apporter un meilleur support de décision, nous nous sommes également intéressés aux solutions alternatives suggérées au décideur. En effet, l'ordre hiérarchique établi est stricte, mais l'utilisateur peut trouver acceptable de détériorer légèrement un objectif si cela entraîne une grande amélioration pour un objectif moins bien classé. C'est pourquoi le concept de tolérance a été associé à celui de Pareto-optimalité pour offrir des solutions alternatives, à la fois proches de la meilleure solution du point de vue hiérarchique et à la fois pertinentes, car non-dominées par les solutions générées lors du processus d'optimisation. Cette méthode a été testée sur des instances provenant de notre partenaire industriel. Les résultats montrent que la meilleure solution retournée par la nouvelle méthode (selon l'ordre hiérarchique strict) est proche de celle obtenue avec la somme pondérée, mais, contrairement à celle-ci, ne requiert pas de connaissances en mathématiques ou en optimisation, ce qui présente un avantage certain dans le cadre d'une application réelle. Enfin, nous observons également l'intérêt des modifications apportées pour sélectionner les solutions alternatives, Pareto-optimales du point de vue multi-objectif et parmi lesquelles seul le décideur pourra trancher.  ABSTRACT: Home health care services offer a wide range of services in patient homes rather than in medical facilities. They serve various purposes as helping individuals cope with long-term medical conditions, illness or injury. In Canada, this type of services started developing around 1970 then quickly grew in popularity during the last decades. This is due to several factors such as aging population, medical developments, progress in information technologies, hospital congestion and reduced cost of home treatments. As a result of these changes, emerged various operational problems, including the Home Health Care Routing and Scheduling Problem (HHCRSP). The HHCRSP is interested in determining the assignment of home visits to a set of caregivers over the course of a planning horizon, and the routing of these caregiver workdays while insuring the best care possible for every patient. A large number of research were interested in solving this difficult problem but few of them tackled its multi-objective aspect. It is however an important and challenging part of the problem. In fact, in the process of assigning routes to home health care workers, schedulers consider simultaneously various conflicting criteria such as skill-set, availabilities, distance traveled, patient-worker relationship. Moreover, in multi-objective optimization, the concept of optimal solution is replaced by the concept of Pareto-optimal solutions. Finding these Pareto-optimal solutions can be a difficult task. Choosing one solution from them is very delicate and implies to express some preferences about the different possible trade-offs. As for the home health care environment, various public and private structures manage health care resources. These home health care structures have their own preferences and their own policies regarding the different objectives involved in the HHCRSP. For this project, we collaborated with the company AlayaCare. It offers an operations management platform for home health care agencies. We will focus in this thesis on the integration of users' preferences into AlayaCare optimization tool. Our work is centered around the users' perspective and especially, the method provided should be easily adaptable to their preferences. To do so, we combine a hierarchical optimization technique with a Pareto based approach. Tolerance parameters are introduced in order to display only relevant Pareto-optimal choices to the decision maker. The method is tested on instances provided by our industrial partner. The results show that the best hierarchical solution is similar to the one found with a weighted some approach. The main advantage of this method is that it does not require any optimization background and alleviates from the burden of finding the right weights. Furthermore, it provides interesting alternative solutions.


identifier: Chakour, T. (2019). Assessment of Flow Unsteadiness in Turbocharger Compressor  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le turbocompresseur est un dispositif ajouté aux moteurs à combustion interne utilisé pour améliorer leur ratio poids-puissance. Il extrait l'énergie des gaz d'échappement du moteur pour pré-comprimer l'air d'admission grâce à un compresseur centrifuge et une volute. Une meilleure prédiction et compréhension des phénomènes aérodynamiques complexes associés avec la géométrie asymétrique du compresseur peut mener à la conception de turbocompresseurs plus efficaces. Un test d'un rouet à aubes avec deux carters de compresseurs ayant des diffuseurs différents et des géométries de volutes variées, effectué dans des conditions à proximité du pompage (là où les instationnarités de l'écoulement sont attendues), a permis de trouver une différence significative en termes de rendement adiabatique du compresseur qui ne peut être décelé par des simulations préliminaires de dynamiques des fluides numérique (CFD) en régime permanent. L'objectif du présent projet est d'évaluer les capacités des simulations CFD instationnaires à détecter et à quantifier la différence en rendement adiabatique, puis d'identifier la nature et les sources des phénomènes instationnaires qui n'ont pas été saisies lors des précédentes simulations en régime permanent. Les simulations CFD ont été effectuées en utilisant le logiciel ANSYS CFX pour les deux modèles de carters de compresseur, en régimes permanent et transitoire, à différents débits massiques pour lesquelles des données expérimentales sont disponibles.  Différentes valeurs de pas de temps et de conditions limites ont aussi été appliquées aux simulations en régime transitoire. Bien que les simulations instationnaires détectent un comportement oscillatoire de l'écoulement et améliorent la prédiction de la valeur absolue du rendement adiabatique, elles n'ont pu permettre l'amélioration nette de la prédiction de l'écart d'efficacité remarqué entre les deux compresseurs telle que remarquée expérimentalement. Un petit pas de temps et une condition limite avec une sortie contrôlée par un papillon des gaz permettent une meilleure prédiction du rendement adiabatique et de la fréquence des oscillations. Une analyse des champs d'écoulement indique que le décrochage rotatif dans le diffuseur est à l'origine même des oscillations perçues dans l'écoulement dans les simulations et le rendement adiabatique. Toutefois, son effet mène uniquement à une augmentation de l'amplitude d'oscillation s'il peut induire un déversement intermittent dans la sortie de la volute à partir du diffuseur. Un modèle et un critère basés sur un seuil de vitesse radiale à la sortie du diffuseur sont proposés pour expliquer l'absence observée et contre-intuitive d'amplitude élevée dans le rendement dans un des cas simulés.  ABSTRACT: The turbocharger is a practical device for improving the power-to-weight ratio of piston engines. It extracts power from hot engine exhaust to pre-compress the intake air with a centrifugal compressor and volute. A better prediction and understanding of the complex aerodynamics associated with this asymmetric compressor can lead to turbochargers that are more efficient. Rig test of an impeller with two compressor housings with different diffuser and volute geometry near surge (where flow unsteadiness is expected) found a significant difference in compressor adiabatic efficiency that cannot fully be captured by preliminary steady-state computational fluid dynamics (CFD) simulations (used for design). The objective of the current project is to evaluate the ability of unsteady CFD simulations to capture this measure difference in adiabatic efficiency and to identify the nature and source of the flow unsteadiness not captured by steady-state CFD simulations.    CFD simulations were carried out using ANSYS CFX for the full-annulus of the two compressors in both steady and unsteady modes at different mass flow values for which with the measured efficiencies are available. Different time step sizes and exit boundary conditions were also applied to the unsteady simulations. While the unsteady simulations capture significant flow oscillations and improve the prediction of the adiabatic efficiency, they did not provide a significant improvement in the prediction of the efficiency discrepancy between the two compressors. A small time step and a throttle exit boundary condition allow for better capture of efficiency and frequencies of oscillations. An analysis of the unsteady flow field indicates that rotating stall in the diffuser is at the source of the flow oscillations seen in the adiabatic efficiency. However, its effect only leads high amplitude of oscillation in adiabatic efficiency if it can induce intermittent flow spillage from the diffuser exit directly into the volute exit. A model and criterion based on a threshold radial velocity at the diffuser exit is proposed that can explain the counter-intuitive absence of high-amplitude oscillation in efficiency seen in one of the simulated cases.


