identifier: Huard, M. V. (2012). Gestion du cycle de vie des appareils médicaux électroniques : constats et défis au sein des hôpitaux montréalais  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion du cycle de vie des appareils médicaux électroniques représente une problématique importante dans les services publics de la santé et en particulier dans les hôpitaux. Dans le cas de ces institutions, la compréhension générale du cadre règlementaire, financier et organisationnel permet de situer les enjeux et les conditions dans lesquelles la gestion du cycle de vie peut être pratiquée. Toutefois, il existe très peu de données disponibles sur l'état de la question au Québec. L'objectif de cette recherche est donc de dresser un portrait et ce, dans le cas particulier des hôpitaux montréalais. Ce mémoire propose d'abord un survol des études pertinentes à une compréhension de la gestion du cycle de vie des appareils médicaux électroniques. La littérature permet de différencier les appareils médicaux électroniques des autres appareils électroniques. Elle analyse le cycle de vie des appareils médicaux électroniques tout en faisant ressortir les différentes initiatives utiles à la réduction des impacts négatifs sur la santé et l'environnement. Elle met notamment en évidence le processus de la gestion des déchets électroniques hospitaliers et fournit les détails du fonctionnement des différents types d'acquisition d'appareils médicaux. La recherche empirique décrite dans ce mémoire est de nature exploratoire et vise à identifier le processus de gestion du cycle de vie des appareils médicaux électroniques dans les hôpitaux montréalais est écologique. Un total de onze organisations (dont neuf hôpitaux) ont fait l'objet d'une analyse par le biais d'études de cas. Les neuf hôpitaux étudiés représentent près de 80% du parc d'appareils médicaux de l'île de Montréal et font partie des cinq catégories d'institutions de santé présentes sur l'île de Montréal. Ces hôpitaux se différencient notamment par leur vocation et par la valeur de leur parc d'appareils médicaux. L'analyse des résultats permet de mieux identifier les différents acteurs influençant le cycle de vie des appareils médicaux électroniques dans les hôpitaux. Elle permet également d'analyser les différentes étapes du cycle de vie des appareils médicaux électroniques dans un hôpital montréalais type. Globalement, la recherche démontre qu'il existe encore très peu d'initiatives concrètes eu égard à la gestion du cycle de vie des appareils médicaux électroniques au sein des hôpitaux montréalais.  L'étude propose des recommandations visant à favoriser l'émergence d'une plus grande sensibilité écologique vis-à-vis la gestion de ces appareils.  ABSTRACT: Lifecycle management of electronic medical devices is a major issue in healthcare systems. In hospitals, the general knowledge of regulatory, financial, and organizational frameworks allows identifying the issues and conditions of lifecycle management. However, there is little data on this subject in Quebec. The objective of this study was therefore to provide an overview of the situation, and of Montreal hospitals in particular. This master's thesis first provides a brief review of the literature on lifecycle management of electronic medical devices. Distinctions are made between medical and other electronic devices. An analysis of the lifecycle of electronic medical devices is then presented, highlighting a number of effective initiatives to reduce negative impacts on health and the environment. The management of electronic waste in hospitals is also described, along with a detailed account of acquisition processes. This study is an empirical exploration that aims to determine whether the lifecycle management of electronic medical devices in Montreal hospitals can be considered ecological. Case studies were conducted of 11 organizations, including nine hospitals. The hospitals account for about 80% of the medical device inventory on the Island of Montreal and represent five categories of healthcare institutions, distinguished in terms of vocation and the value of their medical device inventory. The analysis of the results enables a better identification of the various actors that influence the lifecycle of electronic medical devices as well as lifecycle stages in Montreal hospitals. Overall, the results indicate that few concrete initiatives have been taken to manage the lifecycle of electronic medical devices in Montreal hospitals. Recommendations are offered to promote greater awareness of ecological management of these devices.


identifier: Sigmen, Y. (2012). Conception d'un module d'électrodes actives pour un système de tomographie d'impédance électrique bifréquence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La tomographie d'impedance electrique est une technique d'imagerie permettant de visualiser des changements dans les proprietes electriques des tissus d'une region du corps. L'obtention d'une image de TIE se realise en deux etapes : l'acquisition de mesures d'impedance et la reconstruction de la distribution de conductivite. Les mesures de TIE sont obtenues en placant de 16 a 64 electrodes a la surface de la region a imager. En TIE conventionnelle, les mesures d'impedance sont faites a une seule frequence, le plus souvent a 50 kHz. Les images sont reconstruites a partir de deux ensembles de mesures, obtenus a deux instants dierents, an d'observer un changement de conductivite plut^ot qu'une distribution de conductivite absolue. Les images representant un changement de conductivite dans le domaine du temps sont appelees images dierentielles. Un avantage de cette technique d'imagerie est qu'elle permet de minimiser l'eet des erreurs d'instrumentation puisqu'elles sont presentes dans les deux ensembles de mesures. Neanmoins, certains inconvenients sont associes a l'imagerie dierentielle. La stabilite de la reference n'est pas assuree pour des acquisitions de longue duree, a cause de sources d'erreur associees aux performances du systeme et a son ergonomie. Un autre inconvenient de l'imagerie dierentielle est qu'elle est limitee aux applications cliniques pour lesquelles un ensemble de mesures de reference est disponible. Par exemple, on ne pourrait utiliser l'imagerie dierentielle pour detecter une tumeur puisqu'aucun ensemble de mesures de reference n'est disponible avant que la tumeur ne se developpe. La TIE bifrequence (TIE-BF) consiste a acquerir deux ensembles de mesures simultanement a deux frequences dierentes. Cette methode repose sur le fait que les tissus biologiques ont des proprietes electriques, notamment l'admittivite complexe, qui varient en fonction de la frequence, de la structure cellulaire et de leur etat physiologique. En eectuant des mesures a deux frequences choisies pour maximiser les dierences entre deux types de tissus, nous pouvons mettre en evidence des anomalies dans leur structure cellulaire. La TIE-BF ore ainsi un avantage interessant par rapport a la TIE simple frequence du fait que l'utilisation simultanee de deux frequences minimise les erreurs d'instabilite de la reference. Toutefois, les systemes de TIE-BF doivent presenter des performances uniformes sur une grande plage de frequences. Sinon, il peut ^etre dicile de discerner si le changement d'admittivite observe est attribuable a un phenomene physiologique ou aux erreurs dues a la non-uniformite des performances du systeme. Le systeme de TIE du laboratoire d'instrumentation biomedicale de l'Ecole Polytechnique a ete concu pour evaluer la distribution regionale de la ventilation au chevet des patients.  ABSTRACT: Electrical impedance tomography is an imaging technique used to non-invasively monitor changes in the electrical properties of living tissues inside a body region. EIT images are obtained in two steps: impedance measurements are made with electrodes located on the body region of interest and a reconstruction algorithm is applied to obtain the electrical conductivity distribution within that region. In conventional EIT, tissue impedance is measured at a single frequency, typically 50 kHz. Images are reconstructed from two sets of data acquired at dierent times. This technique, called time-dierence imaging, produces images representing changes in tissue conductivity rather than the absolute conductivity distribution. Time-dierence imaging minimizes the eects of instrumentation imperfections, since these errors are present in both data sets used for image reconstruction. However, the technique is sensitive to the stability of the rst measurement set, which is normally used as the reference set. Applicability of time-dierence imaging is also limited to clinical situations where a reference set can be obtained. For instance, the technique cannot be used for detecting a tumour, since a reference data set is not available before the tumour develops. An alternate EIT technique, called frequency-dierence imaging, can overcome many limitations of time-dierence imaging. The technique is based on the fact that electrical properties of biological tissues, namely their complex admittivity, depend on measurement frequency, cellular-level structure of the tissues and physiological state. Frequency-dierence EIT images are reconstructed from two data sets that are acquired simultaneously at two frequencies. By selecting frequencies that maximize dierences in the complex admittance of the tissues of interest, it is possible to enhance their contrast in the images and eventually detect anomalies. However, frequency-dierence imaging requires a high level of uniformity in the EIT system characteristics. Otherwise, it may not be possible to distinguish changes in admittivity that are caused by the physiological process under study or by the frequencydependent variations in system performance. The EIT system developed by the biomedical instrumentation laboratory at Ecole Polytechnique de Montreal has been designed for monitoring lung function at the bedside of ventilated patients. The system provides time-dierence images in real time at a maximum rate of 24 frames per second. It has been optimized for operation at 50 kHz and cannot be used for frequency-dierence imaging since the disparity in channel characteristics at other frequencies would cause artefacts. To solve this problem, we have developed during this project a broadband active electrode module that enables our system to be used for both


