identifier: Hotton, G. (2019). Influence des changements climatiques sur la performance de couverture à effet de barrière capillaire : étude du cas Lorraine  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La restauration des aires d'accumulation des rejets miniers (parcs à résidus, haldes à stériles), en particulier pour les sites générateurs de drainage minier acide (DMA), constitue un des principaux défis environnementaux auxquels doivent faire face l'industrie minière et les gouvernements responsables des sites abandonnés. De plus, à ces risques environnementaux intrinsèques aux activités minières, s'ajoutent désormais les enjeux liés aux changements climatiques (CC). En effet, d'importantes variations de températures et de précipitations sont à prévoir sur l'ensemble du Canada au cours des prochaines décennies. En particulier, au sud du 50ème parallèle, une augmentation de la fréquence et de la durée des évènements de sécheresse ainsi qu'une augmentation des moyennes annuelles de précipitations et de température sont anticipées. Actuellement, les travaux de restauration minière prennent peu en considération les CC dans leur conception et augmentent ainsi les risques environnementaux associés aux problèmes de stabilité chimique et physique des rejets miniers. Le site minier Lorraine a été abandonné à la fin de l'exploitation en 1968 sans aucune considération environnementale, laissant ainsi les résidus contenant des minéraux sulfureux s'oxyder et générer du DMA pendant plus de 30 ans. La restauration entreprise par le ministère de l'Énergie et des Ressources naturelles (MERN) a permis la construction en 1999 d'une couverture à effets de barrière capillaire (CEBC) visant à limiter la production de DMA. La performance de cette technique se base sur le maintien d'un degré de saturation (Sr) supérieur à 85 % dans l'une des couches du recouvrement, appelée couche de rétention d'eau, afin de limiter la migration de l'oxygène vers les résidus réactifs sous-jacents. Cependant, plusieurs incertitudes liées à l'influence des CC sur la performance des CEBC émergent en raison de leur interaction avec le milieu environnement, en particulier les conditions climatiques. En effet, l'augmentation des précipitations peut avoir un effet positif sur le degré de saturation réduisant le flux d'oxygène vers les rejets réactifs. Cependant, les évènements de sécheresse pourraient causer la désaturation de la couche de rétention d'eau et donc, induire une augmentation du flux d'oxygène à travers le recouvrement et générer du DMA. Le principal objectif de cette étude est d'évaluer l'influence des CC sur la performance à long-terme de la CEBC du site Lorraine. De façon plus spécifique, les objectifs du projet consistent à : (i) développer un modèle numérique capable de représenter le comportement hydrogéologique actuel de la CEBC du site Lorraine, (ii) évaluer l'influence des conditions climatiques annuelles moyennes d'ici 2100 et (iii) évaluer l'influence de conditions extrêmes de sécheresse sur la performance à long-terme de la CEBC. Un modèle numérique 2D a ainsi été développé avec le logiciel SEEP/W (Geo-Slope International Ltd.). Le modèle a premièrement été validé à partir de trois années de données météorologiques et hydrogéologiques mesurées sur le terrain entre 2001 et 2003. Les données journalières de six paramètres climatiques ont pu être appliquées comme condition frontière de surface grâce à la condition land-climate-interaction (LCI) : la température, les précipitations, l'humidité relative et la vitesse du vent obtenues de la station météorologique de l'aéroport d'Earlton, l'albédo défini à 0,2 et correspondant à un sol peu végété comme sur le site Lorraine et les variations du rayonnement solaire estimées par SEEP/W en fonction de la latitude du site (47,7°). Le modèle validé a ensuite été utilisé avec 3 scénarios de CC pour la période 2098-2100 (IPSL, MIROC et GFDL). Le scénario IPSL a été choisi car il simule le pire changement climatique attendu pour le comportement hydrogéologique de la CEBC. Il projette la combinaison d'une augmentation élevée de température (+ 7 °C) et d'une faible augmentation des précipitations (+ 0,7 %), pouvant conduire à une plus importante désaturation de la couche de rétention d'eau. GFDL a été sélectionné comme scénario médian avec une augmentation de température d'environ 5 °C et une augmentation de précipitations de 26,1 %. MIROC a quant à lui été choisi comme scénario présentant les plus fortes augmentations de température et de précipitations, + 9,9 °C et + 51,1 %, respectivement. Des conditions extrêmes de sécheresse ont également été appliquées au modèle de la CEBC de Lorraine. La méthodologie développée dans cette étude consistait à se concentrer sur deux paramètres : la durée de la sécheresse (d) et le cumul des précipitations des 30 jours précédents la sécheresse (CPBD). La sécheresse historique maximale observée à la station de l'aéroport d'Earlton a pu être caractérisée avec une durée de 42 jours pour un CPBD de 3 mm. Le même travail de caractérisation a été effectué sur les données climatiques projetées avec le scénario IPSL et a permis de calculer le changement relatif entre les sécheresses de la période historique et celles de la période future. Ainsi, une augmentation de 22 % de la durée des sécheresses et une augmentation de 50 % du CPBD ont été calculée pour l'horizon 2100. Une sécheresse future a ainsi été définie et appliquée au scénario IPSL en considérant une durée de 51 jours et un CPBD de 6 mm. Les résultats des différentes simulations effectuées indiquent que le comportement hydrogéologique de la CEBC du site Lorraine est impacté par les scénarios et les conditions climatiques extrêmes testés. Les niveaux piézométriques baissent de 14 cm en moyenne avec le scénario climatique le plus pessimiste (IPSL) et baissent au maximum de 42 cm lorsqu'une sécheresse future est appliquée. Cependant, les teneurs en eau volumique simulées dans le recouvrement indiquent que les effets de barrière capillaire persistent malgré les CC et les évènements de sécheresse et le critère de performance (Sr > 85 % dans la couche de rétention) a été atteint avec tous les scénarios et conditions climatiques testés.  Ce projet a permis de mettre en avant l'influence des CC sur la CEBC du site Lorraine et confirme que le design de ce recouvrement est robuste face aux CC et aux conditions extrêmes de sécheresse testés. Plus généralement, cette étude illustre l'utilité des modélisations numériques pour quantifier l'influence des CC sur la performance à long terme des CEBC à contrôler la génération de DMA. De tels travaux permettraient par la suite de développer des indices climatiques adaptés au secteur minier, adaptables à chaque site en tenant compte des scénarios climatiques locaux. Ils pourraient s'intégrer dans une approche méthodologique permettant de prendre en considération les CC et les futures conditions climatiques extrêmes dès la conception des ouvrages de restauration minière et faciliteraient l'intégration des CC dans les cadres réglementaires. Mots clés : Couverture à effets de barrière capillaire (CEBC), Drainage minier acide (DMA), Restauration de site minier, Modélisation numérique, Changements climatiques  ABSTRACT: Mine site reclamation, especially for acid mine drainage (AMD) generating sites, is one of the main environmental issues faced by the mining industry and the governments responsible for abandoned sites. In addition to these environmental risks specific to mining activities, climate change (CC) issues are now added. Significant variations in temperature and precipitation are expected across Canada in the coming decades. Mean annual precipitation, temperature, and the frequency and the duration of drought events are expected to increase in Québec south of the 50th parallel. At present, most mining reclamation works integrate superficially CC in their design increasing the environmental risks associated with the chemical and physical stability problems of mine wastes. The Lorraine mine site was abandoned at the end of the operation in 1968 without environmental consideration. Tailings were exposed to oxygen and water and sulfide oxidation occurred, leading to AMD generation for more than 30 years. The Ministry of Energy and Natural Resources (MERN) started reclamation of the Lorraine site in 1997 and a cover with capillary barrier effects (CCBE) was built as oxygen barrier in 1999 to limit the production of DMA. The performance of this technique depends on maintaining a high degree of saturation (Sr) (> 85 %) in one of the cover layers, called the moisture-retaining layer (MRL), in order to limit the migration of oxygen to the underlying reactive tailings. However, several uncertainties related to the influence of CCs on the CCBE performance are emerging because of their interaction with the environment, especially with climatic conditions. Increases in precipitation may have positive effects on maintaining the saturation of the MRL and reducing the oxygen flux to the reactive tailings. However, drought events could cause temporary desaturation of the MRL and, consequently, increase the potential for acid generation.  