identifier: He, L. (2019). Méthodes spatio-temporelles de fouilles des données de cartes à puce en transport urbain  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les données des cartes à puce du système de transport en commun sont utiles pour comprendre le comportement des usagers du réseau du transport en commun. De nombreuses recherches pertinentes ont déjà été menées concernant : (1) l'utilisation de données de cartes à puce, (2) les techniques de fouille de données et (3) l'utilisation de la fouille de données avec des données de cartes à puce. Dans ces recherches, la classification des comportements des usagers est basée sur des déplacements pour lesquels les classifications temporelles et spatiales sont considérées comme des processus séparés. Nos partenaires de recherche ont exprimé le souhait de pouvoir examiner les comportements des usagers en considérant simultanément les dimensions spatiales et temporelles. Dans cette thèse, nous développons des méthodes, basées sur les comportements quotidiens des usagers, prenant en compte à la fois les comportements spatiaux et temporels. La méthodologie développée pour classifier les comportements des utilisateurs de cartes à puce s'appuie sur la méthode de distance corrélation croisée (cross correlation distance, ou CCD), sur la déformation temporelle dynamique (dynamic time warping ou DTW), sur la classification hiérarchique et sur l'échantillonnage. De plus, une méthode basée sur la densité est aussi abordée. Cette thèse est contribuée de quatre articles plus d'autre résultats présentés dans un chapitre distinct: (1) Afin de commencer la classification temporelle, une comparaison entre CCD et DTW est faite en vue de choisir la meilleure métrique et développer une méthode de classification des séries temporelles en utilisant la classification hiérarchique, et CCD a été prouvé meilleur dans ce cas-ci. Avec cette méthode proposée, un morceau des comportements temporels peut être classifié. (2) Afin de réaliser la classification temporelle pour les données massives, une méthode d'échantillonnage permettant de traiter les grands volumes de données provenant des systèmes de cartes à puce de transport en commun ainsi qu'un indicateur de calibration de cette méthode sont proposés. Cette méthode d'échantillonnage nous permet de classifier tous les comportements temporels d'usagers dans un réseau de transports en commun, et cet indicateur nous permet de choisir les meilleurs paramètres dans l'algorithme. (3) Afin de regrouper les comportements spatiaux et spatio-temporels d'usagers en transport en commun, des méthodes de classification spatiale et spatio-temporelle de comportements des usagers en ajustant l'algorithme de DTW sont développées, et des méthodes de visualisation des résultats en appliquant un graphique spatio-temporel en 3 dimensions sont aussi développées, en vue de montrer l'efficacité de l'algorithme. La visualisation des résultats nous montre l'effectivité de ces deux méthodes. (4) Afin de tester si la méthode de classification développée dans une ville s'applique dans une autre ville, nous développons une méthode de reconnaissance et de comparaison des comportements de deux villes entre le Canada et le Chile. Les résultats montent qu'environ 66% de comportements temporelles peuvent être reconnu donné un profile de transaction d'un jour, et l'exactitude de reconnaissance est environ 70%. (5) Afin d'analyser les résultats de les classifications spatiale et spatio-temporelle plus profonde, des analyses sont faits incluant la proportion de métro, le moyen et la déviation de trajectoire espace-temps etc, et ces analyse nous permet d'identifier les différences de demande entre les groupes obtenus. (6) En outre, des méthodes de classification de zones géographiques basées sur la densité pour la mesure du changement de comportements des usagers sont développés. Afin de tester ces méthodes, des données massives provenant des systèmes de perception automatique de la Société de Transport l'Outaouais (STO) de Gatineau et de TranSantiago de Santiago (Chili) sont utilisées. Concernant l'implémentation, les méthodes proposées sont programmées en Python. Les résultats des méthodes, non seulement permettent de regrouper les profils des usagers du transport en commun en quelques groupes et de mieux connaître les caractéristiques de chacun, mais aussi de développer une série de méthodes de visualisation, avec lesquelles les données peuvent être traitées automatiquement pour que des graphiques soient générés. Grâce à ces graphiques, les autorités de transport en commun peuvent traduire les données recueillies automatiquement pour illustrer la demande de transport. Par conséquent, des chercheurs espèrent ces contributions aideront les autorités pour planifier les transports en commun afin de mieux répondre aux demandes des citoyens.  ABSTRACT: Transit smart card data is useful for understanding the behavior of transit users. Numerous relevant research has been conducted on: (1) the use of smart card data, (2) data mining techniques and (3) the use of data mining with smart card data. In this research, the classification of user behavior is based on travel in which temporal and spatial classifications are considered as separate processes. We develop methods, based on the daily behaviors of users, taking into account both spatial and temporal behaviors. The methodology developed to classify the behavior of smart card users is based on the cross correlation distance (CCD) method, dynamic time warping (DTW), hierarchical classification and sampling method. In addition, the density-based method is also affected. This thesis is presented with four articles plus other results in a separate chapter: (1) In order to start the temporal classification, a comparison between CCD and DTW is made in order to choose the best metric and develop a method of classification of time series using hierarchical classification. CCD has been proved better in this case. A piece of temporal behaviors can be classified with this proposed method. (2) In order to achieve temporal classification for Big Data, a sampling method for processing large volumes of data from transit smart card systems and a calibration indicator for this method are proposed. This sampling method allows us to classify all the users' temporal behaviors in a public transport network, and this indicator allows us to choose the best parameters in the algorithm. (3) In order to classify the spatial and spatio-temporal behavior of users in public transport, methods of spatial and spatio-temporal classification of user behaviors by adjusting the DTW algorithm is developed, and a method of visualization of the results by applying a 3-dimensional spatio-temporal graph is also developed, to show the efficiency of the algorithm. The visualization of the results shows us the effectiveness of these two methods. (4) In order to test whether the classification method developed in one city applies in another city, we develop a method to recognize and compare the behavior of two cities between Canada and Chile. The results show that about 66% of temporal behaviors can be recognized given one-day transaction profiles of two cities, and the recognition accuracy is about 70%. (5) For a deeper view of the spatio-temporal classifications results, analyzes are made including the proportion of metro utilisation, the mean and the deviation of space-time trajectory etc, and these analyses allow us to identify the differences of demands between the clusters obtained. (6) In addition, density-based geographic classification methods for measuring the change of user behavior are developed. To test these methods, massive data from the Automated Collection System of the la Société de Transport l'Outaouais (STO) and the TranSantiago of Santiago de Chile are used. Regarding the implementation, the proposed methods are programmed in python. The result of these methods not only allows the profiles of transit users to be grouped in a few groups and better understand the characteristics of each, but also creates a series of visualization approaches with which data can be directly transferred to the graphs. With these graphs, transit authorities can translate automatically collected data into traveler demand. As a result, researchers hope that these contributions help the authorities to plan public transit by better meeting the demands of citizens.