identifier: Lu, Z. (2012). Towards Single Bacterium Detection: A Microelectronic/Microfluidic Hybrid System Based on a CMOS Technology  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse porte sur le développement d'un biocapteur hybride CMOS microfluidique capable de détecter des bactéries pathogènes une à une en temps réel basé sur un principe de spectroscope impédimétrique. Le biocapteur proposé se compose d'une matrice de capteurs qui comportent une matrice de microélectrodes, desmultiplexeurs à commande numérique, et des circuits de détection intégrés sur une puce de silicium CMOS. Cette recherche propose une nouvelle structure de microélectrodes qui permet à une structure de microélectrodes face à face à haute densité intégrable par post-traitement d'une puce CMOS. Au lieu d'être créée par le dépôt et la gravure de couches métalliques supplémentaires, la structure de microélectrodes face à face est construite en exploitant un empilement de couches métalliques disponible avec la technologie CMOS adoptée. Les détecteurs sont obtenus en construisant des microcanaux qui traversent le substrat. Ces microcanaux passent entre les microélectrodes face à face. Lorsque les fluides où se trouvent les échantillons traversent le microcanal, le système détecte de façon continue les changements d'impédance entre les microélectrodes induits par le passage de chaque bactérie . Cette thèse étudie le processus de microfabrication qui permet de libérer la matrice de microélectrodes et de fabriquer les microcanaux traversant le substrat. Les techniques dites de FIB (pours Focused Ion Beam) et de DRIE (pour Deep Reactive Ion Etching) sont utilisées. Les forces et faiblesses de chaque technologie sont analysées et des recettes de processus optimisés sont étudiées. La matrice de microélectrodes a été réalisée avec succès par les deux technologies. Comme preuve de concept, plusieurs microcanaux traversant le substrat sont également formés en utilisant la technologie FIB. Cette thèse propose également un nouveau circuit de détection. Réalisé grâce à la micro-électronique, ce circuit est capable de détecter les changements d'impédance causés par le passage d'une seule bactérie dans un milieu conducteur. Sans conditionnement de signaux et de circuit de traitement complexes, tels que des amplificateurs de haute précision, des filtres ou des convertisseurs analogue à numérique ou numérique à analogique, les circuits de détection sont conçus pour offrir une bonne sensibilité et une configurabilité qui permet de l'adapter aux différentes conditions de détection. Une technique de mise en boîtier biocompatible est également mise en oeuvre pour encapsuler le capteur intégré tout en fournissant des interfaces fluidiques et électriques pour l'injection d'échantillons et de signaux électriques. Une nouvelle approche pour améliorer la sélectivité de détection basée sur l'utilisation de bactéries magnétotactiques est également proposée dans cette thèse. Sous le contrôle d'un champ magnétique extérieur, les bactéries magnétotactiques sont utilisées comme bio-transporteurs, qui peuvent chercher activement et capturer les bactéries pathogènes cibles afin de les amener à la zone de détection. Une puce microfluidique est fabriquée grâce à des techniques de prototypage rapide afin de valider les idées proposées et de fournir des guides de conception d'une puce plus avancés. Les résultats de microfabrication et les résultats des tests préliminaires montrent que l'intégration monolithique des technologies CMOS et microfluidique est possible et qu'elle permet la réalisation de microélectrodes face à face dans une plate-forme capable de détecter le passage d'une seule bactérie en isolation.  ABSTRACT: This thesis reports on the development of a CMOS Microfluidic hybrid biosensor technology that is proposed to detect single pathogenic bacterium in real time based on impedimetric spectroscopy. The proposed biosensor consists of a CMOS silicon die that incorporates a microelectrode array, digitally controlled multiplexers, and sensing circuits. This research proposes a novel microelectrode structure, which is obtained by first manufacturing high density face to face microelectrodes on a CMOS die, possible by a relatively simple CMOS post-processing. Instead of deposition and patterning of additional metal layers, the face to face microelectrode array is constructed by stacking metal and via layers of the adopted CMOS technology. By constructing through substrate microchannels in between pairs of face to face microelectrodes, when a fluid sample flows through the microchannel, the microelectrodes on the wall detect the impedance change induced by bacterium in the fluid in a continuous way. This thesis investigates the microfabrication process of releasing microelectrode arrays and constructing through substrate microchannels. FIB (Focused Ion Beam) and DRIE (Deep Reactive Ion Etching) technologies are utilized. The strength and weakness of each technology are analyzed and optimized process recipes are investigated. Microelectrode array were successfully released using both process technologies. As a proof of concept, several through substrate microchannels were also formed by using the FIB technology. This thesis also proposes a novel sensing microelectronic circuit, which is able to sense the impedance change caused by a single bacterium in a conductive medium. The system does not require complex signal conditioning and processing circuits, such as high precision amplifiers, filters or ADC/DAC. The proposed simple sensing structure offer high sensitivity, reliability and configurability. A dedicated biocompatible packaging is also implemented to encapsulate the CMOS die and provide a microchamber, fluidic and electrical interfaces for sample injection and signal interfaces. A new approach to achieve detection selectivity or specificity assisted by magnetotactic bacterium is also proposed in this thesis. Under the control of an external magnetic field, the viii magnetotactic bacteria are used as bio-carriers, which can actively search and capture some target pathogenic bacteria and bring them to the sensing area. A microfluidic chip is fabricated by rapid prototyping techniques to validate the proposed idea and to provide design guides for a more advanced and highly integrated CMOS chip. The achieved microfabrication results and preliminary testing results show that the monolithic integration of CMOS and microfluidic technology, especially the face to face microelectrode structure is a suitable platform for single bacterium detection and analysis.


identifier: Leclerc, B. (2012). Caractérisation des déplacements des usagers de l'autopartage à partir de traces GPS  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'autopartage gagne en visibilité dans la société, de plus en plus de gens sont au courant de ce que ce mode de transport représente, de son fonctionnement. Au même moment, les technologies relatives aux appareils de positionnement GPS ne cessent de progresser, rendant les nouveaux appareils de plus en plus précis tout en étant moins encombrants et moins coûteux. Cette recherche aborde l'union de ces deux sujets dans le but de caractériser les déplacements des usagers de l'autopartage à partir de traces GPS automatiquement enregistrées. Pour ce faire, une revue des travaux effectués sur ces sujets s'impose. En ce qui concerne l'autopartage, un portrait représentant l'évolution de ce mode de transport alternatif est dressé par (Shaheen, Cohen, & Chung, 2009). De plus, des travaux de recherche ont été effectués afin de mieux comprendre l'utilisation des véhicules d'autopartage par les usagers. Une méthode basée sur des principes de datamining, en utilisant les données transactionnelles, a été réalisée par (Morency, Trépanier, & Agard, 2011) dans le but d'établir des groupes d'usagers type. Des sondages ont également été réalisés, entre autres par (Cervero & Tsai, 2004), dans le but de comprendre les motifs des activités lors de l'utilisation de véhicules en autopartage. Pour l'analyse des traces GPS, une meilleure compréhension du fonctionnement des appareils est présentée d'après les études de (Mintsis, Basbas, Papaioannou, Taxiltaris, & Tziavos, 2004) et (Lu, Chen, Shen, Lam, & Liu, 2007). Dans les dernières années, plusieurs auteurs ont développé des méthodes, des algorithmes, afin d'être en mesure d'identifier des arrêts effectués par un usager en se basant sur des traces GPS, parmi ces auteurs l'on trouve (Du & Aultman-Hall, 2007) et (Stopher, FitzGerald, & Zhang, 2008). En plus d'être en mesure d'identifier correctement les arrêts, (Gong, Chen, Bialostozky, & Lawson, 2012) et (Bohte & Maat, 2009) ont développé des algorithmes pouvant identifier, avec un certain succès, les modes de transport utilisés pour effectuer les déplacements. Grâce à un partenariat avec l'entreprise Communauto, un des leaders nord-américains de l'autopartage, l'identification de chaînes et de déplacements à partir des données de positionnement GPS de leurs véhicules a pu être réalisée.  Un système d'information sur mesure a été développé afin d'être en mesure de traiter les données de positionnement GPS fournies par Communauto et de les utiliser afin d'identifier des déplacements. Ce système permet également de constituer des chaînes de déplacements qui seront associées à des transactions effectuées par les usagers, les liens entre ces informations n'étant pas disponibles pour l'analyse par souci de confidentialité. Un critère de détermination d'arrêt a été déterminé en considérant la spécificité de la précision temporelle et spatiale des données GPS. Ce critère se traduit par un véhicule immobile dans un rayon de 20 mètres pendant un minimum de 5 minutes pour qu'un arrêt soit comptabilisé. L'échantillonnage pour l'analyse effectuée dans ce rapport représente une période de trois mois durant lesquels 123 490 déplacements regroupés en 27 615 chaînes ont été identifiés. Ces chaînes de déplacements ont été associées à des transactions effectuées par des usagers; par conséquent, les caractéristiques des chaînes se sont liées aux attributs des usagers ayant effectué ces déplacements. Cette étape permet donc de réaliser des analyses sur les résultats des chaînes et des déplacements, en plus de considérer les lieux d'arrêts. L'étendue de l'analyse regroupe des caractéristiques techniques des chaînes et des déplacements; durées totales, durées à l'arrêt, distances parcourues, nombre de déplacements par chaîne, déplacements urbains ou interurbains, le jour de la semaine où la chaîne est effectuée, et bien d'autres. Une partie de l'analyse repose également sur les attributs des usagers afin d'y croiser des résultats techniques, ainsi les facteurs suivants sont considérés : l'âge de l'usager, le sexe, le lieu de résidence. Ces analyses permettent d'obtenir des résultats jusqu'alors inconnus, il n'était en effet pas possible de les obtenir uniquement depuis les données transactionnelles sur lesquelles des travaux avaient précédemment été effectués, pas plus qu'il n'était possible d'obtenir ces résultats à partir de sondages menés sporadiquement auprès des utilisateurs. Ce travail prend fin avec une ouverture vers des travaux futurs et des perspectives d'utilisation et d'amélioration du système réalisé. En effet, des applications tant au niveau du positionnement de l'autopartage à travers l'ensemble des modes de déplacements en comparant les résultats avec des enquêtes d'origine-destination où autres résultats représentatifs. En plus de la création d'outils étant en mesure d'utiliser les données obtenues sur les déplacements en temps réel sont des avenues de développement intéressantes.»  