The main objective of this study is to evaluate the influence of CC on the long-term performance of the Lorraine CCBE. More specifically, the objectives of the project are: (i) to develop a numerical model representing the current hydrogeological behavior of the Lorraine CCBE, (ii) to evaluate the influence of the mean annual climatic conditions by 2100 and (iii) to evaluate the influence of extreme drought conditions on the long-term performance of the CCBE. A 2D numerical model was developed with SEEP/W software (Geo-Slope International Ltd.). The model was first validated using three years of meteorological and hydrogeological data measured in the field between 2001 and 2003. The daily data of six climatic parameters were applied as a surface boundary condition thanks to the land-climate-interaction condition. (LCI): temperature, precipitation, relative humidity and wind speed obtained from the Earlton airport meteorological station, albedo defined as 0.2 and corresponding to a low vegetated soil as on the Lorraine site and solar radiation variations estimated by SEEP/W with the latitude of the site (47.7°). The validated model was then used with 3 CC scenarios for the period 2098-2100 (IPSL, MIROC and GFDL). The IPSL scenario is expected to be the worst case for the CCBE hydrogeological behavior. It projects a combination of a high increase of temperatures (+ 7 °C) and a low increase in precipitation (+ 0.7 %), which may lead to the MRL desaturation. GFDL was selected as median climate scenario, with a temperature increase of about 5 °C and an increase of annual precipitation of 26.1 %. The MIROC scenario presents the most advantageous climate scenario, with temperature and precipitation increasing by +9.9 °C and +51.1 %, respectively. Extreme drought conditions were also applied to the Lorraine CCBE numerical model. The methodology developed in this study consisted of focusing on two parameters: the duration of the drought (d) and the cumulative precipitation of the 30 days preceding the drought (CPBD). The maximum historical drought observed at the Earlton airport station was characterized with a duration of 42 days for a 3 mm CPBD. The same characterization work was performed on the projected climate data with the IPSL scenario and the relative change between the droughts of the historical period and the future period was calculated. Thus, an increase of 22 % in the duration of droughts and an increase of 50 % of the CPBD were calculated for the 2100 horizon. A future drought was thus defined and applied to the IPSL scenario considering a duration of 51 days and a CPBD of 6 mm. The results of the different simulations performed in this study indicate that the hydrogeological behavior of the Lorraine CCBE is impacted by the climate scenarios and the extreme climatic conditions tested. Piezometric levels drop by an average of 14 cm with the most pessimistic climate scenario (IPSL) and drop to a maximum of 42 cm when a future drought is applied. However, simulated volumetric water contents in the cover indicate that capillary barrier effects are well developed despite CC and drought events and the performance criteria (Sr> 85 % in the MRL) is reached with all scenarios and climatic conditions tested. This project highlights the influence of CC on Lorraine CCBE and confirms that the design of the cover is robust with respect to CC and extreme drought conditions tested. More generally, this study illustrates the utility of numerical modeling to quantify the influence of CC on the long-term performance of CEBCs to control AMD generation. Such works would then lead to the development of climatic indices adapted to the mining sector and modifiable for each site considering local climate scenarios. They could be part of a methodological approach to consider CC and future extreme climatic conditions into the design of mine reclamation infrastructures and facilitate the CC integration into regulatory frameworks. Keywords: Cover with capillary barrier effects (CCBE), Acid mine drainage (AMD), Mine site reclamation, Numerical modeling, Climate change


identifier: Radoev, N. (2019). Multilingual SPARQL Query Generation Using Lexico-Syntactic Patterns  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le Web Semantique et les technologies qui s'y rattachent ont permis la création d'un grand nombre de données disponibles publiquement sous forme de bases de connaissances. Toutefois, ces données nécessitent un langage de requêtes SPARQL qui n'est pas maitrisé par tous les usagers. Pour faciliter le lien entre les bases de connaissances comme DBpedia destinées à être utilisées par des machines et les utilisateurs humains, plusieurs systèmes de question-réponse ont été développés. Le but de tels systèmes est de retrouver dans les bases de connaissances des réponses à des questions posées avec un minimum d'effort demandé de la part des utilisateurs. Cependant, plusieurs de ces systèmes ne permettent pas des expressions en langage naturel et imposent des restrictions spécifiques sur le format des questions. De plus, les systèmes monolingues, très souvent en anglais, sont beaucoup plus populaires que les systèmes multilingues qui ont des performances moindres. Le but de ce travail est de développer un système de question-réponse multilingue capable de prendre des questions exprimées en langage naturel et d'extraire la réponse d'une base de connaissance. Ceci est effectué en transformant automatiquement la question posée en requêtes SPARQL. Cette génération de requêtes repose sur des patrons lexico-syntaxiques qui exploitent la spécificité syntaxique de chaque langue.  ABSTRACT: The continuous work on the Semantic Web and its related technologies for the past few decades has lead to large amounts of publicly available data and a better way to access it. To bridge the gap between human users and large knowledge bases, such as DBpedia, designed for machines, various QA systems have been developed. These systems aim to answer users' questions as accurately as possible with as little effort possible from the user. However, not all systems allow for full natural language questions and impose additional restrictions on the user's input. In addition, monolingual systems are much more prevalent in the field with English being widely used while other languages lack behind. The objective of this work is to propose a multilingual QA system able to take full natural language questions and to retrieve information from a knowledge base. This is done by transforming the user's question automatically into a SPARQL query that is sent to DBpedia. This work relies, among other aspects, on a set of lexico-syntactic patterns that leverage the power of language-specific syntax to generate more accurate queries.


identifier: Tolouei, S. (2019). The Impact of Event-Based Cryptosporidium and Giardia Loads on Drinking Water Risk  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des épidémies de maladies d'origine hydrique ont été documentées dans le monde entier. Deux épidémies majeures d'origine hydrique se sont produites à Milwaukee, dans le Wisconsin et à Walkerton, en Ontario, au cours des trois dernières décennies, entraînant des modifications de la réglementation en matière de protection des sources d'approvisionnement en eau potable. Les épidémies signalées se sont principalement produites à la suite d'épisodes de fortes précipitations, indiquant un lien étroit entre l'hydrologie des bassins versants et les épidémies d'origine hydrique. L'approche multi-barrières, de la source au robinet, est recommandée en tant qu'approche préventive afin de protéger la santé publique et de fournir une eau potable propre et fiable aux consommateurs.  ABSTRACT: Waterborne disease outbreaks have been documented worldwide. Two major waterborne outbreaks occurred in Milwaukee, Wisconsin and in Walkerton, Ontario over the past three decades leading to regulatory changes for source water protection and drinking water treatment. Reported outbreaks have mostly occurred following heavy rainfall events, indicating a close link between watershed hydrology and waterborne outbreaks. The multi-barrier, source to tap approach is recommended as preventive approach to protect public health and to provide clean, safe and reliable drinking water to water consumers.


identifier: Trempe, P. (2019). Worldwide Weather Forecasting by Deep Learning  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La prévision météorologique a été et demeure une tâche ardue ayant été approchée sous plusieurs angles au fil des années. Puisque les modèles proéminents récents sont souvent des modèles d'appentissage machine, l'importance de la disponibilité, de la quantité et de la qualité des données météorologiques augmente. De plus, la revue des proéminents modèles d'apprentissage profond appliqués à la prédiction de séries chronologiques météorologiques suggère que leur principale limite est la formulation et la structure des données qui leur sont fournies en entrée, ce qui restreint la portée et la complexité des problèmes qu'ils tentent de résoudre. À cet effet, cette recherche fournit une solution, l'algorithme d'interpolation géospatiale SkNNI (interpolation des k plus proches voisins sphérique), pour transformer et structurer les données géospatiales disparates de manière à les rendre utiles pour entraîner des modèles prédictifs. SkNNI se démarque des algorithmes d'interpolation géospatiale communs, principalement de par sa forte robustesse aux données d'observation bruitées ainsi que sa considération accrue des voisinages d'interpolation. De surcroît, à travers la conception, l'entraînement et l'évaluation de l'architecture de réseau de neurones profond DeltaNet, cette recherche démontre la faisabilité et le potentiel de la prédiction météorologique multidimensionnelle mondiale par apprentissage profond. Cette approche fait usage de SkNNI pour prétraiter les données météorologiques en les transformant en cartes géospatiales à multiples canaux météorologiques qui sont organisées et utilisées en tant qu'éléments de séries chronologiques. Ce faisant, le recours à de telles cartes géospatiales ouvre de nouveaux horizons quant à la définition et à la résolution de problèmes de prévisions géospatiales (p. ex. météorologiques) plus complexes.  ABSTRACT: Weather forecasting has been and still is a challenging task which has been approached from many angles throughout the years. Since recent state-of-the-art models are often machine learning ones, the importance of weather data availability, quantity and quality rises. Also, the review of prominent deep learning models for weather time series forecasting suggests their main limitation is the formulation and structure of their input data, which restrains the scope and complexity of the problems they attempt to solve. As such, this work provides a solution, the spherical k-nearest neighbors interpolation (SkNNI) algorithm, to transform and structure scattered geospatial data in a way that makes it useful for predictive model training. SkNNI shines when compared to other common geospatial interpolation methods, mainly because of its high robustness to noisy observation data and acute interpolation neighborhood awareness. Furthermore, through the design, training and evaluation of the DeltaNet deep neural network architecture, this work demonstrates the feasibility and potential of multidimensional worldwide weather forecasting by deep learning. This approach leverages SkNNI to preprocess weather data into multi-channel geospatial weather frames, which are then organized and used as time series elements. Thus, working with such geospatial frames opens new avenues to define and solve more complex geospatial (e.g. weather) forecasting problems.