identifier: Albouze, M. (2019). Analyse du rôle des intermédiaires de recherche dans le contexte de l'intelligence artificielle au Québec  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'intelligence artificielle est encore au tout début de son développement. Pourtant elle représente des opportunités sans précédent pour l'industrie et pour la société actuelle. Un écosystème de l'IA est en émergence actuellement au Québec et au Canada. Ainsi il semble intéressant d'étudier cet écosystème pour voir ce qu'il apporte au développement de l'IA au Québec. Cependant dans le cadre de cette étude, on se limite à l'écosystème de recherche universitaire, c'est-à-dire seulement l'écosystème composé d'universités, d'entreprises et d'intermédiaires de recherche entre les universités et les entreprises. À travers ce mémoire, qui est une étude exploratoire, on va ainsi étudier le rôle de cet écosystème de recherche, et si l'appellation « écosystème » convient à ce qui est en train de se créer au Québec. On va également étudier le rôle des intermédiaires de recherche, dans cet écosystème de recherche, et voir si l'appellation « d'intermédiaires », leur convient. L'analyse du rôle de ces « intermédiaires » va permettre de vérifier si ce sont des noeuds de collaboration dans cet écosystème de recherche. Pour répondre à ces questions et à ces constats, on va dans un premier temps faire une analyse de l'écosystème via des données secondaires et chercher à recréer à l'écosystème à travers une analyse réseau. Cette analyse réseau devrait permettre de montrer la collaboration dans cet écosystème, et si les intermédiaires de recherche sont des nœuds de collaborations. Dans un deuxième temps, on va comparer l'écosystème de l'IA à l'écosystème des matériaux avancés. On s'est rendu compte à travers l'analyse réseau et l'analyse de l'écosystème que d'autres écosystèmes existaient au Québec et qu'ils peuvent être un apport intéressant pour le développement de l'écosystème de l'IA. Le choix de l'écosystème des MA s'est fait ainsi. L'IA et les MA sont tous deux des technologies génériques, et des experts dans l'écosystème de l'IA et des MA existent et peuvent faciliter la comparaison et les apports pour l'écosystème de l'IA. Dans un troisième et dernier temps, on va procéder à des entrevues avec différents intermédiaires et experts de l'écosystème de l'IA et des MA. Ces entrevues vont permettre de faire une analyse de l'écosystème de recherche et de déterminer des recommandations pour l'écosystème de l'IA. On arrive ainsi à différents résultats et apports pour cette étude exploratoire. Un premier résultat, via l'analyse réseau, est de montrer que les intermédiaires de recherche sont des nœuds de collaborations. Ce ne sont pas les seuls nœuds de collaborations dans cet écosystème, mais ils jouent également ce rôle à plus grande échelle. Cependant il faut modérer le résultat, car cette analyse a été faite via des données secondaires. Elle représente bien l'écosystème de recherche de l'IA actuellement, mais elle n'est pas pour autant totalement fiable. Un deuxième résultat est le fait de monter que l'appellation « intermédiaire de recherche », choisit pour les entités de l'écosystème de recherche universitaire, ne correspond pas au rôle qu'ils jouent actuellement dans l'écosystème. De ce résultat découle le fait que cet écosystème de recherche n'est actuellement pas encore un écosystème. On peut caractériser cet écosystème actuellement de réseau complexe, mais pas encore d'écosystème. Un dernier résultat est la mise en avant de la nécessité d'une entité neutre, indépendante et leader de l'écosystème. On a ainsi proposé une organisation de l'écosystème de l'IA avec l'intégration de cette entité neutre et indépendante. Cette entité devrait permettre à l'écosystème de l'IA de se développer à son plein potentiel. Pour conclure, cette étude exploratoire s'inscrit dans le contexte d'un développement très fort de l'IA au Québec. Elle permet de mettre en avant des appellations à modifier dans l'écosystème et de proposer des pistes d'améliorations pour l'écosystème de recherche de l'IA. Cette étude exploratoire permet également de présenter les premières données de l'écosystème de l'IA au Québec. Cependant, certaines limites à cette étude existent. Par exemple, le fait que l'on base les recommandations sur une réplique d'un modèle existant, ou encore que seulement une petite partie de l'écosystème a été étudié.  ABSTRACT: Artificial intelligence is still at the very beginning of its development. Yet it represents unprecedented opportunities for the industry and for today's society. An AI ecosystem is currently emerging in Quebec and Canada. So it seems interesting to study this ecosystem to see what it brings to the development of AI in Quebec. However, this study is limited to the university research ecosystem, that is, only the ecosystem composed of universities, companies and research intermediaries between universities and companies. Through this brief, which is an exploratory study, we will study the role of this research ecosystem and whether the term "ecosystem" is appropriate for what is being created in Quebec. We will also study the role of research intermediaries in this research ecosystem and see if the term "intermediaries" is appropriate for them. The analysis of the role of these "intermediaries" will make it possible to verify if they are nodes of collaboration in this research ecosystem. To answer these questions and observations, we will first do an ecosystem analysis using secondary data and try to recreate the ecosystem through a network analysis. This network analysis should make it possible to show collaboration in this ecosystem, and whether research intermediaries are nodes of collaboration. In a second step, the AI ecosystem will be compared to the advanced materials ecosystem. Through network analysis and ecosystem analysis, it was realized that other ecosystems existed in Quebec and that they could be an interesting contribution to the development of the AI ecosystem. The choice of the AD ecosystem was made as follows. AI and MA are both generic technologies, and experts in the AI and MA ecosystem exist and can facilitate comparison and contributions to the AI ecosystem. Thirdly and finally, interviews will be conducted with various intermediaries and experts in the AI and MA ecosystem. These interviews will provide an analysis of the research ecosystem and determine recommendations for the AI ecosystem. This leads to different results and contributions for this exploratory study. A first result, via network analysis, is to show that research intermediaries are nodes of collaboration. These are not the only collaborative nodes in this ecosystem, but they also play this role on a larger scale. However, the result must be moderated, as this analysis was done using secondary data. It is well representative of the current AI research ecosystem, but it is not totally reliable. A second result is the fact that the term "research intermediary", chosen for entities in the university research ecosystem, does not correspond to the role they currently play in the ecosystem. This result results in the fact that this research ecosystem is not yet an ecosystem. This ecosystem can currently be characterized as a complex network, but not yet as an ecosystem. A final result is the emphasis on the need for a neutral, independent and leading entity in the ecosystem. An AI ecosystem organization was proposed with the integration of this neutral and independent entity. This entity should allow the AI ecosystem to develop to its full potential. To conclude, this exploratory study is part of a very strong development of AI in Quebec. It makes it possible to highlight designations to be modified in the ecosystem and to propose ways of improving the AI research ecosystem. This exploratory study also presents the first data on the AI ecosystem in Quebec. However, there are some limitations to this study. For example, the fact that recommendations are based on a replica of an existing model, or that only a small part of the ecosystem has been studied.