ABSTRACT: Carsharing is gaining in visibility throughout society, with more people now being aware of what this mode of transportation is about and how it works. At the same time, GPS technology has been in continuous development, with recent devices being more and more accurate while being less expensive and a lot smaller, making it easily accessible to everyone. This study is about combining these two subjects in the aim of characterizing the trip segments of carsharing users from their automatically generated GPS data. In that perspective, a brief literature review of both carsharing and GPS tracking analysis is required. First, a general overview of the beginning and evolution over the years of the new alternative mode of transportation that is carsharing is presented by (Shaheen et al., 2009). Studies were also conducted in the aim of gaining a deeper understanding of carsharing usage. A method based on datamining techniques applied to carsharing transactional data was developed by (Morency et al., 2011) to determine distinct groups of carsharing users, each with their own specific characteristics. In addition to these user characterization studies, some work was done by researchers such as (Cervero & Tsai, 2004) who conducted surveys with the goal of understanding the purpose of carsharing usage. Second, as regards the GPS tracking analysis, a global explanation of how the GPS system functions and its key characteristics is presented by (Mintsis et al., 2004) and (Lu et al., 2007). Over the last couple of years, a number of authors developed methods and algorithms that were able to successfully identify trip segments completed by an individual using the GPS tracking data, (Du & Aultman-Hall, 2007) and (Stopher et al., 2008) are only one example of the researchers that have worked on the subject. In addition to being able to successfully identify trip segments, (Gong et al., 2012) and (Bohte & Maat, 2009) developed algorithms capable of determining, with reasonable accuracy, the travel mode used by an individual, relying on the GPS tracking data and a contextualized GIS. Through a partnership with Communauto, a leading North American carsharing company, the identification of trips and trip segments using GPS tracking data from their vehicle fleet has been achieved. The development of a customized information system was needed in order to be able to process GPS tracking data shared by Communauto into identifying trip segments. This system also allows the formation of trip chains that are to be associated with the transactions made by the carsharing user. Since the link between these two databases was unavailable for this analysis due confidentiality issues, an algorithm was to be developed in order to bypass that problem. In order to be able to identify trip segments, a set of rules was determined by considering the specificity of the temporal and spatial accuracy of the GPS tracking data. These two basic rules resulted in the following data indicating the end of a trip segment: a stationary vehicle within a 20-meter radius for a minimum duration of 5 minutes. The sample used for the analysis conducted in this report represents a three month period for which 123,490 trip segments grouped in 27,615 trip chains were identified. These trip chains were associated with transactions conducted by the users. The characteristics of the trips were therefore linked to the attributes of the users who made them. This step makes it possible to perform an analysis of the results of the trip chains data, while considering the activity nodes. The scope of the analysis includes technical characteristics of the trip chains and the trip segments: total time, periods where the vehicle is stopped, distance traveled, the number of trip segments per trip chain, whether the trip is made around town or over a longer distance, on which day of the week the trip chains were made, as well as many others. A second part of the analysis is based on the user's attributes in order to cross-reference them with technical characteristics. The following attributes are considered: the user's age, sex and place of residence. These various analyses on the trip segments and their chains yielded results which were until then unknown. It was not possible to obtain this kind of analysis based only on transactional data about which previous studies had been undertaken, nor was it possible to obtain these results from surveys conducted sporadically with the carsharing users.  This paper ends with an opening to future studies and perspectives for improving the system developed to process the GPS tracking data. Indeed, applications for the positioning of carsharing across all modes of transportation would be possible by comparing the results with origin-destination surveys of representative data. The development of automated tools in order to use live GPS tracking data to produce reporting is also one of the few interesting avenues to be pursued in the future.


identifier: O'Reilly, C. (2012). Développement d'outils d'analyse de la motricité fine pour l'investigation de troubles neuromusculaires : théorie, prototype et mise en application dans le contexte des accidents vasculaires cérébraux  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse examine la possibilité d'évaluer la susceptibilité à un accident vasculaire cérébral (AVC) à partir des attributs des mouvements humains. Ces travaux reposent sur l'hypothèse selon laquelle l'existence d'un état pré-AVC peut, dans certains cas, être détecté par l'évaluation de la santé neuromotrice du patient. À défaut de disposer de données longitudinales permettant d'étudier directement cette conjecture, nos résultats démontrent que le diagnostic des principaux facteurs de risque d'AVC est effectivement réalisable à partir des propriétés des mouvements. Ces conclusions sont tirées à la suite de l'analyse transversale des réponses de 120 sujets à neuf tests neuromoteurs. Par cette étude des liens entre la motricité et la présence de conditions menant potentiellement à l'AVC, on espère stimuler l'intérêt des chercheurs en santé pour l'hypothèse – rapportée de façon anecdotique par plusieurs cliniciens – de l'existence d'un état pré-AVC. Les investigations nécessaires à cette démonstration ont été menées dans le cadre de la Théorie Cinématique et suivent principalement trois axes directeurs, soit l'étude fondamentale du mouvement humain, le développement d'outils d'extraction permettant la modélisation lognormale des mouvements et l'analyse statistique des paramètres lognormaux dans le but du diagnostic des principaux facteurs de risque d'AVC (diabète, obésité, tabagisme, problèmes cardiaques, alcoolisme, hypertension et hypercholestérolémie). En introduction de la première partie de cette thèse sont répertoriés les différents indices disséminés dans la littérature scientifique étayant l'existence de liens entre les mouvements humains et les principaux facteurs de risque d'AVC. Observant que la présence de tels liens est supportée par l'état des connaissances actuelles, le paradigme offert par la Théorie Cinématique ainsi que la modélisation lognormale qui en découle sont adoptés, puis présentés. L'apparition de profils de forme lognormale au niveau des primitives du mouvement est ensuite expliquée d'un point de vue original. Une fois ces bases établies, il a été possible de procéder à l'analyse des données dont nous disposions, ce qui a mis en lumière un certain nombre de phénomènes fondamentaux relatifs à l'étude du contrôle moteur, dont trois sont particulièrement importants. En premier lieu, il a été relevé que la nature des mouvements est intrinsèquement proportionnelle.  ABSTRACT: This Ph. D. thesis investigates the brain stroke susceptibility assessment based on the movement analysis of data acquired using neuromuscular tests. This work is rooted in the hypothesis of the existence of a pre-stroke state which can sometimes be detected by looking at the properties of a patient's neuromuscular system. As the study of this hypothesis would require longitudinal data that were unavailable, our analysis concentrates on the demonstration that the brain stroke risk factors can be diagnose from a human movement analysis. This conclusion derives from a transversal study of 120 subject's responses to nine neuromuscular tests. It is hoped that this investigation on the links between fine motor control and brain stroke risk factors can stimulate the interest of the medical community for the anecdotic report, by some clinicians, of the possible existence of a pre-stroke state. The work presented herein was made under the Kinematic Theory and it follows three main axes which are 1) the fundamental study of human movements, 2) the design of extraction algorithms allowing the lognormal modeling of human motion, and 3) the statistical analysis of the kinematic parameters of human movements for the diagnosis of principal brain stroke risk factors. In the first part of this thesis, an overview is presented of the many observations scattered in the scientific literature concerning the link between the human movements and the main brain stroke risk factors (diabetes, obesity, cigarette smoking, cardiac problems, alcoholism, hypertension and hypercholesterolemia). Building on the observation that the existence of such a link is supported, a modeling framework is chosen and the lognormal models forming its foundations are reported from an original point of view. The application of this methodology to our database allowed the investigation of some fundamental phenomena concerning the study of motor control. Notably, the proportional nature of human motion is examined and compared to the serial representation of psychophysical processes. The delta-lognormal modeling of speed-accuracy tradeoffs (Fitts' task) has also allowed the discovery of some fundamental aspects related to the control of this kind of movements, such as the increase of the coupling between the motor commands as the task becomes more difficult and the enhancement of the temporal coordination of the neuromuscular action as the geometrical properties of the task are scaled up.