identifier: Lemieux-Leduc, C. (2019). Microcavités à modes de galerie en polymère pour la détection de gaz  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de ce projet de maîtrise est de faire la preuve de concept d'un senseur de gaz à partir de cavités à modes de galerie en polymère. Il est considéré possible d'exploiter les propriétés absorbantes d'un polymère afin d'atteindre des sensibilités élevées pour un senseur optique microfabriqué. Le principe de détection utilisé avec ces microstructures se base sur le décalage des résonances causé par une variation du parcours optique dans la cavité. Cette variation peut être générée par la combinaison d'une variation de la l'indice de réfraction et d'une variation de la géométrie du résonateur. La configuration proposée est un microrésonateur en disque sur pilier de silicium de sorte que le polymère puisse se dilater plus facilement que dans les cavités Fabry-Pérot développées au laboratoire. Dans le cas des Fabry-Pérot, le polymère est restreint dans sa dilatation par les miroirs de silicium. Le SU-8 a été choisi comme polymère pour former le microdisque pour cette étude en raison de ses excellentes propriétés optiques et des récents travaux démontrant son utilisation pour la détection de gaz. De plus, puisqu'il s'agit d'une photorésine, le procédé de microfabrication est simplifié à une étape de photolithographie puis une gravure isotrope du silicium. Il a ainsi été possible de produire des microcavités en SU-8 pouvant atteindre un facteur de qualité de 1.58 × 105 pour une résonance se situant près de 1577nm. Les cavités ont été caractérisées pour déterminer les paramètres géométriques pouvant influencer la sensibilité à la concentration d'un gaz. Une étude effectuée sur des cavités avec des géométries différentes a permis de déterminer que le rapport de la sous-gravure du résonateur sur son rayon avait une influence sur sa sensibilité. La sensibilité en température et le temps de réponse ont également été étudiés. La sensibilité des cavités en SU-8 a, par la suite, été évaluée pour une variété de composés sous phase vapeur dont l'eau, l'isopropanol, le toluène, le limonène, le 1-butanol et l'acide pentanoïque. La limite de détection a également été calculée pour ces six composés. L'acide pentanoïque a ainsi une sensibilité d'environ 23pm/ppm et une limite de détection de 0.6 ppm comparé à l'isopropanol qui a une sensibilité de 0.07pm/ppm et une limite de détection de 64 ppm pour des modes de résonances se situant entre 1500 et 1600nm.  ABSTRACT: The main objective of this Master's project is to demonstrate the concept of a gas sensor using whispering gallery mode resonators in polymer. It is deemed possible to exploit the absorbent properties of a polymer in order to achieve high sensitivities for a microfabricated optical device. The detection principle used with these microstructures is based on the resonance shift caused by a variation of the optical path in the cavity. This variation can be generated by a combination of change in the refractive index and change in geometry of the resonator. The proposed configuration is a microdisk resonator on a silicon pillar. Here, the polymer can expand more easily than in Fabry-Perot microcavities previously developed in the laboratory. For these cavities, the polymer's expansion is restricted by the silicon mirrors. The photoresist SU-8 was chosen as the polymer to form the microdisk for this study because of its excellent optical properties and recent work demonstrating its use in gas detection. Furthermore, considering the photoresist nature of SU-8, the microfabrication process is simplified at one single photolithography step and one isotropic etch of silicon. It was possible to produce microcavities in SU-8 with a quality factor up to 1.58 × 105 for a resonance near 1577nm. The cavities were characterized to determine the geometric parameters that could influence the sensitivity to the concentration of the analyte gas. The study of cavities with different geometries indicates that the ratio of the resonator undercut to its radius influenced its sensitivity. Temperature sensitivity and response time were also studied. The sensitivity of SU-8 cavities was subsequently assessed for a variety of vapour-phase compounds including water, isopropanol, toluene, limonene, 1-butanol and pentanoic acid. The detection limit was calculated for these six compounds. The sensitivity for pentanoic acid is approximately 23pm/ppm and the detection limit is 0.6 ppm, compared to isopropanol where corresponding values are 0.07pm/ppm and 64 ppm for resonance modes between 1500 and 1600nm.


identifier: Calugaru, I. L. (2019). Amélioration de l'efficacité du traitement du drainage minier par des matériaux naturels et résiduels modifiés  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière apporte une contribution essentielle au développement économique mondial et au progrès global de la société. En même temps, l'industrie minière produit et doit gérer d'une manière responsable des grands volumes de résidus ayant des impacts environnementaux non négligeables.L'exposition prolongée des sulfures dans les résidus miniers à l'air et à l'eau entraîne la génération du drainage minier acide (DMA). Alors que la plupart des métaux sont dissous surtout dans les conditions de faible pH du DMA (<6), le drainage neutre contaminé (DNC, pH 6-9) peut aussi contenir des concentrations en métaux et en métalloïdes dépassant les normes légales en vigueur. Étant donné que les éléments métalliques ne sont pas biodégradables, ils peuvent être bio- accumulés et entraîner de la toxicité et des perturbations significatives sur les écosystèmes. De plus, le drainage minier représente une catégorie particulière d'eau contaminée, dû au mécanisme de sa génération, sa charge en contaminants ainsi que par son impact sur l'environnement : en absence de mesures de contrôle, le drainage minier peut persister des centaines d'années après la fermeture d'une mine. Par conséquent, le traitement est nécessaire, avant le rejet des effluents dans l'environnement.Plusieurs technologies de traitement du drainage minier sont disponibles. Étant classifiées en actives, semi-passives et passives, elles sont bassées sur de processus physiques, chimiques et biologiques. Cependant, la plupart des technologies ont été développées pour répondre à la problématique du DMA, alors que peu de travaux sur le traitement du DNC sont disponibles à ce jour. De plus, les technologies classiques présentent certains inconvénients : la gestion de grands volumes de boues, coûts d'entretien et d'opération élevés, coût élevé du capital initial, consommation élevée de produits chimiques, débits limités et encrassement des membranes.  Au cours des dernières années, la recherche a été orientée vers des technologies émergentes dans le traitement de l'eau, comme l'utilisation de matériaux naturels sous-utilisés et de résidus industriels, locaux et facilement disponibles. Ces matériaux peuvent être modifiés, afin d'augmenter leur stabilité chimique et mécanique ainsi que la capacité de sorption des contaminants. L'utilisation des résidus permet de leur donner une nouvelle vie, en plus d'éliminer le problème de leur stockage. La régénération du matériau sorbant ainsi que la possibilité de récupération des métaux retenus contribuent également à diminuer le coût de traitement de l'eau.Cependant, malgré le fait que les matériaux modifiés sont intensivement étudiés dans la littérature, et semblent être une option très prometteuse pour le traitement des eaux contaminées, très peu d'études présentent une évaluation réelle des coûts de modification et de traitement par ces matériaux modifiés. L'hypothèse principale de la thèse s'énonce ainsi : la modification des matériaux naturels et résiduels permet d'augmenter l'efficacité du traitement des effluents miniers, comparativement aux matériaux non modifiés et aux autres technologies de traitement de l'eau, et d'atteindre la conformité légale plus rapidement et à un moindre coût et impact environnemental.  L'objectif général de cette thèse est donc d'évaluer l'efficacité et les coûts associés au traitement du DNC par des matériaux naturels et résiduels modifiés, ainsi que la stabilité (lixiviation) des contaminants et la faisabilité de récupération des métaux. Afin d'atteindre cet objectif, des matériaux naturels (dolomite), industriels sous-utilisés (biochar), et résidus (cendres de combustion des résidus de bois et des écorces) ont été modifiées par des technologies simples, afin de traiter le Ni, le Zn, l'As et le Sb présents dans du DNC synthétique. Les matériaux choisis sont largement disponibles dans la région de l'Abitibi-Témiscamingue, tandis que les contaminants traités sont parmi les plus problématiques au Québec.  