identifier: Guittin, L. (2019). Étude d'une opportunité de création de réseaux de symbiose industrielle dans un cadre urbain  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'écologie industrielle est une vision relativement récente du fonctionnement des systèmes industriels visant à revoir l'approche linéaire des standards actuels afin d'orienter les industries vers des écosystèmes imitant le fonctionnement de la biodiversité naturelle. A cet effet, la symbiose industrielle est une des approches de l'écologie industrielle visant à intégrer notamment l'échange de matières résiduelles entre entreprises pour limiter l'utilisation de matières vierges et le traitement excessif des déchets. La mise en place de symbioses industrielles est une démarche qui s'inscrit dans une dynamique complexe dans laquelle les industries se doivent d'être sensibilisées à cette nouvelle approche et dans laquelle la recherche de correspondances techniques pour les matières et procédés est nécessaire pour permettre ces échanges. L'étude de plusieurs exemples existant à travers le monde ont montré la diversité des approches adoptées, selon la nature des industries et le choix des zones d'études. Une zone d'étude urbaine comme celle de l'Île-de-Montréal comporte plusieurs caractéristiques notables comme la présence d'un grand nombre de secteurs industriels et d'entreprises. Ceci augmente considérablement la possibilité d'y mettre en place des synergies (une synergie est un échange de matière résiduelle entre deux entreprises). Ce mémoire propose une approche de mise en place de réseaux de symbiose industrielle dans une telle zone d'études avec une approche macro par activités industrielles permettant une possibilité large de sélections d'entreprises. Une méthodologie de recherche aboutissant à la proposition de synergies en deux points majeurs est proposée : - Le choix d'activités industrielles à associer pour obtenir des structures d'échanges possibles et donc sélectionner ensuite des entreprises qui peuvent collaborer - Un outil d'optimisation mathématique proposant des synergies entre ces entreprises en guise d'outil d'aide à la décision. Ce deuxième point fait par ailleurs l'objet d'une discussion sur la portée et l'utilisation de la méthode pour un animateur de symbiose industrielle : l'applicabilité de cette méthode est à portée macro et permet d'exprimer des potentiels de symbiose industrielle sous les objectifs énoncés. Pour atteindre une utilisation micro et ainsi aspirer à une réelle mise en place, l'outil mathématique peut être utilisé de manière itérative en parallèle de la mise en place de synergies avec l'ajustement de certaines synergies sous formes de contraintes lorsqu'une incompatibilité pratique est détectée. Enfin, une conclusion sur les limites et les améliorations possibles est proposée.  ABSTRACT: Industrial ecology is a relatively recent vision of the operation of industrial systems aimed at revising the linear approach of current standards in order to guide industries towards ecosystems imitating the functioning of natural biodiversity. To this end, industrial symbiosis is one of the approaches of industrial ecology aimed at integrating in particular the exchange of residual materials between companies to limit the use of virgin materials. The establishment of industrial symbiosis is an approach that is part of a complex dynamic in which industries must be aware of this new approach and in which the search for technical correspondences for materials and processes is necessary to allow these trades. The study of several examples from around the world showed the diversity of approaches adopted, according to the nature of the industries and the choice of study areas. An urban area such as the Island of Montreal has several notable characteristics, such as the presence of a large number of industrial sectors and a large number of manufacturers. This considerably increases the possibility of setting up synergies (a synergy is an exchange of residual material between two companies). This thesis proposes an approach of setting up industrial symbiosis networks in such a study zone with a macro approach by industrial activities, allowing a wide possibility of selections of companies. A research methodology leading to the proposal of synergies in two major points is proposed: - The choice of industrial activities to associate to obtain possible exchange structures and then select companies that can collaborate - A mathematical optimization tool proposing synergies between these companies as a decision support tool This second point is also the subject of a discussion on the scope and use of the method for an industrial symbiosis facilitator: the applicability of this method is macro-wide and allows the expression of industrial symbiosis potentials. under the stated objectives. To achieve a micro-wide use and to aspire to a real implementation, the mathematical tool can be used iteratively in parallel with the establishment of synergies with the adjustment of certain synergies and constraints and with the new application of the tool when a practical incompatibility is detected. Finally, a conclusion on the limits and possible improvements is proposed.