identifier: Sas, E. (2012). Développement d'un procédé supercritique de micronisation appliqué aux petits fruits  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: D'après de récentes études biomédicales, les petits fruits ont une grande variété d'applications, ils peuvent notamment prévenir et lutter contre des maladies chroniques, telles que les cancers ou le diabète. Leurs bienfaits sont principalement associés à la présence des composés phénoliques, reconnus pour leur pouvoir antioxydant. Notre travail se concentre sur le bleuet sauvage du Québec (Vaccinium angustifolium), un des petits fruits les plus riches en anthocyanes et proanthocyanes.   La demande et l'intérêt des consommateurs sont donc d'autant plus grands, qu'il s'agit d'une alternative naturelle. Cependant, la disponibilité et la durée de vie du fruit frais sont limitées. La congélation est l'une des méthodes la plus établie pour préserver les qualités nutritives des fruits, mais reste une méthode énergivore. Une conservation sous forme de poudre présente également de nombreux avantages, mais ils sont contrebalancés par la lenteur et le coût élevé des procédés de lyophilisation, et par la dégradation des molécules antioxydantes lors du séchage conventionnel par atomisation. L'objectif de ce projet de recherche est de développer un procédé innovant d'atomisation, limitant le plus possible la dégradation des composés d'intérêt. La technologie de micronisation par fluides supercritiques est mise à contribution. Parmi les variantes existantes (mode solvant, antisolvant, soluté et co-soluté), le procédé PGSS-drying en mode co-soluté semble être le plus approprié pour traiter l'extrait de fruit. Dans ce mode de procédé, le dioxyde de carbone supercritique sert d'agent d'expansion lors de l'atomisation de l'extrait de fruit et permet d'aboutir à de très fines gouttelettes. Une grande surface d'échange massique et thermique est ainsi créée, facilitant le processus de séchage. Ce procédé est rapide et pourrait s'opérer à des températures concurrençant les procédés conventionnels de séchage par atomisation.  Le procédé PGSS-drying tire profit des caractéristiques du dioxyde de carbone supercritique puisqu'il permet d'intensifier les transferts de matière et de chaleur par rapport au processus d'atomisation conventionnelle. Mais pour cela, il faut dissoudre une quantité suffisante de CO2 dans l'extrait liquide. Le mélangeur statique en amont de la buse d'atomisation assure ce rôle. Opérer à une température de 388K, à des pressions de l'ordre de 9-10 MPa et avec des débits totaux entre 35 et 45 g/min, le mélangeur statique permet une mise en contact intime des flux, même si l'écoulement reste biphasique. L'étape d'atomisation se fait à travers une buse à cône creux de diamètre d'orifice de 300 microns. La chute de pression au sein de la chambre de micronisation provoque la détente de la phase supercritique et la vaporisation subite du CO2 dissous dans l'extrait. Des gouttelettes fines (diamètre moyen inférieur à 20 microns) sont alors générées.   L'étape d'atomisation est suivie d'une phase de séchage. Les principales difficultés sont apparues à ce niveau du procédé. Le séchage des gouttelettes requiert un apport suffisant d'énergie : la température de la chambre de micronisation et le temps de séjour des particules dans l'enceinte chauffée sont alors deux paramètres clés. Au cours du développement du procédé, il a notamment fallu augmenter le volume de l'enceinte de micronisation pour avoir un temps de séjour de l'ordre d'une vingtaine de secondes. Des essais menés avec de la maltodextrine ont mis en évidence le rôle limitant des sucres simples, présent dans l'extrait de bleuets. En effet la température de séchage des produits adhésifs, tels que les jus de fruits, ne doit pas se faire à plus de vingt degrés au-delà de leur température de transition vitreuse (Tg). Or la Tg des extraits de bleuets utilisés est très faible, inférieur à 323K. A ces températures et avec le temps de séchage dont nous disposons, l'obtention d'une poudre sèche est impossible. Pour surmonter cette problématique, nous ajoutons de la maltodextrine à l'extrait de bleuets. Avec une température de séchage d'environ 373K, un débit de CO2 de 35 g/min, un débit d'extrait de 2 g/min nous avons obtenu des particules solides individualisées, prouvant ainsi que le procédé de micronisation supercritique en mode PGSS-drying est fonctionnel.   Ce travail de recherche ouvre la voie à une seconde étape d'optimisation du procédé. En effet, certains paramètres méritent d'être optimisés. Notamment, la teneur en maltodextrine et la température au sein de la tour de micronisation doivent être réduites à leur minimum pour préserver les qualités nutritives du produit final. De plus, des améliorations possibles ont été mises en évidence pour augmenter le rendement du procédé. L'ajout d'un cyclone à la sortie de la tour éviterait par exemple une perte majeure de matière.    En parallèle au développement du procédé PGSS-drying, des méthodes d'analyses sont validées pour évaluer la performance du procédé. Ils permettent d'estimer la teneur en anthocyanes, en proanthocyanes et en composés phénoliques totaux, pour ainsi comparer les teneurs initiales et finales du produit.  ABSTRACT: Recent biomedical research shows the potential of berries in preventing and fighting against many chronic diseases, including cancer and diabetes. Their beneficial effects are associated with their bioactive phenolic compounds, well known for their antioxidant capacity. Our project focuses especially on lowbush blueberries (Vaccinium angustifolium), one of the richest berries in anthocyanins and proanthocyanins.  There is a large consumer interest and demand for blueberries, however they are seasonal fruits and their shelf life is limited. Frozen form is one of the conservation methods which can preserve nutritional qualities of the original fruit, but it is costly. A dried powder form would be interesting, but so far it can only be obtained by freeze-drying (cost-prohibitive) or spray-drying (quality-degradable due to high temperature). The aim of this project is to develop a novel atomization drying method designed to reduce denaturation of bioactive compounds. Supercritical fluids based micronization process could offer an alternative.  Among the different procedures (solvent, antisolvent, solute, co-solute), we found a special interest in co-solute PGSS-drying. This process consists of saturating a solution with supercritical carbon dioxide. Afterwards, the gas-saturated solution is expanded down to atmospheric pressure through a nozzle. During the expansion, the gas dissolved into the solution is suddenly vaporized, enhancing solution atomization. A greater mass and thermal transfer is then possible, making the drying process easier.  Supercritical carbon dioxide ables to the PGSS-drying process to be more efficiency compared to conventional atomization process. To make it possible, CO2 have to be dissolved in blueberries extract. To enhance the solubility of CO2, ethanol is added to the extract and a static mixer homogenizes liquid extract and supercritical carbon dioxide, even if it remains a biphasic flow. The static mixer is operated at 388K, with relative high flow rate (35-45 g/min) at high pressure (9-10 MPa). Atomization is made through a 300 microns diameter orifice (hollow-cone nozzle). When the flow enters the micronization tower, a pressure drop occurs: supercritical CO2 expands and dissolved CO2 quickly evaporates. These create fine droplets, with a typical diameter size less than 20 microns.  Main problems appear in the next step of drying. To create dry particles we have to provide enough energy, which means that the residence time and the drying temperature have to be sufficient. We replace the existing spray-tower with a bigger one in order to improve the residence time of extract drops in drying atmosphere (around 20 seconds). But the micronization remains impossible. Successful attempts with maltodextrine, selected as model compounds, indicate that the nature of blueberry extract is problematic. Indeed, it contains a large amount of low molecular sugar, creating a sticky product instead of a free-flowing powder when we try to dry it at more than 20K above the glass transition temperature (Tg). Adding maltodextrine to the blueberries extract and with the following operation conditions, powder is generated: a 35g/min flow of carbon dioxide, a 2g/min flow of liquid extract and a temperature of 383K at the external wall of the spray-tower, corresponding to 363K inside.  This research project demonstrates the feasibility of supercritical micronization of blueberry extract. In a second step, some parameters should be optimized. In fact, maltodextrine content and spray-tower temperature need to be reduced to their minimum in order to generate a high quality product. Other some necessary modifications of the process are mentioned, for example, the addition of a cyclone should avoid important material loss because it allows separating of fine particles from the outgoing gas flow.  In parallel to the process development, a serie of analytical protocols were validated to estimate the process efficiency. Indeed, the initial and final concentrations of anthocyanins, proanthocyanins and of the total phenolic compounds shouldn't show significant variation.