La revue de littérature réalisée a permis d'inventorier divers matériaux modifiés pour le traitement des eaux : la dolomite, les cendres, le biochar, les matériaux greffés de Fe, la biomasse cellulosique et lignocellulosique, la chitine et le chitosane, les carapaces de crustacés et mollusques, les microorganismes, le charbon activé, la boue, le sable et d'autres divers résidus industriels. Cette étape a permis de sélectionner les matériaux utilisés dans ce projet selon leur disponibilité dans la région, la facilité de la modification et les performances dans le traitement des contaminants ciblés. La revue de littérature a aussi permis d'observer que, malgré l'abondance des études sur les matériaux modifiés dans les revues scientifiques, très peu de ces études dépassent l'échelle laboratoire, concernent des effluents réels, et traitent de la régénération du matériau sorbant et de la récupération potentielle des métaux à valeur ajoutée. De plus, l'évaluation des coûts de modification des matériaux, des coûts de traitement des eaux par ces matériaux, ainsi qu'une évaluation globale de la faisabilité de ce genre de projet à l'échelle industrielle, est généralement très peu couverte dans la littérature. Après échantillonage, la dolomite et deux qualités de cendres ont été d'abord caractérisés et modifiées. Des essais de type batch ont par la suite permis d'évaluer la capacité et la cinétique d'enlèvement simultanée du Ni et du Zn par les matériaux d'origine et modifiés, les données obtenues ont été employées pour dimensionner des essais avec écoulement. Ceux-ci ont été poursuivis pendant 119 jours pour traiter un DNC (pH 6, 51,5 mg/L Ni et 46,5 mg/L Zn) jusqu'à une concentration de Ni et de Zn de 0,5 mg/L, dans l'effluent final. Les résultats ont montré que les matériaux d'origine (non modifiés) étaient très peu efficaces lors des essais avec écoulement, comparativement aux matériaux modifiés. Cependant, la correction du pH des effluents traités par les matériaux modifiés pourrait être nécessaire. La cendre de bois modifiée a été la plus efficace parmi les matériaux testés : enlèvement de 107 mg/g de Ni et 294 mg/g de Zn en batch, et 64 mg/g de Ni et 62 mg/g de Zn en colonne. Il est à noter que les essais en colonne ont été arrêtés quand la concentration en Ni / Zn a atteint 0,5 mg/L, dans l'effluent final. Les matériaux modifiés pourraient être intéressants pour la récupération des métaux traités, ce qui réduirait éventuellement des problèmes de gestion des boues de traitement ainsi que l'empreinte environnementale de l'activité minière.   Pour le traitement de l'As et du Sb, un échantillon de biochar provenant d'un dépotoir de cendres (d'une usine de cogénération) a été modifié par greffe de fer. Deux techniques ont été évaluées, soit la greffe de fer par évaporation et par précipitation, permettant une augmentation massique de fer de 26,9% et 12,6% respectivement. Les essais en batch ont montré que la capacité de sorption du biochar greffé de fer par évaporation a triplé pour l'As (V) et quintuplé pour le Sb (III). Pour le biochar greffé de fer par précipitation, la capacité de sorption a doublé pour les deux contaminants, comparativement au biochar non modifié. Lors des essais en colonne, le biochar greffé de fer par évaporation a traité efficacement les affluents [pH 6; 1 mg/L As (V)] pendant plus de 286 jours. Le pH de l'effluent final se situait dans les limites autorisées par la loi (6 à 9,5), tandis que moins de 0,3 mg/L de Fe était lessivé.   Comme il était attendu, et en conformité avec la littérature, l'énoncé de l'hypothèse de recherche : « la modification des matériaux naturels et résiduels permet d'augmenter l'efficacité du traitement des effluents miniers, comparativement aux matériaux non modifiés » a été validée par cette première partie de l'étude.   Pour ce qui est des coûts de traitement des eaux minières contaminées à l'aide de matériaux modifiés, les informations sont rares dans la littérature. Cependant, l'analyse technico-économique effectuée dans le cadre de ce projet fournit des pistes intéressantes. Pour le traitement d'un effluent contaminé à 1 mg/L As, en posant l'hypothèse d'une capacité de traitement de 100 et 1000 m3/jour, le coût de traitement par du biochar greffé de fer par évaporation sera de 14,49 et 14,24 $\$$/m3 respectivement. Afin de diminuer ce coût, une analyse des éléments de coût a été effectuée. Celle-ci a mis en évidence le facteur de coûts le plus important, soit le réactif FeCl3·6H2O (92,4%). En remplaçant le FeCl3·6H2O par du Fe2(SO4)3, le coût de traitement a été diminué à 9,63 et 9,38 $\$$/m3, respectivement. La nouvelle analyse des éléments de coût a révélé une diminution de l'impact du réactif utilisé pour la greffe de Fe à 85,3%.   Pour le traitement d'un effluent contaminé en 3,7 mg/L Ni et 9,1 mg/L Zn par la dolomite mi-calcinée, le coût du traitement serait de 1,41 $\$$/m3 pour 100 m3/jour et de 0,53 $\$$/m3 pour 1000m3/jour. L'augmentation du volume d'eau contaminée à traiter diminue considérablement le coût unitaire de traitement (d'environ 2,7 fois) mais produit aussi des changements dans la structure du coût (l'impact du prix d'acquisition du four diminue de 56,6% à 36,8% tandis que l'impact du coût d'énergie augmente de 39,4% à 52,6%, pour une augmentation du volume d'eau traitée de 100 à 1000 m3/jour). Si l'effluent est seulement contaminé en Zn (9,1 mg/L), le coût du traitement diminue à 0,90 $\$$/m3 pour 100 m3/jour et à 0,40 $\$$/m3 pour 1000 m3/jour. De plus, une optimisation est encore possible, car la capacité de traitement de 12,2 mg Zn/g dolomite mi-calcinée, a été déterminée en présence de Ni (enlevé 4,7 mg/g dolomite mi-calcinée).   Si le même effluent contaminé en Ni (3,7 mg/L) et en Zn (9,1 mg/L) est traité par la cendre de Boralex modifiée, le coût diminuera davantage : 0,53 $\$$/m3 pour 100 m3/jour et de 0,26 $\$$/m3 pour 1000 m3/jour. Cette diminution est due à la capacité d'enlèvement nettement supérieure de la cendre de Boralex modifiée, comparativement à celle de la dolomite mi-calcinée (107 versus 4,7 mg Ni/g et 294 versus 12,2 mg Zn/g). Si on traite un effluent contaminé seulement par du Zn, les coûts de traitement baissent légèrement (à 0,50 et 0,20 $\$$/m3), une optimisation étant encore possible car la capacité de traitement de 294 mg Zn/g cendre de Boralex modifiée a été déterminée en présence de Ni (enlevée 107 mg/g cendre de Boralex modifiée).   Si la cendre de Kirkland Lake est utilisée pour traiter l'effluent contaminé en Ni (3,7 mg/L) et Zn (9,1 mg/L), le coût de traitement serait légèrement supérieur comparativement à la cendre de Boralex modifiée, soit 0,65 $\$$/m3 pour 100 m3/jour et de 0,33 $\$$/m3 pour 1000 m3/jour, dû au prix exigé par le fournisseur et aux pertes plus élevées liées à la modification de la cendre (contenu plus élevé en matière organique, rendement de modification plus faible). Le traitement du Ni et du Zn par la dolomite mi-calcinée et par la cendre modifiée par fusion alcaline et traitement hydrothermal semblent donc être deux solutions assez compétitives. Cependant, la dolomite est plus facile à activer que la cendre, tout en étant plus facile à dissoudre à l'acide concentré afin de récupérer les métaux. De plus, les pierres dolomitiques pourraient être utilisées pour le traitement passif avec écoulement, en plus du traitement actif. Pour le traitement de l'As, le biochar greffé de fer semble une solution assez coûteuse, l'élément ayant la plus grande influence dans le coût étant la source de fer utilisée pour le greffage. Ce réactif pourrait être remplacé par du DMA fortement chargé en fer, largement disponible dans la région de l'Abitibi-Témiscamingue. Cependant, le biochar greffé de fer obtenu ne devrait pas engendrer une contamination de l'effluent à traiter. Pour conclure, les résultats de cette étude prouvent que la modification des matériaux naturels et résiduels permet d'augmenter l'efficacité de traitement des effluents miniers, comparativement aux matériaux non modifiés. Le coût de traitement peut être très compétitif, pour une technologie de fabrication très simple et propre, comparativement aux technologies actuellement utilisés. De plus, la récupération des métaux est possible. Mots clés : drainage minier, drainage neutre contaminé, matériaux modifiés, essais de traitement en batch, essais de traitement en colonne, sorption, précipitation, analyse technico-économique  ABSTRACT: The mining industry has an essential contribution to the global economic development and the overall progress of the society. At the same time, the mining industry produces and must handle responsibly large volumes of residues with significant environmental impacts.  Prolonged exposure of sulfides in mine tailings to air and water results in the generation of acid mine drainage (AMD). While most metals are dissolved mostly under the low pH conditions of AMD (<6), contaminated neutral drainage (CND, pH 6-9) may also contain concentrations of metals and metalloids exceeding legal standards. Since metal are elements therefore not biodegradable, they can be bio accumulated and lead to significant toxicity and disturbance in ecosystems. In addition, mine drainage represents a particular category of contaminated water, due to the mechanism of its generation, its load of contaminants and its impact on the environment: in the absence of control measures, mine drainage can persist hundreds of years after the closure of a mine. Therefore, the treatment is necessary before released an effluent into the environment. Several treatment technologies for mining drainage are available. Classified as active, semi-passive and passive, they are based on physical, chemical and biological processes. However, most technologies have been developed to address the issue of AMD, while less work on the treatment of CND is available to date. In addition, conventional technologies have certain disadvantages: the management of large volumes of sludge, high maintenance and operation costs, high cost of initial capital, high consumption of chemicals, limited flow and membrane fouling.  