identifier: Plastre, L. (2019). Prédiction de l'érosion de cavitation par une méthode multi-échelle  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet porte sur la prédiction de l'érosion de cavitation permise par l'implémentation d'un modèle numérique. Celle-ci doit permettre de déterminer quelles seront les zones les plus menacées par le phénomène ainsi que de quantifier de manière relative l'érosion de cavitation. Dans le domaine des turbines hydrauliques, la cavitation, caractérisée par l'apparition de bulles qui ont un pouvoir érosif lorsqu'elles implosent, a des conséquences néfastes pour les installations. En effet, des vibrations sont rencontrées, du bruit est engendré et des dégradations du matériel par érosion sont inévitables. Les machines sont alors endommagées, ce qui réduit leurs durées de vie. Bien que le phénomène soit connu, il convient de l'appréhender de manière suffisamment complète afin de le contraindre efficacement, notamment grâce au développement de nouveaux procédés. Ainsi, anticiper l'impact de l'érosion sur les surfaces matérielles est motivé tant par des raisons technologiques qu'économiques. Cette aspiration est néanmoins rendue difficile par le fait que le problème implique deux échelles distinctes : l'échelle de l'écoulement, dite macroscopique, ainsi que l'échelle des bulles, dite microscopique. Ce travail vise à mettre en place le modèle de prédiction choisi grâce à l'utilisation couplée de deux outils : un solveur fluide commercial (CFX), ainsi qu'un module Python. L'enjeu est ici de proposer une démarche numérique optimisée reposant sur ces dispositifs et permettant d'obtenir les résultats recherchés, à savoir la localisation ainsi que la quantification de l'érosion de cavitation pour la configuration à l'étude. Les étapes de validation ont été menées sur des cas d'étude constitués de profils d'aile dans des veines d'essai pour lesquels des résultats expérimentaux étaient disponibles dans la littérature. Une méthode hiérarchisée en plusieurs étapes détaillées ci-dessous a été suivie : 1. Détermination, mise en place et validation de la démarche relative à l'échelle macroscopique 2. Mise en place des calculs relatifs à l'échelle microscopique nécessaires à la détermination du coefficient d'érosion de cavitation 3. Visualisation des résultats et comparaison avec les données de la littérature  ABSTRACT: This project relates to the prediction of cavitation erosion done with the implementation of a numerical model. The work aims at predicting two aspects of the phenomenon: determining areas most endangered and quantifying cavitation erosion in a relative way. In hydraulic turbines, cavitation, characterized by the apparition of bubbles which have an erosive power when they implode, has unwanted consequences. Indeed, vibrations, noise and material degradation are at stake. This is damaging for hydraulic machinery and threatens the lifespan of every installation. Even if this issue is relatively well-known, it should be noted that gaining a better picture of the phenomenon is needed to limit adequately its impact, through the development of new processes. Thus, developing a method which can anticipate this phenomenon with good accuracy is vital from the designer's perspective for both technological and economical reasons. Nevertheless, attaining this objective is complicated by the fact that this is a two scales problem: a macroscopic one, flow related, and a microscopic one, centered on bubbles. This work aims at implementing a cavitation erosion prediction model thanks to the combined use of a commercial solver (CFX) and a Python module. The challenge is to propose an optimized numerical method based on these tools to obtain the expected results, which are the localization and the quantification of cavitation erosion for the studied configuration. Validation steps were conducted on case studies composed of foils in water tunnels for which experimental results were available in the literature. The several stages of the used method are enumerated as follows: 1. Determination, implementation and validation of the macroscopic approach 2. Implementation of the calculations for the microscopic scale which are needed for the determination of the cavitation erosion coefficient 3. Visualization of the results and comparison with reference data


identifier: Ouffa, N. (2019). Solubilité de différents minéraux aluminosilicatés en vue de leur contribution à la géopolymérisation dans les remblais miniers en pâte  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation du remblai minier en pâte cimenté (RMPC) est devenue une pratique quasiment incontournable dans les mines souterraines, en raison de ses nombreux avantages, notamment, sur les plans de la productivité minière, de la sécurité des travailleurs et de la réduction de l'empreinte écologique au niveau du site minier. Cependant, l'augmentation constante des coûts des ciments et des ajouts minéraux (ex. du laitier de haut fourneau ou slag) rend ce type de matériaux de plus en plus dispendieux. Dans la plupart des cas, le coût du liant (ciments et ajouts minéraux) atteint plus de 75% des coûts d'opération de remblayage. Pour faire face à ce problème de coûts tout en maintenant les performances des RMPC, la recherche s'est avérée pertinente afin de trouver des liants alternatifs conférant aux remblais miniers des propriétés géotechniques acceptables avec des coûts moins élevés. La géopolymérisation des résidus miniers, en tant que matériaux riches en alumine et en silice, est une technique prometteuse. Les géopolymères s'obtiennent par copolymérisation d'éléments individuels aluminosilicates provenant généralement de la dissolution alcaline de phases riches en silice et alumine. Par conséquent, les résidus miniers abitibiens, généralement riches en minéraux aluminosilicatés, pourraient constituer une matière première potentielle pour la géopolymérisation et donc pour la fabrication de remblais miniers en pâte géopolymère (RMPG). Il est anticipé que ce nouveau type de remblai serait moins coûteux que le RMPC et pourrait développer de très bonnes stabilités mécanique et chimique et une meilleure fixation des métaux toxiques. Ce projet a pour objectif principal d'évaluer le potentiel de la géopolymérisation des résidus miniers (avec ou sans additifs) pour la fabrication de remblais miniers en pâte. Plus spécifiquement, le projet vise à : (i) Réaliser des tests de dissolution alcaline de différents minéraux aluminosilicatés, fréquents dans les résidus miniers abitibiens, afin de sélectionner les minéraux les plus favorables à la géopolymérisation et à trouver les facteurs qui contrôlent la dissolution de ces minéraux, (ii) évaluer l'effet d'enrichissement des résidus miniers par ces phases minérales sélectionnées (ou par d'autres matériaux aluminosilicates, le cas échéant) sur la résistance mécanique des remblais géopolymères, (iii) sélectionner une recette optimale de remblai géopolymère et faire une comparaison économique sommaire avec la recette de remblai de référence (à base de liant composé 20%GU/80%SLAG).  Les résultats des tests de dissolution alcaline des minéraux purs ainsi que des essais de géosynthèse (par activation alcaline) de remblai à base de résidus bruts ont montré que le potentiel de géopolymérisation dans les remblais miniers est appréciable; la cinétique de réaction (de géopolymérisation) est, cependant, lente. En effet, les résistances développées par les remblais géopolymères sont appréciables dans le contexte minier, mais ne sont obtenues qu'à long terme (au-delà de 28 jours).  Par conséquent, pour assurer la résistance requise des remblais à court terme, plusieurs formulations de liants géopolymères ont été testées sur un remblai synthétique (dont le squelette est un sable fin considéré comme inerte au lieu des résidus réactifs). Ces liants sont obtenus par activation alcaline (par NaOH) des mélanges de GGBFS/ FA_F (laitier de haut fourneau granulé broyé/cendres volantes type F). Cette étude a permis de trouver des formulations de liants géopolymères pouvant assurer la résistance des remblais à court terme (≤28 jours). Les résultats de cette étude ne sont pas rapportés dans ce mémoire et feront l'objet d'une future publication.  