identifier: Surveyer, A. (2012). Alternative Fuels for Gas Turbines : A Consequential LCA for Electricity Generation in 2020  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de maîtrise porte sur une analyse de cycle de vie (ACV) de différents carburants alternatifs, dans diverses régions géographiques, produites dans le but de générer de l'électricité à travers une turbine à gaz en 2020. En effet, à ce temps, la technologie de turbines du partenaire industriel aura l'aptitude de brûler ces différents types de carburants de façon efficace. Conséquemment, l'objectif principal de cette étude est d'identifier où et avec quel(s) carburant(s) alternatif(s), une turbine à gaz devrait être opéré considérant ses impacts environnementaux et la faisabilité du marché ainsi que les lignes directrices du partenaire industriel. Afin de répondre à l'objectif principal, la première tâche à entreprendre est celle de déterminer le contexte géographique de l'étude ainsi que les matières premières ayant le plus de potentiel pour un approvisionnement futur et assurant une faisabilité technique. Afin de faire ceci, une revue de littérature fût entreprise sur les potentiels bioénergétiques des années futures et les facteurs récurrents et significatifs ont été pris en compte dans l'étude de marché entreprise dans ce projet (Smeets et al., 2007). Ils se listent comme; les politiques nationales sur la bioénergie dans les pays étudiés, l'approvisionnement et la disponibilité des matières premières, l'état de l'avancement technologique et la production actuelle et projetée de carburants alternatifs ainsi que leur coûts de production en 2020. Après cette analyse de marché, les scénarios suivants ont été identifiés comme ayant un bon potentiel : syngaz provenant de résidus forestiers et biogaz issue d'engrais animal en Allemagne, biogaz dérivant de déchets solides municipaux en Italie, biodiesel provenant d'huile de palme en Indonésie, bioéthanol issue de la canne à sucre au Brésil, syngaz résultant de la gazéification du charbon en Chine et aux États-Unis ainsi que le biodiesel provenant de suif animal, et l'éthanol de résidus de maïs aux États-Unis. Les deuxième et troisième objectifs étaient respectivement de; 1- identifier quels carburants alternatifs avaient de potentiel impacts environnementaux les plus faibles considérant leurs différentes matières premières et leur contexte géographique et, 2- identifier où se situe le plus grand bénéfice de l'utilisation de ces carburants pour la génération d'électricité, considérant la substitution de celle-ci à sa source d'énergie compétitrice dans les régions étudiées. Ces deux objectifs sont répondus en conduisant une analyse de cycle de vie conséquentielle (ACV-C) et prospective sur les scénarios déterminés précédemment. L'ACV-C conduite prend en compte différents éléments tels que l'extension des frontières pour les procédés à multiples coproduits, les impacts indirects de l'utilisation de matières premières contraintes, les changements indirects de l'utilisation des terres et les impacts liés à la substitution d'électricité. Afin d'implanter correctement l'extension des frontières, l'approche de Weidema (2003) a été utilisée. Cet aspect est important puisqu'il n'y a aucun consensus sur la méthodologie à appliquer. Dans le cas où des répercussions indirectes résultantes de la production de cultures énergétiques peuvent se manifester sur d'autres cultures liées sur le marché agricole, l'approche de Schmidt et Weidema (2008) qui a été préférée. Celle-ci permet d'identifier l'état d'équilibre des incidences du marché et calculer les quantités de cultures énergétiques évités ou additionnelles. Les effets indirects de l'utilisation de ressources contraintes ont été pris en compte puisque ces matériaux sont considérés comme ayant un approvisionnement inélastique et conséquemment, ne peuvent pas répondre à un changement de demande. Essentiellement, s'il y avait une utilisation de ses matières premières pour d'autres applications, leur disponibilité seraient réduite pour les utilisateurs courants (ou les systèmes de gestion de déchets) et ces impacts devraient être modélisés. D'autre part, il n'est possible de démentir que les études d'ACV portant sur les biocarburants doivent maintenant inclure des études sur les émissions provenant de l'utilisation indirecte des terres puisque celles-ci ont été prouvées comme étant significatives et pouvant possiblement inverser les conclusions d'ACV (Searchinger et al., 2008). La méthode utilisée est celle de causes à effets, se traduisant en une élaboration des façons d'atteindre une production additionnelle de biocarburants, dans différentes régions identifiées comme productrices marginales de cultures énergétiques impliquées (directement ou indirectement) dans le processus (Bauen et al., 2010). Finalement, l'identification de sources marginales d'électricité pour chaque scénario est entreprise puisque l'opération de la turbine substitue une électricité générée par la centrale électrique marginale. Les approches à court terme et long terme ont été utilisées afin d'identifier respectivement le changement dans les centrales électriques installés et les futures investissements en capacités électriques. L'approche de Weidema (2003) fût encore une fois utilisée afin d'identifier la technologie affectée à long terme, cependant quelques ajustements à cette méthode ont été fait. En effet, considérer plusieurs technologies marginales et prendre en compte les caractéristiques des turbines, (e.g., la capacité de suivre la charge électrique) sont des aspects qui ont été ajouté à la méthode. De plus, l'approche à cour terme a été basée sur l'identification des technologies affectées à travers les coûts marginaux (i.e., les coûts de carburants) (Amor et al., 2011). En effet, les centrales qui partagent les mêmes coûts marginaux que celle de la turbine utilisant les carburants alternatifs respectifs, sont identifiés comme étant les technologies affectées. Les résultats de l'étude ACV-C démontrent que les tendances les plus dominantes sont que le syngaz provenant du charbon aux États-Unis et en Chine sont les scénarios les pires d'un point de vue environnemental, suivi, de très près, de l'éthanol Brésilien et l'éthanol Américain. D'autre part, les scénarios les plus prometteurs varient selon la catégorie d'impacts étudiés, cependant le biodiesel Indonésien – à l'exception des dommages sur la qualité des écosystèmes-suivi du syngaz et biogaz Allemand sont toujours dans les scénarios les plus performants du point de vue environnemental. Les scénarios restants varient aussi considérablement dans leur performance selon le type d'impact analysé, conséquemment il reste donc aux soins du partenaire de valoriser une catégorie d'impact au détriment d'une autre selon son système de valeur. Finalement, plusieurs analyses de sensibilités ont été réalisées afin de vérifier certaines hypothèses portant sur la production des carburants, l'opération des turbines, la méthode de caractérisation des impacts et la substitution d'électricité. L'intérêt de faire ces analyses est de vérifier si certaines hypothèses peuvent inverser les conclusions des études. Par exemple, pour plusieurs hypothèses reliées à la production des carburants, les conclusions étaient renversées, spécialement dans le cas du changement climatique et l'épuisement des ressources. Le changement le plus significatif dans les résultats est celui de la diversion du suif animal pour différentes applications du marché. Également, les impacts résultant de l'identification de différentes centrales électriques affectées, sont significatifs et changent en bonne partie l'ordre de classement des scénarios, cependant les tendances mentionnées précédemment sont toujours maintenues. En conclusion, l'étude permet au partenaire industriel de; positionner ses priorités en termes de recherches subséquentes sur les carburants alternatifs, perfectionner leur planification stratégique dans leur développement d'affaire et possiblement utilisée celle-ci comme outil de marketing envers leurs clients et le public.  ABSTRACT: This master's project focuses on a LCA assessment of alternative fuels in disperse geographical locations for electricity generation through a gas turbine in 2020. Indeed, by then, the industrial partner's gas turbine technology should have the ability to burn these different fuels efficiently. The study's main objective is therefore to determine the location and alternative fuel types that should be used to operate the gas turbine, considering environmental impacts and market feasibility and according to the industrial partner's guidelines. In order to achieve the main objective, the first task was to determine the geographical context and feedstock with the most potential for future supply and technical feasibility based on the alternative fuels and industrial partner's guidelines. The literature on the bioenergy market was therefore assessed, and several recurring important factors were taken into account, including the bioenergy policies in the assessed regions, feedstock supply and availability, the state of the art and current and projected fuel production volumes and costs (Smeets et al., 2007). In the end, the following scenarios were found to have future potential supply: syngas from forest residues and biogas from manure in Germany, biogas from MSW in Italy, biodiesel from palm oil in Indonesia, bioethanol from sugarcane in Brazil, syngas from coal, biodiesel from tallow, bioethanol from corn stover in the US and finally syngas from coal in China. The second and third objectives were respectively to identify the alternative fuels with less overall potential environmental impacts considering their different feedstocks and geographical contexts and determine the locations where there is a greater potential benefit from the use of these fuels for electricity generation as compared to the competing source of electricity in the relative countries. Both objectives were answered by conducting a prospective consequential life cycle assessment (CLCA) on the scenarios determined by the first objective. The CLCA methodology takes many different aspects into account, including system expansion for co-producing processes, indirect impacts from the use of constrained feedstock, indirect land use change (LUC) from energy crop cultivation and the impacts of electricity substitution. Weidema's (2003) approach was used to correctly implement the system expansion, which is an important issue, since there is no consensus on the applied methodology. When a knock-on (i.e. incidental) effect from crop production was shown on other market-linked energy crops, Schmidt and Weidema's (2008) approach was chosen to find the equilibrium state and calculate the avoided or additional crop production. Indirect impacts from the use of constrained resources were taken into account, since the materials were considered to have inelastic supply and thus could not respond to a change in demand. Essentially, should these sources of biomass be used for alternate applications, their availability would be reduced for the current users or waste systems. Hence, indirect impacts linked to the former must be modeled. On the other hand, there is no denying that LCA studies on potential biofuel impacts now require assessments of ILUC impacts, which have been proven to be significant and could invert certain study conclusions (Searchinger et al., 2008). The causal-descriptive method, which maps out the ways additional biofuel production could be attained in various regions identified as marginal producers, was used (Bauen et al, 2010). Finally, the marginal source of electricity in each scenario was determined, since the substitution of the electricity by the alternative fuels had to be assessed. The short-term and long-term approaches were used to evaluate the changes in installed power plants and future capacity investments, respectively. Weidema's approach (2008) was again used to assess the long-term affected technologies, and the method was adjusted. Indeed, in some cases, more than one technology was identified and the load following ability of the energy sources was taken into account in the identification process. Otherwise, the short-term approach was used and based on determining the affected technology through its marginal costs (i.e. fuel costs), and the technologies that shared the same marginal costs as the turbine running on its respective alternative fuel was identified as the affected technology. Based on the results, the most dominant trends are that syngas from coal in the US and China have the worst environmental performance in all endpoint categories, followed closely by ethanol in Brazil and ethanol in the US. On the other hand, the most promising scenarios vary depending on the impact category taken into account. However, POME in Indonesia – with the exeption of ecosystem quality- followed by syngas and biogas in Germany are always among the highest ranking options in terms of environmental performance. The remaining scenarios also vary considerably in their scores depending on the type of impact. Consequently, it is the industrial partner's responsibility to value one impact category over another according to its own standards. Several sensitivity analyses were performed in order to verify fuel production, gas turbine operation, the impact characterization method and the electricity substitution assumptions in order to verify whether certain hypotheses invert some of the study's conclusions. For instance, many fuel production assumptions reversed the conclusions, especially for the climate change and resource depletion endpoint categories. The most significant changes arose from the deviation of tallow to the different market applications and are noted for every category of impact. Additionally, the impacts resulting from the identification of different affected power plants are most significant and change the scenario ranking. However, the aforementioned trends remain unchanged. In conclusion, the study enables the partner to position its priorities in subsequent alternative fuel studies, perfect its strategic planning for business development and possibly use this study as a marketing tool for clients and the public.