In recent years, research has been directed towards emerging technologies in water treatment, such as the use of underutilized natural materials and industrial, local and readily available residues. Such materials can be modified to increase their chemical and mechanical stability as well as the sorption capacity of contaminants. The use of residues gives them a new life, in addition to eliminating the problem of their storage. The regeneration of the sorbent material as well as the possibility of recovery of the retained metals also contribute to reducing the cost of water treatment. However, despite the fact that the modified materials are extensively studied in the literature, and seem to be a very promising option for the treatment of contaminated water, very few studies present an evaluation of the costs of modification as well as of the water treatment by these materials.  The research hypothesis of the study is the following: the modification of natural and residual materials increases the efficiency of the treatment of the mining effluents, compared to the unmodified materials and to other technologies of water treatment; moreover, the legal compliance is achieved faster and at lower cost and environmental impact.  The objective of this thesis is to evaluate the efficiency and the costs associated with the treatment of CND with modified natural and residual materials, as well as the stability (leaching) of contaminants and the feasibility of metals recovery. In order to achieve this, natural materials (dolomite), underutilized industrial (biochar), and residues (ashes from burning wood residues and bark) have been modified by simple technologies, in order to treat Ni, Zn, As and Sb in synthetic CND. The materials chosen are widely available in the Abitibi-Témiscamingue region, while the target contaminants are among the most problematic in Quebec.  A literature review conducted above all, allowed to inventory various modified materials for water treatment, like: dolomite, ash, biochar, Fe graft materials, cellulosic and lignocellulosic biomass, chitin and chitosan, crustacean shellfish and molluscs, microorganisms, activated charcoal, mud, sand and other various industrial residues. This inventory allowed to select the materials used in this project according to their availability in the region, the ease of modification, and the performance in the treatment of target contaminants. The literature review also highlighted that despite the abundance of studies on modified materials in scientific journals, very few of these studies go beyond the laboratory scale, concern actual effluents, and deal with the regeneration of the material, or sorbent and potential metal recovery. In addition, the assessment of material modification costs, water treatment costs for these materials, as well as an overall assessment of the feasibility of this type of project on an industrial scale, is very few covered int the littérature. After sampling, dolomite and two qualities of wood ash were firstly characterized and then modified. Batch-type tests thereafter evaluated the sorption capacity and kinetics for simultaneous removal of Ni and Zn by the raw and modified materials, the data obtained being used to design column tests. Column tests were continued for 119 days to treat CND (pH 6, 51.5 mg/L Ni and 46.5 mg/L Zn) to a concentration of 0.5 mg/L Ni or Zn, in the final effluent. The results showed that the raw materials (unmodified) were rather inefficient in column tests, compared to modified materials (criteria: removal of contaminants, duration before saturation, release of contaminants). However, pH correction of effluents treated with modified materials may be required. The modified wood ash was the most effective among the tested materials: removal of 107 mg/g of Ni and 294 mg/g of Zn in batch, and 64 mg/g of Ni and 62 mg/g of Zn in column (it should be noted that the column tests were stopped when the concentration of either Ni or Zn reached 0.5 mg/L, in the final effluent). The modified materials could be of interest for the recovery of metals, which will eventually reduce sludge management issues as well as the environmental footprint of the mining activity.  For the treatment of As and Sb, a biochar sample from an ash depot (generated by a cogeneration plant) was modified by iron grafting. Two techniques were evaluated: iron grafting by evaporation and by precipitation, allowing a mass increase of iron of 26.9% and 12.6%, respectively. Batch tests showed that the sorption capacity of iron-grafted biochar by evaporation tripled for As (V) and quintupled for Sb (III). For the iron-grafted biochar by precipitation, the sorption capacity doubled for both contaminated compared with the unmodified (raw) biochar. In column tests, the iron-grafted biochar by evaporation effectively treated the influents [pH 6, 1 mg/L As (V)] for more than 286 days. The pH of the final effluent was within the legally allowed limits (6 to 9.5), while less than 0.3 mg/L Fe leached.  As expected, and in accordance with the literature, the research hypothesis stating that "the modification of natural and residual materials increases the efficiency of the treatment of mine effluents compared to unmodified materials" has been validated by this first part of the study. Regarding to the cost of the mine impacted waters treatment by modified materials, information is scarce in the literature. Technico-economic analysis carried out within the framework of this project provides interesting information. For the treatment of an effluent contaminated with 1 mg/L As, assuming a treatment capacity of 100 and 1000 m3/day, the cost of treatment with iron-grafted biochar by evaporation will be 14.49 and respectively 14.24 CAD/m3. In order to reduce this cost, an analysis of the cost elements has been carried out. This showed the most important cost factor, the reagent FeCl3 · 6H2O (92.4%). By replacing FeCl3 · 6H2O with Fe2(SO4)3 the treatment cost was decreased to 9.63 and respectively 9.38 CAD/m3. Moreover, the new cost element analysis revealed a decrease in the impact of the reagent used to graft the Fe, to 85.3%.  For the treatment of an effluent contaminated with 3.7 mg/L Ni and 9.1 mg/L Zn, by half-charred dolomite, the treatment cost will be 1.41 CAD/m3 per 100 m3/day and of 0.53 CAD/m3 per 1000 m3/day. The increase in the volume of contaminated water to be treated considerably reduces the unit cost (about 2.7 times) but also produces changes in the cost structure (the impact of the purchase price of the oven decreases by 56.6% to 36.8% while the impact of energy cost increases from 39.4% to 52.6%, for an increase in the volume of treated water from 100 to 1000 m3/day). If the effluent is only contaminated with Zn (9.1 mg/L), the treatment cost decreases to 0.90 CAD/m per 100 m3/day and to 0.40 CAD/m3 per 1000 m3/day. In addition, optimization is still possible because the treatment capacity of 12.2 mg Zn/g dolomite half-charred, was determined in the presence of Ni (removed 4.7 mg/g dolomite half-calcined).  If the same effluent contaminated with Ni (3.7 mg/L) and Zn (9.1 mg/L) is treated with the modified Boralex wood ash, the cost will decrease further: 0.53 CAD/m3 per 100 m3/day and 0.26 CAD/m3 per 1000 m3/day. This decrease is due to the significantly higher removal capacity of the modified Boralex wood ash, compared to that of the half-charred dolomite (107 versus 4.7 mg Ni/g and 294 versus 12.2 mg Zn/g). If an effluent contaminated with only Zn is treated, the treatment costs decrease slightly (to 0.50 and 0.20 CAD/m3), an optimization being still possible, because the treatment capacity of 294 mg Zn/g modified Boralex wood ash, was determined in the presence of Ni (removed 107 mg/g modified Boralex wood ash).  If modified Kirkland Lake wood ash would be used to treat the effluent contaminated with Ni (3.7 mg/L) and Zn (9.1 mg/L), the cost of treatment will be slightly higher compared to the modified Boralex wood ash: 0.65 CAD/m3 per 100 m3/day and 0.33 CAD/m3 per 1000 m3/day, due to the wood ash price charged by the supplier and higher losses associated with ash modification (higher content in organic matter, lower modification yield).  The treatment of Ni and Zn by half-charred dolomite and by alkaline-modified ash seem to be two fairly competitive solutions. However, dolomite is easier to activate than wood ash, just as it is easier to dissolve with concentrated acid to recover metals. In addition, dolomitic stones could be used for passive flow treatment, in addition to active treatment.  For the treatment of As, the iron-grafted biochar seems a rather expensive solution, the element having the highest impact in the cost being the iron source reagent employed for grafintg. This reagent could be replaced by AMD rich in iron, widely available in the region of Abitibi-Témiscamingue. However, the iron grafted biochar obtained should not cause contamination of the final (treated) effluent.  In conclusion, this study prove that the modification of natural and residual materials increases the efficiency of the treatment of mine effluents if compared to unmodified (raw) materials. The cost of the water treatment can be very competitive, for a very simple and clean manufacturing technology, compared to currently employed technologies. Further, metal recovery is possible.  Keywords: mine drainage, contaminated neutral drainage, modified materials, batch tests, column tests, sorption, precipitation, techno-economic analysis