Enfin, sous la lumière des résultats précédents, différentes formulations de remblai minier ont été testées suivant des plans de mélanges standards (de Taguchi). Ces formulations ont été faites sur la base des résidus de la mine Goldex pour leur contenu en minéraux aluminosilicatés. L'analyse de résultats de ces plans ont permis de conclure que la géopolymérisation dans les remblais miniers est très prometteuse et que la substitution du ciment portland est ainsi possible. Le coût de nouveau remblai reste, cependant, très dépendant du prix de NaOH. Mots clés : Dissolution alcaline, géopolymérisation, aluminosilicates, résidus miniers, liants alternatifs, remblai minier en pâte.  ABSTRACT: Cemented paste backfills (CPBs) have become common practice in many modern underground hard-rock mines, primarily due to increasing ore recovery and the safety of mine workings, as well as reductions in the amount of tailings requiring surface storage. However, the constant increase in the costs of Portland cement and other cementitious additives (e.g. blast furnace slag) makes CPB more expensive. In most cases, the cost of the binder (e.g. Portland cement or other additives) exceeds 75% of backfilling operation costs. To address this constraint while ensuring the performance of CPBs, there is a need for alternative binders that result in acceptable technical properties and lower costs. One potential solution is the geopolymerisation of mine tailings. The geopolymers are obtained by polycondensation of aluminosilicates species originating form dissolution of aluminosilicates materials at strongly alkaline medium in the presence (or not) of soluble silicates. Mine tailings, mostly rich in aluminosilicates minerals, could be a potential raw material for geopolymerisation and thus for the manufacture of geopolymer paste backfill (GPB). This new type of backfill is anticipated to be less expensive than the CPB and could develop very good geomechanical and chemical stabilities and better encapsulation of toxic metals.  The main objective of this project is to evaluate the geopolymerization potential of mine tailings (with or without additives) to synthesis mine paste backfill. More specifically, the project aims to: (i) study the alkaline dissolution of various pure aluminosilicate minerals (frequent in mine tailings). The experiments aimed in selecting the most favorable silicate to geopolymerization and finding the factors that control the alkaline dissolution of these minerals.  (ii) Study the enrichment effect of tailings by these selected mineral phases (or other aluminosilicates materials, if necessary) on the mechanical strength of geopolymer backfills, (ii) select an optimal geopolymer backfill recipe and make a brief economic comparison with the reference backfill recipe (backfill based blended binder 20%GU/80%SLAG).  The results of alkaline dissolution tests of pure minerals and geosynthesis tests (by alkaline activation) of pure tailings-based backfill have shown that the geopolymerization potential in mine backfills is significant; however, reaction (geopolymerization) kinetic is slow. Indeed, the developed strength by geopolymer backfill is appreciable in the mining context but is only obtained in the long term (beyond 28 days).  Therefore, to ensure the required strength of the backfill in the short term (≤28 days), several geopolymer binder formulations were tested on a synthetic backfill (based on fine sand instead of mine tailings). These binders are obtained by alkaline activation (by NaOH) of the mixtures GGBFS/FA_F (ground granulated blast furnace slag/type F fly ash). This study identified geopolymer binder formulations that could provide short-term backfill strength (≤28 days). The results of this study are not reported in this report and will be the subject of a future publication.  Finally, in the light of the above results, different mine backfill formulations were tested according to standards design of experiments (Taguchi method). These formulations were based on the Goldex mine tailings for their aluminosilicate minerals content. The analysis of the results of these designs of experiments concluded that geopolymerization in mine backfill is very promising and that the substitution of Portland cement is possible. The cost of new backfill remains, however, highly dependent on the price of NaOH. Keywords: Alkaline dissolution, geopolymerization, aluminosilicates, mine tailings, alternative binders, mine paste backfill.


identifier: Mohammadalitajrishi, M. (2019). Solving Systems of Linear Equalities in Modular Arithmetic with Applications to Model Counting in Constraint Programming  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le comptage et l'échantillonnage de modèles sont deux problèmes fondamentaux en intelligence artificielle. La théorie de ces problèmes remonte aux années 1980. Il existe différents problèmes dans divers domaines, tels que l'apprentissage automatique, la planification, les statistiques, etc., dont on sait qu'ils sont difficiles à calculer. Même trouver une solution unique peut être une lutte pour de tels problèmes; compter le nombre de solutions est beaucoup plus difficile. Ainsi, le comptage approximatif des modèles pourrait être utile pour les résoudre. L'ideé de ce travail vient des travaux précédents qui sont davantage axés sur les variables binaires. Ils utilisent des techniques basées sur le hachage en générant des contraintes XOR de manière aléatoire pour partitionner l'espace des solutions en petites cellules, puis en utilisant un solveur SAT pour compter à l'intérieur d'une cellule aléatoire. Les solveurs SAT sont utilisés pour les domaines binaires, mais nous proposons ici d'utiliser des solveurs CP pour les domaines non binaires. Le but de cette recherche est de présenter un algorithme permettant de compter approximativement le nombre de solutions d'un modèle de CP. Dans la première étape, nous commençons à diviser l'espace des solutions en p petites cellules à chaque contrainte de mod p ajoutée conformément à l'arithmétique modulaire p. Ensuite, en utilisant l'algorithme d'élimination de Gauss-Jordan, nous essayons de simplifier le système de contraintes linéaires générées aléatoirement. De plus, nous introduisons un algorithme qui, en créant un graphe, filtre les domaines des variables dans une petite cellule aléatoire. Après avoir compté le nombre de solutions dans une petite cellule, nous estimons le nombre de solutions en multipliant le nombre de solutions dans une cellule par le nombre de cellules.  ABSTRACT: Model counting and sampling are two fundamental problems in artificial intelligence. The theory of these problems goes back to the 1980s. There are different problems in various areas like machine learning, planning, statistics and so on which are known to be computationally hard. Even finding a single solution can be a struggle for such problems; counting the number of solutions is much harder. Thus, approximate model counting could be useful to solve them. The idea of this work comes from previous works which are focused more on binary variables. They use hashing-based techniques by generating random XOR constraints to partition the solution space into small cells and then use a SAT solver to count inside a random cell. SAT solvers are used for binary domains but we propose here to use CP solvers for non-binary domains. The goal of this research is to present an algorithm for approximately counting the number of solutions of a CP model. In the first step, we start to divide the solution space into p small cells at each added mod p constraint according to modular arithmetic p. Then by using the Gauss-Jordan elimination algorithm we try to simplify the system of randomly generated linear constraints. Moreover we introduce an algorithm that by creating a graph incrementally filters variable domains in one random small cell. After counting the number of solutions in one small cell we estimate the number of solutions by multiplying the number of solutions in one cell by the number of cells.