identifier: Gaboune, O. (2012). Du pneu usagé au carburant : modélisation, optimisation et contrôle d'un réacteur industriel de pyrolyse  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La pyrolyse de pneus hors d'usage est un procédé parfaitement ancré dans l'optique du développement durable. L'idée consiste en une décomposition thermique des déchets, ici des pneus usagés, afin d'en tirer des produits à valeur économique: du gaz combustible, du noir de carbone et du gaz condensable en huile constituée d'hydrocarbures lourds.   Le problème se situe à la fois au niveau de la répartition en pourcentage des produits d'intérêts et au niveau de la pression dans le réacteur ; deux éléments étroitement liés du fait de la production de gaz. Le nerf de cette double problématique est l'évolution de la température des pneus au cours du processus de cuvée. Cette température de pneu est régie par la manipulation de brûleurs au propane placés sous le réacteur rotatif. Pour des raisons d'ordre économique, les efforts sont concentrés à produire le plus d'huile possible. L'hypothèse clé de départ est d'énoncer qu'il existe un profil optimal de température de pneu capable de maximiser la quantité d'huile produite sans provoquer de surpression dans le réacteur. L'hypothèse subséquente consiste à postuler que la poursuite de trajectoire d'un tel profil de température nécessite un système automatisé. Jusqu'à présent, l'opération du réacteur à l'étude ne se fait qu'instinctivement et manuellement se traduisant par une capacité de production médiocre souvent interrompue par des surpressions.   La contribution à l'amélioration significative de cette technologie se traduit par l'objectif général suivant :développer un système automatisé qui se réfère à un profil optimisé de température de pneu pour maximiser la production d'huile tout en tenant compte de la pression et de la durée du procédé. Plus spécifiquement, cette étude se base sur un modèle de cinétique de réaction préétabli autour duquel sont développés : un modèle dynamique des brûleurs, un système de contrôle automatisé des brûleurs, un modèle dynamique de la pression dans le réacteur, un code d'optimisation de la production et une interface graphique de simulation du procédé.   Sur le plan méthodologique, la modélisation des brûleurs se fait par idenfication. En effet, les données industrielles relatives aux brûleurs sont corrélées à travers le choix d'une structure de modèle, celle d'une représentation d'état linéaire d'ordre 5. L'identification des paramètres d'un tel modèle repose sur une méthode basée sur la minimisation de l'erreur des moindres carrés. Divers algorithmes d'optimisation sont mis à l'œuvre ; le plus convaincant : Gauss-Newton adaptif, avec une corrélation de 99,8 % à la vérification et de 96,1 % à la validation, ce qui est relativement appréciable.  Le système de contrôle déployé est de type feedback ou contrôle par rétroaction. Un contrôleur proportionnel est conçu afin de contrôler la température de paroi du réacteur en manipulant le niveau des brûleurs. L'approche mise en œuvre consiste à utiliser l'interface Simulink® du logiciel Matlab® qui offre la possibilité de synthétiser le contrôleur rapidement et d'affiner le gain proportionnel de ce dernier pour une poursuite précise de trajectoire dans le temps. Le test de performance du contrôleur en référence à cette trajectoire de température de paroi affiche un coefficient de corrélation de 99 %.   En outre, le modèle dynamique relatif à la pression dans le réacteur est quant à lui  développé selon une approche génie chimique. La structure d'un tel modèle repose sur la loi des gaz parfaits. Cette structure sert entre autres à corréler la pression simulée dans le réacteur avec les données fournies par l'industriel ; les paramètres de ce modèle sont alors affinés. Le processus étant en régime transitoire, les variables de cette loi sont supportées par un ensemble d'équations différentielles découlant à la fois de la cinétique de réaction, de la variation du volume de gaz dans le réacteur, de la variation de la masse molaire moyenne et de la dynamique relative au  soutirage du réacteur, régie par la pompe vacuum. Du fait que le système d'acquisition de donnée relatif au procédé en usine n'enregistre pas, à ce stade, des mesures jugées pertinentes, le processus de validation du modèle ne peut avoir lieu bien que la vérification ait donné des résultats satisfaisants. Pour la même raison, des hypothèses sont raisonnablement posées.  Ajouté à cela, un code d'optimisation est développé afin de maximiser la production d'huile. Il s'agit d'un problème d'optimisation sous contraintes non linéaires discrétisées du fait de la dynamique relative à la cinétique de réaction et à la pression. Une solution optimale a bel et bien été trouvée grâce à l'algorithme d'optimisation basée sur la méthode du point intérieur. En effet, avant, le réacteur à l'étude ne pouvait manipuler, sans risque, qu'environ 1500 kg de pneus pour ne produire qu'environ 550 kg d'huile. À présent, il est capable de manipuler le double de la quantité de pneus, sans risque, pour produire 1071 kg d'huile sur la même durée. Toutefois, le profil optimal de température obtenu est difficilement respecté par le contrôleur. Cependant, ce dernier permet de produire 1 % de moins, mais tout en ayant à chauffer moins donc en réduisant les dépenses énergétiques ce qui est relativement appréciable. Les résultats montrent également que le réacteur à l'étude ne peut manœuvrer le triple de la quantité de pneus, car le taux de production de gaz reste élevé même si les bruleurs sont opérés à faible capacité, la surpression est inévitable.   Par ailleurs, une interface graphique de simulation de la production, simple d'utilisation, est développée par le biais du logiciel Matlab®. Elle combine l'ensemble des modèles évoqués précédemment. En se basant sur un profil suggéré de manipulation des brûleurs (en pourcentage) entré par l'utilisateur, cet outil est de ce fait capable de prédire la quantité de chacun des produits. Il prédit également la durée de réaction, l'apparition éventuelle d'une surpression et le profil de soutirage par la pompe pour éviter cette pression trop grande dans la mesure du possible. L'interface de simulation permet à l'industriel de connaitre la quantité de chacun des produits en moins de 5 minutes et en toute sécurité, ce qui lui prenait avant près de 5 heures avec risque de surpression.    La modélisation peut toujours faire l'objet de plus de précision notamment par l'intégration de phénomènes plus complexes ou simplement par l'acquisition de données industrielles découlant de tests plus complets et plus précis. Toutefois, l'objectif général peut être considéré comme atteint dans la mesure où il apporte une avancée significative à la technologie en question et apporte des réponses concrètes à plusieurs questionnements de l'industriel.  ABSTRACT: The scrap tire pyrolysis system can definitely be considered as a worthy process with its own place in the sustainable development field. It consists of a thermal decomposition of scrap tires in order to produce oil, carbon black and gas. In other words, waste is processed into high value-added products.  The problem lies both in terms of product percentage distribution  and pressure level within the reactor, two closely related because of gas production.  The key point of this dual problem is based on the time evolution of tire temperature during the batch. The latter is regulated by the operation of propane burners placed under a rotary reactor. For economic reasons, efforts are focused on oil production which is the main product of interest. The key assumption is to state that there is an optimum tire temperature profile able to maximize the amount of produced oil without causing overpressure within the reactor. The subsequent assumption it to assume that the trajectory tracking of such a temperature profile requires an automated system. So far, the reactor in question is operated instinctively and manually which results in a poor production capacity often interrupted by overpressure.   Contribution to the significant improvement of this technology is supported by a main goal that can be stated as follow: to develop an automated control system which follows an optimized tire temperature profile to maximize oil production while taking into account the pressure and batch duration. More specifically, this study is based on a pre-established reaction kinetic model around which are developed: a dynamic model related to the burners, an automated control system of these burners, a dynamic model describing the pressure behaviour within the reactor, the optimization of production operation and finally a user-friendly simulation software.  In terms of methodology, the model of burners is developed through an automated systems engineering approach. Indeed, the related industrial data is correlated by choosing the structure of a common model, a linear state space representation, which is set to a 5th order. The identification of such a model is based on the prediction error minimization method. Various optimization algorithms are tested. The most compelling is adaptive Gauss-Newton which shows  high correlation in term of accuracy: 99,8% and 96,1% are respectively obtained at the verification and validation step which is quite appreciable.   Feedback automation is used to control the burners. For that purpose, a proportional controller is designed to control the wall temperature of the reactor by operating the level of burners. The design is made through Simulink® of Matlab® which provides the ability to do a fine-tuning for an optimal system response. The controller performance test, based on a wall temperature tracking trajectory, reaches about 99% in terms of accuracy.  In addition, the dynamic model of pressure within the reactor is in turn developed through a chemical engineering approach. The main structure of such a model is based on the ideal gas law. This structure is mainly used to correlate the simulated pressure to the industrial data; the model parameters are then tuned. Since the process is transient, variables are supported by a set of differential equations arising from both the reaction kinetic, gas volume change within the reactor, average molecular weight variation and the racking dynamic associated with the vacuum pump. Because the data acquisition system at the factory does not register measures deemed appropriate, the model validation cannot be done even though  the verification step is relatively satisfactory. For the same reason, assumptions are reasonably made.   In the other hand, an optimization approach is led to maximise the amount of produced oil. The optimisation problem is nonlinearly constrained in addition to being discretized due to the dynamics on the reaction kinetic and pressure. By running an optimization algorithm based on the interior point method, an optimal solution was found. Indeed, before, the reactor could only handle approximately 1500kg (3300lbs) of tires safely to produce about 550 kg (1210lbs) of oil. Now, he is able to handle twice the amount of tires, with no risk of overpressure, to produce 1071kg  (2356lbs) of oil  over the same period. However, the optimal temperature profile obtained is hardly respected by the controller. The effect of the latter  is shown by a 1% decrease in the amount of produced oil. However, the controller allows the reduction of energy cost by heating less the reactor. Results also show that the reactor cannot handle three times the amount of tires because of the high rate of gas production even if the burners are operated at low capacity. The overpressure cannot be avoided in this case.  Furthermore, a user-friendly software used to simulate  the  process is developed through Matlab®. The program combines all the models mentioned above. Based on a burning profile entered by the user, this tool is then able to predict the amount of each product of interest. It also predicts the duration of reaction, the possible appearance of an overpressure in the reactor and the vacuum operation profile to avoid it whenever possible. When it takes more than 5 hours at the plant to load the reactor with the scrap tires, burn it, cool it, and measure the products with a risk of overpressure, it takes less than 5 minutes to the software to get the same results.  Modeling can always be made more accurate through the integration of more complex phenomena or simply by the acquisition of industrial data obtained from more comprehensive and accurate testing. However, the main goal is reached since it provides a significant added-value to the related technology besides the practical answers to several questions from the manufacturer.