identifier: An, L. (2019). Understanding the Impact of Release Processes and Practices on Software Quality  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'ingénierie de production (release engineering) englobe toutes les activités visant à «construire un pipeline qui transforme le code source en un produit intégré, compilé, empaqueté, testé et signé prêt à être publier». La stratégie des production et les pratiques de publication peuvent avoir un impact sur la qualité d'un produit logiciel. Bien que cet impact ait été longuement discuté et étudié dans la communauté du génie logiciel, il reste encore plusieurs problèmes à résoudre. Cette thèse s'attaque à quelque-uns de ces problèmes non résoulus de l'ingénierie de production en vue de proposer des solutions. En particulier, nous investigons : 1) pourquoi les activités de révision de code (code review) peuvent rater des erreurs de code susceptibles de causer des plantages (crashs); (2) comment prévenir les bogues lors de l'approbation et l'intégration des patches urgents; 3) dans un écosystème logiciel, comment atténuer le risque de bogues dus à des injections de DLL. Nous avons choisi d'étudier ces problèmes car ils correspondent à trois phases importantes des processus de production de logiciels, c'est-à-dire la révision de code, les patches urgents, et la publication de logiciels dans un écosystème. Les solutions à ces problèmes peuvent aider les entreprises de logiciels à améliorer leur stratégie de production et de publication. Ce qui augmentera leur productivité de développement et la qualité générale de leurs produits logiciels.  ABSTRACT: Release engineering encompasses all the activities aimed at “building a pipeline that transforms source code into an integrated, compiled, packaged, tested, and signed product that is ready for release”. The strategy of the release processes and practices can impact the quality of a software artefact. Although such impact has been extensively discussed and studied in the software engineering community, there are still many pending issues to resolve. The goal of this thesis is to study and solve some of these pending issues. More specifically, we examine 1) why code review practices can miss crash-prone code; 2) how urgent patches (also called patch uplift) are approved to release and how to prevent regressions due to urgent patches; 3) in a software ecosystem, how to mitigate the risk of defects due to DLL injections. We chose to study these problems because they correspond to three important phases of software release processes, i.e., code review, patch uplift, and releasing software in an ecosystem. The solutions of these problems can help software organizations improve their release strategy; increasing their development productivity and the overall user-perceived quality of their products.


identifier: Laverdière, A. (2019). Effet de la granulométrie sur le comportement géotechnique de roches stériles concassées utilisées comme surface de roulement sur des routes minières  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les opérations minières produisent de grandes quantités de roches stériles qui sont généralement entreposées dans des haldes à stériles. La gestion et la restauration de ces empilements sont complexes en raison de leur taille (h > 100 m, A > 100 ha) et de leur stabilité géotechnique et géochimique. La valorisation (i.e. réutilisation) des roches stériles permet de réduire l'empreinte des haldes tout en répondant aux besoins de matériaux de construction pour les infrastructures minières. Les stériles sont couramment utilisés pour la construction des routes sur les sites miniers, mais avec peu ou pas de préparation ou de tri particulier. Il en résulte des routes avec une faible durabilité qui contribuent à l'augmentation des crevaisons et à la génération de poussières. L'utilisation dans la surface de roulement de roches stériles concassées dont les propriétés sont optimisées pourrait permettre de réduire l'apparition de défectuosités sur la route et permettre une conduite plus confortable et sécuritaire pour les usagers.L'objectif principal de ce projet de maîtrise était de déterminer les propriétés géotechniques optimales pour l'utilisation des roches stériles concassées comme surface de roulement dans les routes minières. Dans un premier temps, une caractérisation (analyses granulométriques, densité relative des grains solides, compaction Proctor standard et modifié, perméabilité) a été réalisée sur des stériles concassés provenant d'une mine partenaire de l'IRME (Mine Canadian Malartic). La rigidité est un indice important de la performance du matériau utilisé dans la surface de roulement. L'essai de l'indice de portance californien (California bearing ratio test ou CBR) a été utilisé comme indicateur de la rigidité du matériau en fonction de différentes distributions granulométriques, énergies de compaction et teneurs en eau. Des mesures de densités ont été réalisées sur le terrain afin de confirmer si la compaction étudiée au laboratoire correspond à celle observée en place. Les résultats issus du programme de laboratoire ont ensuite été utilisés dans le logiciel SIGMA/W (Geo-Slope Intl. 2018) afin d'évaluer les déformations induites par le passage des véhicules extra-lourds selon les différentes caractéristiques de la surface de roulement. Les résultats des simulations numériques ont permis d'estimer la résistance au roulement correspondant aux différents matériaux modélisés. Les résultats obtenus au laboratoire ont permis de proposer quelques recommandations pour maximiser la rigidité et la densité du matériau destiné à la construction de la surface de roulement de route minière, notamment en modifiant sa distribution granulométrique et l'énergie de compaction employée. Pour le matériau testé, 10% de particules fines (d<0,08 mm) et une énergie de compaction élevée ont permis d'obtenir des CBR supérieurs à 250%. Les résultats ont également montré que les particules les plus grossières du matériau contribuaient significativement à sa rigidité. Les travaux de terrain ont en outre permis de vérifier que l'intervalle des densités mesurées au laboratoire correspondait bien à ce qui est observé sur le terrain. Une certaine hétérogénéité de la distribution des densités et de la distribution granulométrique des roches stériles concassées utilisées dans la surface de roulement a été observée. Finalement, les simulations numériques ont montré que la résistance au roulement pouvait être réduite d'au plus 0,26% grâce à l'augmentation de la rigidité du matériau étudié pour des valeurs de résistance au roulement initiale d'environ 3%.Les résultats de cette étude ont montré que l'optimisation du choix et de la préparation des roches stériles concassées utilisées dans la construction de la surface de roulement des routes minières pouvait améliorer les performances du matériau et ainsi favoriser sa valorisation.  ABSTRACT: Mining operations generate large volume of waste rocks, which are usually disposed of in piles. Management and reclamation of waste rock piles can be a challenge because of their size (h > 100 m and A > 100 ha) and their geochemical and geotechnical stability. The valorization (i.e. reuse) of these materials reduces their footprint while meeting the needs of construction materials for mine infrastructures. Waste rock is commonly used for road construction at mine sites. However, current practice usually consists of using waste rock directly, without any particular preparation or selection, thus resulting frequently in punctures, dust generation and low durability. Optimizing properties of crushed waste rocks used in the surface course of mine haul roads could reduce the occurrence of road defects and provide a more comfortable and safer ride for users. The main objective of this research project was to determine the optimal geotechnical properties for the use of crushed rock as a running surface in mining roads. First, a characterization (particle size distribution analysis, specific density, standard and modified Proctor compaction, permeability) was performed on crushed waste rock from a partner mine of RIME (Canadian Malartic Mine). Stiffness is an important index of the performance of the material used in the surface course. The California bearing ratio test (CBR) was used as an indicator of the stiffness of the material for different particle size distributions, compaction energies and water contents. Densities were measured in the field to confirm whether the compaction studied in the laboratory corresponded to what is observed in situ. The results from the laboratory program were then used in the SIGMA/W (Geo-Slope Intl. 2018) numerical code to evaluate the deformations induced by the traffic of extra-heavy vehicles according to the different characteristics of the running surface. The rolling resistance corresponding to the different rolling surface materials modelled was evaluated using numerical simulations. Laboratory results showed that it was possible to maximize the stiffness and density the mining road surface by modifying the particle size distribution and the compaction energy used for its construction. For the tested material, 10% fine particle content (d <0.08 mm) and a high compaction energy yielded CBR results greater than 250%.  The results also showed that the coarser particles of the material contributed significantly to increase its rigidity. Fieldwork has shown that the range of density measured in the laboratory corresponded well to field conditions. Heterogeneity of density distribution and particle size distribution of the crushed sterile rocks used in the surface course was observed in the field. Finally, the numerical simulations have shown that the increase of the stiffness of the studied material could contribute to decreasing the rolling resistance by a maximum of 0.26% for initial rolling resistance of around 3%. The results of this study showed that the optimization of the crushed waste rocks used in the construction of the surface course of mining roads could improve the performance of the material and thus promote its valorization.