identifier: Brika, Z. (2019). Optimisation de la planification stratégique d'une mine à ciel ouvert en tenant compte de l'incertitude géologique  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour l'industrie minière, la planification est une étape critique impliquant plusieurs niveaux de décisions. Ces décisions se prennent à chaque maillon de la chaine d'approvisionnement d'un complexe minier à savoir l'extraction, le transport, le stockage, le concassage, le traitement, etc. La complexité des problèmes de planification est modulable selon le degré de détails qu'on veut considérer et le nombre de composantes de la chaine qu'on veut intégrer. Cette thèse s'intéresse aux problèmes de planification stratégique des mines à ciel ouvert dans un contexte d'incertitude géologique. L'objectif principal porte sur le développement d'un outil mathématique efficace et robuste pour soutenir les compagnies minières dans leurs processus de prise de décision. Pour ce faire, différentes variantes du problème ont été à l'étude, considérant, entre autres, plusieurs destinations et plusieurs éléments géologiques d'intérêt et incluant aussi des options d'investissement. Dans le premier article, un modèle de base est présenté. À partir d'une représentation du gisement discrédité en blocs, on cherche à déterminer quand, le cas échéant, extraire chaque bloc et où l'envoyer : vers le stérile ou les usines de traitement. Cet ordonnancement doit être choisi de sorte que les profits générés par l'exploitation du gisement soient maximisés tout en minimisant les déviations des objectifs de production et en respectant les liens de préséance existants entre les blocs ainsi que les contraintes de ressources. Pour cet article, l'emphase est surtout mise sur la méthode de résolution qui servira de gabarit pour les autres variantes. Il s'agit d'une méthode de décomposition (basée sur l'approche de Bienstock et Zuckerberg) combinée avec une heuristique d'arrondissement et une recherche Tabou (RT). Les résultats obtenus, tant au niveau de la qualité de la solution que le temps de résolution, ont motivé l'extension du modèle en deux variantes dans les articles 2 et 3 tout en conservant plus ou moins la même stratégie de résolution. Le deuxième article intègre les piles de minerai au modèle précédent. Le défi était de correctement modéliser le flux de matière au niveau des piles en considérant les limitations des méthodes d'optimisation existantes. Pour ce faire, un nouveau modèle linéaire a été développé. Ce dernier rompt avec les modèles classiques qui assument une homogénéisation parfaite des matériaux une fois arrivés dans la pile et propose une toute nouvelle approche permettant une estimation exacte du contenu des piles. Les limitations de cette formulation sont discutées et des recommandations pour y remédier sont aussi suggérées. Comme troisième objectif, une certaine forme de flexibilité est rajoutée au modèle en intégrant des options d'investissement sur de nouveaux équipements. On montre que cette flexibilité permet d'augmenter la production et générer ainsi plus de profits. Pour résoudre cette variante, des adaptations ont dû être apportées à la méthode de résolution initiale. Une parallélisation au niveau de la RT a notamment été implémentée afin d'améliorer les temps de calcul de cette étape.  ABSTRACT: In the mining industry, planning is a critical step involving multiple decision levels. These decisions are made at each stage of the mineral value chain in a mining complex, namely extraction, transportation, storage, crushing, processing, etc. The complexity of scheduling problems can be varied according to the degree of details we want to consider and the number of components of the chain we want to integrate. This thesis addresses the open pit mine strategic planning problem under geological uncertainty. The main objective is to develop an effective and robust mathematical tool to support mining companies in their decision-making processes. In order to achieve this, different variants of the problem have been studied, considering, among others, several destinations and multiple geological elements of interest and including investment options. In the first paper, a basic model is presented. Given a three-dimensional representation of the deposit discretized into blocks, the model seeks to determine when, if ever, to extract each block and where to send it: towards waste dump or processing facilities. This scheduling must be chosen in a way that the profits generated by the deposit exploitation are maximized while minimizing the deviations from the production targets and respecting the slope constraints as well as the resource constraints. For this paper, the emphasis is mainly on the solution approach that will be used as a template for the next variants. It is based on a decomposition method (originally presented by Bienstock and Zuckerberg) combined with a rounding heuristic and a Tabu search. The results obtained, both in terms of solution quality and running time, motivated the extension of the model to two variants in papers 2 and 3 while retaining the same resolution strategy's structure. The second paper integrates stockpiling as part of the optimization process. The challenge was how to correctly model the material flow inside the stockpiles considering the limitations of existing optimization methods. To tackle that, a new linear model has been developed. The latter breaks with the classic models that assume homogeneous mixing of the material once arrived in the stockpile and proposes a new approach for an accurate estimation of the stockpile content. The limitations of this formulation are discussed and recommendations to bypass them are also suggested. As third objective, some form of flexibility is added to the model by including capital expenditure options. This flexibility allowed to increase production tonnage and thus generate more profits. To solve this variant, some adaptations had to be made to the initial solution approach. In particular, a parallelization at the level of the Tabu search heuristic was implemented in order to speed-up this step.


identifier: Jaramillo, J. M. (2019). Évaluation de la performance d'un système Ilizarov modifié pour la réduction des fractures radius-cubitus chez le chien  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Introduction: Les défis des vétérinaires dans la réparation des fractures consistent à réduire les dommages tissulaires, effectuer la chirurgie le plus rapidement et effectuer une réduction osseuse parfaite. L'utilisation d'un fixateur externe Ilizarov a un impact tissulaire minime, en tant que réducteur et stabilisateur des fractures lors de la fixation interne avec vis et plaques. L'objectif de ce travail était la conception d'un système modifié et sa validation. Méthodes : Le développement des maquettes numériques, une optimisation topologique et des analyses numériques par éléments finis du système modifié ont été réalisés. Trois tests mécaniques ont été effectués afin d'évaluer les attaches des K-wires, les barres latérales et les demi-anneaux. Résultats. Les résultats des tests de résistance d'attache entre les moyennes des charges maximales ne sont pas significativement différents entre le système illizarov classique et notre système modifié. Les barres latérales du système modifié ne présentent aucune déformation plastique, contrairement au système standard. De plus, les déformations externes des demi-anneaux sont mineures dans le système modifié, mais plus élevées à l'intérieur comparé au système Standard. Conclusion. Le système amélioré présente des propriétés supérieures ou équivalentes au système standard en ce qui attrait à la résistance mécanique du système. L'utilisation de ce dispositif pour la réduction et stabilisation des fractures radius-cubitus aura une meilleure ergonomie, une facilité d'installation et un gain de temps lors de la chirurgie, tout en évitant des dommages tissulaires importants.  ABSTRACT: Introduction: Veterinarian's challenges in fracture repair consists in reducing tissue damages, performing the surgery as quickly as possible and achieving a perfect bone reduction. The use of an Ilizarov external fixator has a minimal tissue impact, as a reducer and stabilizer for fractures during internal fixation with screws and plates. The objective of this work was the design of a modified system and its validation. Methods: The development of the numerical model, a topological optimization and a numerical analysis by finite elements of the modified system were realized. Three mechanical tests were performed to evaluate K-wire ties, sidebars and half-rings.  Results: The resistance's tests for the ties between the maximum loads averages are not significantly different. The lateral bars of the modified system have no plastic deformation, unlike the standard system. Also, the external deformations of the half-rings are minors in the modified system but higher inside compared to the standard system. Conclusion: The improved system has equivalent or higher properties compared to the standard system in terms of mechanical strength. The use of this device for the reduction and stabilization of radius-ulna fractures will have better ergonomics, ease of installation and time saving during surgery, while avoiding significant tissue damage.