identifier: Goulet, D. (2012). Unified Kernel/User-Space Efficient Linux Tracing Architecture  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, il n'est pas inhabituel de voir de grands centres de données regroupant des centaines de serveurs déployant de grosses applications, des systèmes d'exploitation hétérogènes et différentes technologie de virtualisation. Implanter du traçage dans ce genre d'environnement peut s'avérer utile pour la surveillance et le débogage de problèmes de production. Avec les dernière architecture de traçage développé, il peut être difficile d'atteindre un tel objectif dans un environnement multi-utilisateur et également traiter les questions de sécurité. Dans cette recherche, nous proposons une nouvelle architecture de traçage unifiée combinant l'espace noyau et utilisateur visant à répondre aux contraintes de production en termes de sécurité et de performance. Avec le traceur en espace utilisateur, le nombre de sources de données augmentent, où non seulement le noyau peut être traçée mais plusieurs applications en même temps. Cette nouvelle architecture présente un démon de session qui devient une nouvelle composante de traçage agissant comme un point de rendez-vous pour toutes les interactions avec les traceurs. Ce démon agit comme un registre de sessions de traçage pour les utilisateurs abstrayant les traceurs à des domaines. Nous proposer un ensemble de structure de données sans verrou et des algorithmes utilisés pour construire la base de registre rendant cette composante très performante. Cela a permis la création du projet lttng-tools, basée sur les traceurs de LTTng 2.0,qui met en oeuvre l'architecture proposée. Nous avons développé plusieurs algorithmes pour gérer et fournir un système multi-session et multi-utilisateur tout en gardan une empreinte mémoire et CPU basse sur la machine cible. Avec l'abilité du traceur de l'espace utilisateur de s'enregistrer au démarrage au démon de session, de nouvelles fonctionnalités sont disponibles comme lister des applications tracable et de permettre de tracer des évènements disponibles seulement au démarrage de l'application. Nous avons démontrer l'exactitude de notre modèle en utilisant le traçage noyau par ce nouveau composant pour analyser la performance de grosses applications de qui a été inspiré la conception des mécanismes internes de parallélisme. Enfin, cette étude présente les travaux futurs et les améliorations possibles du modèle proposé et examine les défis à venir.  ABSTRACT: Nowadays, it is not unusual to see large data centers regrouping hundreds of servers mixing large applications, heterogeneous kernels and different virtualization technology. Deploying tracing in these kinds of environments can prove to be useful for monitoring and debugging production problems. With today's tracing architecture, it can be difficult to achieve such goal in a multi-user environment while also dealing with security issues. In this research, we propose a new unied tracing architecture combining kernel and user space aimed at addressing production constraints in terms of security and low-instrusiveness for large scale deployment. With user space tracers, data sources increase where not only the kernel can be traced but multiple applications at the same time. This new architecture introduces a session daemon which becomes a new tracing component acting as a rendez-vous point for all interactions with the tracers. This daemon acts as a tracing registry providing tracing sessions to users, abstracting tracers to domains. We propose a set of lockless data structures and algorithms used to build the registry and making this component very efficient. This brought to life the lttng-tools project, based on the LTTng 2.0 tracers, which implements the proposed architecture. We have developed several algorithms to handle and provide a multi-session and multi-user tracing environment with a low memory and CPU footprint on the target machine. With the user space tracer ability to register at startup to the session daemon, a new set of features are available, from listing traceable applications to enabling events before registration, allowing recording of very early events during the boostrap process of the program. We have demonstrated the usability of our model by using kernel tracing through this new component to analyze the performance of large applications, which inspired us to design internal multithreaded mechanisms. Finally, this study presents future work and possible improvements to the proposed model and discusses the next challenges.


identifier: Bouilly, G. (2012). Représentation abstraite pour la génération automatique de scènes par planification spatiale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La création d'environnements 3D constitue une tâche manuelle ardue qui demande beaucoup de temps et qui gagnerait à être automatisée. La planification spatiale regroupe des techniques reposant sur la programmation par contraintes qui visent à placer correctement des objets à l'intérieur d'une scène statique. Les principales lacunes de ces techniques relèvent du manque de flexibilité introduit par les formats d'entrée et les représentations sémantiques utilisées. Le but de notre projet de recherche est d'évaluer la possibilité de définir un format de représentation abstraite pouvant être utilisé dans le cadre du placement spatial. Notre recherche repose sur la supposition qu'il est possible de définir une abstraction des concepts intervenant dans le placement spatial, et que cette représentation pourrait représenter un problème résoluble. Nous proposons une solution basée sur un format de représentation abstraite et une ontologie. La représentation abstraite permet de spécifier des configurations dans lesquelles des objets sont impliqués dans des actions selon des modalités spatiales définies. L'ontologie définit une hiérarchie des objets, contrôleurs et actions impliqués dans le placement spatial, ainsi que des relations permettant d'étendre ou de caractériser la représentation abstraite. Notre expérimentation repose sur la génération aléatoire d'un grand nombre de descriptions de scènes abstraites. Ces descriptions sont générées de manière à contenir un nombre croissant d'objets et de relations, pour identifier les limites de notre solution. Au terme de notre expérimentation, nous avons généré des scènes impliquant jusqu'à 15 objets et 16 relations.  L'analyse de nos résultats nous a permis de confirmer qu'il est possible d'utiliser une représentation abstraite pour la génération automatique de scènes par placement spatial. Les limitations de notre modélisation nous ont permis d'orienter les travaux futurs vers l'optimisation de la résolution à partir de notre modélisation, la modélisation d'une ontologie de grande envergure pour le placement spatial et l'évaluation de l'utilisation d'une représentation abstraite dans des problèmes plus complexes. La réalisation de ces travaux faciliterait la création de scènes 3D dans divers domaines d'applications multimédia tels que le cinéma ou les jeux vidéo.  ABSTRACT: The creation of 3D environments is a tedious and costly task. Space Layout Planning techniques aim to use constraint programming in order to automatically assign a spatial position to the objects of a 3D scene. We aim to address the lack of flexibility of these techniques in regards to the input formats and the semantic representations. The goal of our research project is to create a new space layout planning input format that would offer a higher level of abstraction. This goal is based on the supposition that it is possible to express the concepts of a space layout planning problem as an abstraction, and that this abstraction can be transformed into a solvable constraint satisfaction problem. Our solution involves using an abstract representation input format and an ontology. The abstract representation can be used to define multiple configurations, which describe several objects that can take part into actions based on clearly defined spatial modalities. The ontology's role is to define a hierarchy of objects that can be used in space layout planning, as well as several relations that can complement the abstract representation. Our experimentation relies on a random generation of many abstract representations. Each step of the generation algorithm involves a growing number of objects and a growing number of relations. The goal of this experimental approach is to identify the limits of our solution in regards to the query's complexity. At the end of our experimentation, we were able to generate scenes with a maximal number of 15 objects and 16 relations. We have been able to confirm that space layout planning based on an abstract input format is a possible approach for the resolution of space layout planning problems in order to automatically generate 3D scenes. Future work on this approach involves the optimisation of the problem's modeling the creation of a larger ontology for space layout planning, and the evaluation of an abstract representation with more complicated space layout problems. The completion of this future work would address the limitations of our current approach, and could be the key to the application of space layout planning techniques for the automatic creation of 3D scenes for movies or video games.