identifier: Yang, K. (2019). In-Domain Control of Partial Differential Equations  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse porte sur la commande des systèmes à dimension infinie décrit par les équa-tions aux dérivées partielles (EDP). La commande d'EDP peut être divisée approximative-ment en deux catégories en fonction de l'emplacement des actionneurs: la commande à la frontière, où les actionnements sont appliqués à la frontière des systèmes d'EDP, et la com-mande dans le domaine, où les actionneurs pénètrent à l'intérieur du domaine des systèmes d'EDP. Dans cette thèse, nous étudierons la commande dans le domaine de l'équation d'Euler-Bernoulli, de l'équation de Fisher, l'équation de Chafee-Infante et de l'équation de Burgers. L'équation d'Euler-Bernoulli est un modèle classique d'EDP linéaire décrivant la flexion pure des structures flexibles. L'équation de Fisher et l'équation de Chafee-Infante sont des EDP paraboliques semi-linéaires, qui peuvent être utilisées pour modéliser certains phénomènes physiques, chimiques ou biologiques. L'équation de Burgers peut être considérée comme une simplification d'équations de Navier-Stokes en mécanique des fluides, en dynamique des gaz, en fluidité de la circulation, etc. Ces systèmes jouent des rôles très importants en mathéma-tiques, en physique et dans d'autres domaines. Dans cette thèse, de nouvelles méthodes qui se basent sur la dynamique des zéros et le compensateur dynamique ont été développées pour la conception et l'implémentation de lois de commande pour la commande des EDP avec des actionnements dans le domaine. Tout d'abord, nous étudions le contrôle de l'équation d'Euler-Bernoulli avec plusieurs actionneurs internes. L'inverse de la dynamique des zéros a été utilisé dans la conception de la loi de commande, ce qui permet de suivre la trajectoire prescrit souhaitée. Afin de concevoir la trajectoire souhaitée, la fonction de Green est utilisée pour déterminer la commande sta-tique. La planification de mouvement est générée par des contrôleurs dynamiques basés sur la méthode de platitude di˙érentielle. Pour les équations paraboliques non linéaires, la dy-namique des zéros est régie par une EDP non linéaire. Par conséquent, nous avons recours à la méthode de décomposition d'Adomian (ADM) pour générer la commande dynamique afin de suivre les références désirées. Dans le cas de l'équation de Burgers, un compensateur dynamique a été utilisé. Pour obtenir la stabilité globale de l'équation de Burgers contrôlée, une rétroaction non linéaire a été appliquée à la frontière. La méthode d'ADM et la platitude ont été utilisées dans l'implémentation du compensateur dynamique.  ABSTRACT: This thesis addresses in-domain control of partial di˙erential equation (PDE) systems. PDE control can in general be classified into two categories according to the location of the ac-tuators: boundary control, where the actuators are assigned to the boundary of the PDE systems, and in-domain control, where the actuation penetrates inside the domain of the PDE systems. This thesis investigates the in-domain control of some well-known PDEs, including the Euler-Bernoulli equation, the Fisher's equation, the Chafee-Infante equation, and Burgers' equation. Euler-Bernoulli equation is a classical linear PDE used to describe the pure bending of flexible structures. Fisher's equation and the Chafee-Infante equation are semi-linear parabolic PDEs that can be used to model physical, chemical, and biolog-ical phenomena. Burgers' equation can be viewed as simplified Navier-Stokes equations in lower dimensions in applied mathematics, and it has been widely adopted in fluid mechan-ics, gas dynamics, traÿc flow modeling, etc. These PDE systems play important roles in mathematics, physics, and other fields. In this work, in-domain control of linear and semi-linear parabolic equations are treated based on dynamic compensators. First, we consider the in-domain control of an Euler-Bernoulli equation with multiple internal actuators. The method of zero dynamics inverse is adopted to derive the in-domain control to allow an asymptotic tracking of the prescribed desired outputs. A linear proportional boundary feedback control is employed to stabilize the Euler-Bernoulli equation around its zero dynamics. To design the desired trajectory, the Green's function is employed to determine the static control, and then motion planning is generated by dynamic control based on di˙erential flatness. For the semi-linear parabolic equations, zero dynamics are governed by nonlinear PDEs. Therefore, the implementation of the in-domain control of linear PDEs cannot be directly applied. We resort then to the Adomian decomposition method (ADM) to implement the dynamic control in order to track the desired set-points. Finally, the in-domain control of a Burgers' equation is addressed based on dynamic compensator. A nonlinear boundary feedback control is used to achieve the global stability of the controlled Burgers' equation, and the ADM as well as the flatness are used in the implementation of the proposed in-domain control scheme.


identifier: Taghipour, M. (2019). Characterization of CSO Microbial Contamination and their Risks to Drinking Water Sources  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les débordements d'égouts unitaires (DEU) sont reconnus comme l'une des principales causes de dégradation de la qualité de l'eau de surface, en particulier des sources d'approvisionnement en eau potable. Lorsque les DEU, des rejets combinés d'eaux usées non traitées et d'eaux pluviales, se produisent dans les sources d'eau potable, ceux-ci peuvent momentanément augmenter les charges de contamination microbienne à l'eau brute des usines de production d'eau potable. Les concentrations de micro-organismes doivent être évaluées afin d'assurer une réduction adéquate des concentrations acceptables à l'eau potable.  ABSTRACT: Combined sewer overflows (CSOs) have been recognized as one of the major causes of surface water quality impairment, particularly drinking water supplies. Occurrence of CSOs as a discharge of an untreated mixture of wastewater effluents and stormwater into waterbodies upstream of drinking water sources may potentially deliver high amounts of fecal loads to downstream intakes, causing periods of elevated concentrations. The CSO-induced peak periods at the intakes must be characterized with regards to the level of microorganisms during these periods while treatment processes in drinking water treatment plants must effectively reduce concentrations by the required amounts.


identifier: Attia, M. A. (2019). Microwaves-Assisted Demetallization and Desulfurization of Heavy Petroleum Oil Using a Developed Demetallization Agent  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les scientifiques du XXIe siècle ont mis au point de nouveaux procédés pour la transformation de l'énergie et ceux-ci ouvrent la voie à un avenir plus durable. Cependant, l'aspiration à atteindre les objectifs de l'Accord de Paris est malheureusement encore très éloignée. De nouvelles technologies permettant une production élevée d'énergie et une réduction des émissions de carbone sont nécessaires pour atteindre cet objectif. Outre l'innovation dans les technologies pour la production d'énergie renouvelable, l'innovation dans les secteurs d'utilisation finale est aujourd'hui l'un des besoins les plus pressants. Les résultats d'une telle feuille de route comprennent l'intégration rapide de l'électrification des secteurs d'utilisation finale et l'intégration d'une part élevée d'énergie renouvelable dans les systèmes existants. L'industrie chimique et pétrochimique dépend du pétrole pour plus de 50% de leur consommation totale en énergie.  ABSTRACT: Even though the current noticeable pace of energy transformation paves the way for a more sustainable future, the aspirational goal to meet the Paris Agreement's Policy is unfortunately still far off. More innovative solutions for high energy and low carbon intensity processes are urgently needed to support accelerated progress toward that goal. Along with the innovation in renewable power generation technologies, innovation in the end-use sectors is nowadays among the most pressing needs. The results of such a roadmap include the prompt embedding of the electrification of end-use sectors and integrating high shares of renewable power into the existing systems.