identifier: Abdul Nour, E. (2019). Analyseur de réseau à base de deux six-ports fonctionnant à 0.915 et 2.45 GHZ  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un analyseur de réseau est un appareil servant à mesurer les paramètres S d'un circuit RF sur une certaine plage de fréquences. Le but de ce travail est de construire un analyseur de réseau, grâce à deux six-ports, pouvant mesurer les paramètres S d'un circuit à deux ports aux fréquences de 0.915 et 2.45 GHz. La structure six-port permet de mesurer le coefficient de réflexion d'une charge branchée à son port 2, grâce seulement aux mesures des puissances aux sorties de ses ports 3, 4, 5 et 6. Elle possède l'avantage qu'elle ne requiert pas de mesurer la phase de l'un des signaux de sortie, mais seulement leur puissance, afin de mesurer un coefficient de réflexion. En effet, en haute fréquence, on ne peut pas insérer une sonde, comme en basse fréquence, à un endroit dans le circuit, sans alterner le signal. Cela aurait pour effet de modifier l'impédance caractéristique à cet emplacement dans le circuit. La structure six-port est un circuit très simple permettant de mesurer un coefficient de réflexion, mais au prix d'une procédure de calibration complexe. Cela est dû au fait que les defaults de la structure et des détecteurs de puissance sont pris en compte par l'algorithme de calibration. On a choisi de travailler aux fréquences de 0.915 et 2.45 GHz, puisque ces deux fréquences sont très importantes pour l'industrie. Cela est dû au fait que ces deux fréquences sont comprises dans la bande de fréquence ISM ( industrial, scientific and medical radio band). Les fréquences comprises dans ces bandes sont réservées à des applications autres que les télécommunications. On attribue des bandes de fréquences spécifiques à ces applications, afin qu'elles ne causent pas d'interférences avec les communications radios. L'usage de ces fréquences est réglementé, mais pour émettre à ces fréquences une licence n'est pas nécessaire. La fréquence de 2.45 GHz est reconnue pour être utilisée par les fours micro-ondes. Ces fréquences sont aussi utilisées par la technologie Bluetooth, les réseaux utilisant le protocole ZigBee et pour chauffer du plastique. Dans ce travail, on commence par présenter le six-port qui sera utilisé. Ce dernier est fabriqué, grâce à la technologie micoruban. Il est constitué d'un double cercle symétrique de cinq ports et d'un coupleur 10 dB. On utilise un double cercle, puisque le six-port doit fonctionner à deux fréquences. Après cela, on présente une courte introduction sur les concepts théoriques de base permettant de caractériser les circuits hautes fréquences. On explique notamment ce qu'est un coefficient de réflexion, un coefficient de transmission et une matrice de paramètres S.  ABSTRACT: A network analyzer is a device used to measure the S parameters of a rf circuit on a specific frequency band. The goal of this work is to build a network analyzer, with two six-ports, that can measure the S parameters of a two ports rf circuit at the frequency of 0.915 and 2.45 GHz.  The six-port structure allow us to measure the reflection coefficient of a charge connected to his port 2, using only the measures of the powers detected at the ports 3, 4, 5 and 6. This structure has the advantage that no phase measurement is required, but only powers measurement. Indeed, at high frequency, we can't use a probe to measure the phase of a signal like at low frequency. This would have the consequence to change the characteristic impedance at this emplacement of the circuit. The six-port structure is a simple rf circuit that allow us to measure a reflection coefficient, but at the price of a complex calibration procedure. This is because the defaults of the six-port and the power detectors are considered in the calibration procedure. We have chosen to work at the frequency of 0.915 and 2.45 GHz because these frequencies are important for the industry. This is because these frequencies are included in the ISM band of frequencies (industrial, scientific and medical radio band). These frequencies are reserved for other applications than the telecommunications. We attribute specific frequencies to these applications, so they don't cause interferences with the radio communications. The usage of these frequencies is regulated, but there is no need for license to use them. The frequency of 2.45 GHz is known for being used by microwave to heat food. These frequencies are also used by the Bluetooth technology, the networks using the ZigBee protocol and to heat plastic. In this work, we start by presenting the six-port that we are going to use. This six-port was made using the microstrip line technology and work at two frequencies. He is constituted of a double ring of five ports and a 10dB coupler. We use a double ring because this six-port must work at two frequencies. After that, we present a short introduction on the theoretical concepts that allow us to characterize a rf circuit. We explain what a reflection coefficient is, a transmission coefficient is, and a S parameters matrix is. In the second part of this work, we explain how the architecture chosen for the six-port allow us to have the S parameters matrix needed to measure the reflection coefficient of a charge connected to his port two.


identifier: Myles, A. S. (2019). Development of a New Building-Integrated PV-Thermal Solar Module  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les caractéristiques des modules solaires PV sont déterminées dans les conditions normales d'essai (STC)avec une température ambiante de 25°C. Toutefois, dans les conditions de fonctionnement,la température normale d'opération de la cellule (NOCT) est généralement supérieure de 20°C audessusde cette température ambiante. Ceci fait que dans les conditions réelles le module délivreune puissance inférieure à sa valeur nominale.Cette diminution est généralement de - 0,4% par °C au-dessus des conditions STC. Dans les climats chauds, les températures des cellules solaires sont encore plus élevées, réduisant ainsi plus significativement l'énergie électrique de sortie des modules PV.  ABSTRACT: This research work develops the concept and a prototype of a novel Building-Integrated Photovoltaic-Thermal (BIPV-T) solar module (collector). The concept proposes water cooling individual solar cells in a module uniformly to improve performance of photovoltaic (PV) modules. A simulation study was conducted using TRNSYS software that shows upto 11% improvement over module without cooling and 4.3% improvement in performance if individual cells could be cooled uniformly. Based on the analysis of our simulation results, a novel concept of a cooling pipe layout (heat exchanger) is proposed. This will improve the performance over conventionally used series cooling of solar cells in BIPV-T modules. This will help to open a new design of photovoltaic technology based on the proposed BIPV-T module.