identifier: Salam, M. T. (2012). Implantable Micro-Device for Epilepsy Seizure Detection and Subsequent Treatment  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'émergence des micro-dispositifs implantables est une voie prometteuse pour le traitement de troubles neurologiques. Ces systèmes biomédicaux ont été exploités comme traitements non-conventionnels sur des patients chez qui les remèdes habituels sont inefficaces. Les récents progrès qui ont été faits sur les interfaces neuronales directes ont permis aux chercheurs d'analyser l'activité EEG intracérébrale (icEEG) en temps réel pour des fins de traitements. Cette thèse présente un dispositif implantable à base de microsystèmes pouvant capter efficacement des signaux neuronaux, détecter des crises d'épilepsie et y apporter un traitement afin de l'arrêter. Les contributions principales présentées ici ont été rapportées dans cinq articles scientifiques, publiés ou acceptés pour publication dans les revues IEEE, et plusieurs autres tels que «Low Power Electronics» et «Emerging Technologies in Computing». Le microsystème proposé inclus un circuit intégré (CI) à faible consommation énergétique permettant la détection de crises d'épilepsie en temps réel. Cet CI comporte une pré-amplification initiale et un détecteur de crises d'épilepsie. Le pré-amplificateur est constitué d'une nouvelle topologie de stabilisateur d'hacheur réduisant le bruit et la puissance dissipée. Les CI fabriqués ont été testés sur des enregistrements d'icEEG provenant de sept patients épileptiques réfractaires au traitement antiépileptique. Le délai moyen de la détection d'une crise est de 13,5 secondes, soit avant le début des manifestations cliniques évidentes. La consommation totale d'énergie mesurée de cette puce est de 51 μW. Un neurostimulateur à boucle fermée (NSBF), quant à lui, détecte automatiquement les crises en se basant sur les signaux icEEG captés par des électrodes intracrâniennes et permet une rétroaction par une stimulation électrique au même endroit afin d'interrompre ces crises. La puce de détection de crises et le stimulateur électrique à base sur FPGA ont été assemblés à des électrodes afin de compléter la prothèse proposée. Ce NSBF a été validé en utilisant des enregistrements d'icEEG de dix patients souffrant d'épilepsie réfractaire. Les résultats révèlent une performance excellente pour la détection précoce de crises et pour l'auto-déclenchement subséquent d'une stimulation électrique. La consommation énergétique totale du NSBF est de 16 mW. Une autre alternative à la stimulation électrique est l'injection locale de médicaments, un traitement prometteur de l'épilepsie. Un système local de livraison de médicament basé sur un nouveau détecteur asynchrone des crises est présenté.  ABSTRACT: Emerging implantable microdevices hold great promise for the treatment of patients with neurological conditions. These biomedical systems have been exploited as unconventional treatment for the conventionally untreatable patients. Recent progress in brain-machine-interface activities has led the researchers to analyze the intracerebral EEG (icEEG) recording in real-time and deliver subsequent treatments. We present in this thesis a long-term safe and reliable low-power microsystem-based implantable device to perform efficient neural signal recording, seizure detection and subsequent treatment for epilepsy. The main contributions presented in this thesis are reported in five journal manuscripts, published or accepted for publication in IEEE Journals, and many others such as Low Power Electronics, and Emerging Technologies in Computing. The proposed microsystem includes a low-power integrated circuit (IC) intended for real-time epileptic seizure detection. This IC integrates a front-end preamplifier and epileptic seizure detector. The preamplifier is based on a new chopper stabilizer topology that reduces noise and power dissipation. The fabricated IC was tested using icEEG recordings from seven patients with drug-resistant epilepsy. The average seizure detection delay was 13.5 sec, well before the onset of clinical manifestations. The measured total power consumption of this chip is 51 µW. A closed-loop neurostimulator (CLNS) is next introduced, which is dedicated to automatically detect seizure based on icEEG recordings from intracranial electrode contacts and provide an electrical stimulation feedback to the same contacts in order to disrupt these seizures. The seizure detector chip and a dedicated FPGA-based electrical stimulator were assembled together with common recording electrodes to complete the proposed prosthesis. This CLNS was validated offline using recording from ten patients with refractory epilepsy, and showed excellent performance for early detection of seizures and subsequent self-triggering electrical stimulation. Total power consumption of the CLNS is 16 mW.  Alternatively, focal drug injection is the promising treatment for epilepsy. A responsive focal drug delivery system based on a new asynchronous seizure detector is also presented. The later system with data-dependent computation reduces up to 49% power consumption compared to the previous synchronous neurostimulator.


identifier: Miquel, B. (2012). Nouvelles techniques pratiques pour la modélisation du comportement dynamique des systèmes eau-structure  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'´etude des comportements dynamique et sismique des ouvrages hydrauliques est, comme pour les structures conventionnelles, primordiale afin d'assurer la protection des vies humaines. Elle a aussi pour objectif de limiter les dommages structuraux que peut engendrer un tremblement de terre et d'´eviter le cas de rupture ou d'effondrement. Ces structures particulieres subissent non seulement les d´eplacements impos´ees par les secousses sismiques, mais aussi ceux induits par les forces hydrodynamiques g´en´er´ees par l'interaction fluide-structure. Cette th`ese passe en revue les diff´erentes m´ethodes complexes et simplifi´ees existantes permettant l'analyse dynamique d'ouvrages hydrauliques. En ce qui concerne les m´ethodes complexes,une attention particuli`ere est consacr´ee aux difficult´es li´ees `a leur utilisation. Parmi celles-ci, nous insisterons sur la mod´elisation des conditions aux fronti`eres transmettantes ermettant de simuler num´eriquement l'effet de la g´eom´etrie semi-infinie du r´eservoir. En d´eveloppant une proc´edure pour estimer l'erreur qu'induisent les conditions existantes, nous montrons que celles-ci peuvent avoir un effet tr`es important sur le comportement dynamique des structures en contact avec de l'eau. Pour les besoins des ing´enieurs-praticiens, des m´ethodes simplifi´ees sont n´ecessaires afin de v´erifier le comportement dynamique des ouvrages en contact avec de l'eau. La revue des m´ethodes simplifi´ees existantes montre que celles-ci sont bas´ees sur de nombreuses simplifications qui peuvent affecter la qualit´e des r´esultats. L'un des objectifs de cette th`ese a ´et´e de d´evelopper des m´ethodes simplifi´ees plus performantes que celles existantes. Une premi`ere m´ethode a ´et´e mise au point pour la r´ealisation d'une analyse spectrale de ces ouvrages. Pour son d´eveloppement, il a ´et´e n´ecessaire de proposer une m´ethodologie pour le calcul pr´ecis de la p´eriode fondamental d'un syst`eme eau-structure. Nous montrons que cette nouvelle proc´edure est facilement programmable, avec un temps de calcul instantan´e, et que celle-ci donne d'excellents r´esultats lorsque compar´ee `a des m´ethodes complexes.  ABSTRACT: The dynamic or seismic behavior of hydraulic structures is, as for conventional structures, essential to assure protection of human lives. These types of analyses also aim at limiting structural damage caused by an earthquake to prevent rupture or collapse of the structure. The particularity of these hydraulic structures is that not only the internal displacements are caused by the earthquake, but also by the hydrodynamic loads resulting from fluid-structure interaction. This thesis reviews the existing complex and simplified methods to perform such dynamic analysis for hydraulic structures. For the complex existing methods, attention is placed on the difficulties arising from their use. Particularly, interest is given in this work on the use of transmitting boundary conditions to simulate the semi infinity of reservoirs. A procedure has been developed to estimate the error that these boundary conditions can introduce in finite element dynamic analysis. Depending on their formulation and location, we showed that they can considerably affect the response of such fluid-structure systems. For practical engineering applications, simplified procedures are still needed to evaluate the dynamic behavior of structures in contact with water. A review of the existing simplified procedures showed that these methods are based on numerous simplifications that can affect the prediction of the dynamic behavior of such systems. One of the main objectives of this thesis has been to develop new simplified methods that are more accurate than those existing. First, a new spectral analysis method has been proposed. Expressions for the fundamental frequency of fluid-structure systems, key parameter of spectral analysis, have been developed. We show that this new technique can easily be implemented in a spreadsheet or program, and that its calculation time is near instantaneous. When compared to more complex analytical or numerical method, this new procedure yields excellent prediction of the dynamic behavior of fluid-structure systems.


identifier: Rogers-Vallée, M. (2012). Une méthode d'estimation de la consommation de puissance pour un système sur puce  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Estimer la consommation de puissance le plus tôt possible durant le cycle de développement est important pour pouvoir rencontrer le temps de mise en marché. Pour cela, plusieurs recherches en consommation de puissance se tournent vers l'estimation à haut niveau, comme la Modélisation au Niveau Transactionnel (TLM), pour accélérer l'obtention des estimations de puissance. Ce travail présente une méthodologie à haut-niveau orienté sur les Coeur sous licence (IP) qui effectue une estimation de puissance. La méthode propose une distinction entre l'activité de l'IP concerné et de son implémentation. Ceci permet de facilement créer un modèle qui peut être réutilisé avec différentes fréquences et implémentations. En utilisant l'information obtenue par des mesures d'une description au Niveau Registre (RTL), un modèle peut-être créé pour des simulations haut-niveau permettant d'abstraire l'implémentation. La méthodologie est présentée sur un processeur, une mémoire, un bus, une minuterie et un Contrôleur d'Interruption de Processeur (PIC) de Xilinx. En comparaison à des estimations effectuées au niveau RTL, le modèle permet d'estimer la consommation de puissance avec une précision de 25 ±10% par rapport à une estimation effectuée avec Xpower; et ce avec un facteur accélération de trois ou quatre ordres de grandeur.  ABSTRACT: Estimating the power consumption of System on Chip as early as possible in the design life cycle is important to meet the time to market requirements. For this purpose, most research is turning toward high-level models, like the Transaction-Level Modeling (TLM), to estimate power earlier. This work presents a high-level Intellectual Property core (IP) oriented power estimation methodology. The methodology separates the activity of the IP from the implementation. This allows the ability to easily create a model that can be used with different frequencies, layout and implementation technology. By using data gathered from the Register-Transfer Level (RTL) a model can be created for high-level simulation that can take into account the technology and characteristics of the Field-Programmable Gate Array (FPGA) device. The methodology is presented in this work for a processor, its local memory IP, counter, Processor Interrupt Controller (PIC) and bus from Xilinx. Compared to estimations made at the RTL level, the resulting model gives accurate results of 25% ±10% compared to a Xpower estimate with three to four order speedups and through different implementations.