identifier: Abusalah, A. (2019). Accelerated Simulation of Large Scale Power System Transients  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le temps de simulation est un paramètre crucial de l'analyse des transitoires dans les réseaux électriques et il est en train de devenir l'un des facteurs les plus importants pour mesurer les performances et la fiabilité des logiciels. Actuellement, la vitesse et les performances des processeurs ont atteint un point où l'accélération de gain en vitesse et d'opérations en virgule flottante peut être réduite en se concentrant uniquement sur l'aspect vitesse des processeurs individuels. Au contraire, la recherche en informatique et le développement de matériel informatique tendent de plus en plus à rendre les processeurs parallèles plutôt que plus rapides. D'autre part, la simulation des systèmes électriques devient de plus en plus complexe avec l'introduction de modèles complexes tels que les énergies renouvelables, les composantes de réseaux intelligents et l'électronique de puissance. En outre, la demande de puissance sans cesse croissante et l'augmentation de la zone de couverture des réseaux de distribution d'énergie contribuent à l'augmentation de la taille des réseaux de distribution d'énergie et ralentissent encore plus la simulation électromagnétique transitoire de ces réseaux.  De nombreux -logiciels de simulation de type EMT effectuent actuellement leurs opérations de manière séquentielle en utilisant un seul - processeur, plutôt que tous les processeurs de la machine. Ce comportement entraîne un temps de simulation long et introduit des difficultés pour simuler des réseaux de systèmes d'alimentation plus avancés et complexes. Ce type de délai devient un obstacle lorsque de grands réseaux, réels ou existants, sont utilisés. Par exemple, simuler le réseau d'Hydro-Québec doté d'une matrice de taille 41555 × 41555 et contenant un grand nombre de dispositifs de commutation et des éléments non linéaires nécessite 1765 secondes pour simuler une seconde avec un pas de temps de 50us.    La programmation parallèle multithread est maintenant disponible dans les compilateurs modernes. Elle peut être utilisée pour améliorer de manière significative les performances des calculs EMT.  La recherche actuelles dans ce domaine est principalement appliqué à des systèmes moins complexes qui nécessitent l'intervention de l'utilisateur pour le découpage parallèle et manque de généralisation pour toute topologie rencontrée dans les études réels.  Cette thèse développe une méthode de parallélisation entièrement automatique applicable aux systèmes à grande échelle avec des topologies arbitraires sans aucune intervention de l'utilisateur.  ABSTRACT: Simulation time is a crucial parameter in power system transient analysis. The simulation needs for electromagnetic transients are continuously increasing. The electromagnetic transient (EMT) type tools are now also used for the simulation of slower electromechanical transients in large scale power systems. The EMT approach for power system analysis is the most accurate approach, but it suffers from computation performance issues. Research on this aspect is currently of crucial importance. Research is timely and should increase the application range of EMT-type tools. In fact very fast EMT-type tools can have a major impact on the simulation and analysis of modern power grids with increased penetration of renewables. Currently, computer processor speed and performance reached a point where not much speed gain and floating-point operation acceleration can be achieved by only focusing on the speed aspect of individual processors. Rather, the trend in computer research and hardware development is becoming more and more focused on making processors parallel rather than faster. Many EMT-Type simulation packages currently perform their operations sequentially by using only one CPU core rather than all machine processors. This behaviour results in long simulation time and introduces major difficulties when simulating large and complex power grids. This type of delay becomes a show stopper when large, real and existing networks are used.  Multithreaded parallel programming is now available in modern compilers. It can be used to significantly improve the performance of EMT computations. Current research in this field has been mostly applied to less complicated systems and requires user intervention. This thesis develops a fully automatic parallelization method that is applicable to large scale systems with arbitrary topologies. This PhD thesis presents existing progress in the field of electromagnetic transient simulation acceleration and highlights the different approaches that are adopted to achieve faster EMT simulation. The focus is mainly on threading through CPU exclusively on modern desktop computers used by engineers on daily basis.


identifier: Gideon, A. (2019). The Cognitive, Social and Organizational Factors Contributing to Creativity in Eco-Design Ideation: Two Case Studies in The Electrical and Chemical Industries  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À la lumière des défis mondiaux en matière de développement durable, l'innovation systémique et transformative est sans doute nécessaire pour réduire radicalement les impacts anthropiques sur l'environnement. La pensée cycle de vie est souvent citée comme un puissant cadre pour atteindre cet objectif. En utilisant un produit existant comme point de départ de l'exploration, la pensée cycle de vie empêche la créativité en cadrant de manière trop restrictive le problème d'éco-conception. Bien qu'elle soit appropriée pour les approches d'éco-conception incrémentales et réglées, la pensée cycle de vie peut être un facteur de fixation dans des contextes de conception innovante. Ce mémoire vise à comprendre l'effet de fixation dans l'éco-conception et comment il se manifeste dans des environnements d'entreprise réels. L'effet de fixation est un élément distinctif entre deux régimes de conception: réglée et innovante. La conception réglée fonctionne selon des principes de fonctionnement et des cadres connus, où la fixation sur le dominant design est nécessaire pour converger vers une solution. Toutefois la conceptions innovante la fixation est délibérément surmontée en recadrant le problème pour imaginer de nouveaux produits avec de nouvelles identités, en utilisant de nouveaux principes de fonctionnement. Notre premier objectif était donc de mettre en contraste une approche d'éco-conception réglée, fondée sur la notion de cycle de vie, et une approche d'éco-conception innovante, fondée sur des méthodes créatives. Cela nous a permis d'appréhender comment la pensée du cycle de vie pourrait limiter une exploration de l'entièreté de l'espace de conception. La nature interdisciplinaire et complexe de la créativité implique qu'elle peut être affectée à trois niveaux: individuellement, soit le style cognitif et les réactions aux déclencheurs créatifs, socialement, soit la dynamique du pouvoir entre les participants à l'exercice d'idéation, et au niveau de l'organisation, soit comment les structures et les styles de gestion peuvent affecter la motivation intrinsèque. Nos deuxième, troisième et quatrième objectifs étaient respectivement de décortiquer les facteurs cognitifs, sociaux et organisationnels qui contribuent également à la (dé)fixation pendant l'idéation en éco-conception. Avec la recherche intervention, des méthodes qualitatives et une approche d'études de cas multiples, deux firmes mondiales d'ingénierie ont chacune vécu une série de deux ateliers soigneusement conçus: l'un axé sur l'ACV et l'autre sur les méthodes créatives. À l'aide d'entretiens, d'observations et d'enregistrements des expériences des ateliers, les études de cas ont été analysées à l'aide de la théorie de la conception et d'un cadre conceptuel de créativité cognitive, sociale et organisationnelle répondant à nos objectifs. Les résultats démontrent que la pensée cycle de vie seule peut entraver la créativité, mais lorsqu'elle est associée à des conditions cognitives de créativité, à des interactions sociales favorables et à des contextes organisationnels spécifiques, la fixation en éco-conception peut être surmontée. La pensée cycle de vie aurait provoqué la fixation lorsqu'elle ait été utilisé dans son contexte organisationnel habituel en tant qu'outil d'éco-conception réglée bien connu et accepté. Lorsque la pensée cycle de vie était nouveau et que les participants étaient plus détachés de l'outil, la pensée cycle de vie était moins politisé et constituait un élément déclencheur expansif pour des idées créatives. Dans ce contexte, la pensée cycle de vie a effectivement permis aux participants de reformuler le problème. L'utilisation de la conception participative (co-création) était également favorable à l'exploration de l'éco-conception, en particulier lorsque les intérêts de toutes les phases du cycle de vie sont pris en compte au cours du processus de conception, l'entreprise est moins susceptible de rester concentrée sur son dominant design. L'effet de cadrage d'une méthodologie d'écoconception est donc dépendant de son contexte organisationnel. Cela a de profondes implications pour la communauté de l'innovation durable, qui dépend souvent uniquement des cadres inhérents aux approches du cycle de vie pour rechercher l'innovation radicale en faveur de la durabilité. Le simple fait d'évaluer une innovation avec la pensée cycle de vie à différentes étapes de son développement ne permet pas aux questions de développement durable d'être au coeur d'une enquête de conception innovante. Les professionnels du développement durable doivent maîtriser les notions de la créativité et de la conception innovante s'ils souhaitent positionner la pensée cycle de vie dans le processus d'idéation afin d'imaginer des produits durables du futur qui défient radicalement le statu quo.  ABSTRACT: In light of global sustainability challenges today, systemic and transformative innovation is arguably needed for radically reducing anthropogenic environmental impacts. Life cycle thinking is often cited as a powerful framework to achieve this goal. By using existing products as a starting point exploration, life cycle thinking inhibits creativity by too restrictively framing the eco-design problem. Although appropriate for incremental and rule-based eco-design approaches, life cycle thinking can be a factor of design fixation in innovative design contexts. This thesis aimed to understand the fixation effect in eco-design and how it manifests in real-world corporate settings. The fixation effect is a distinguishing element between two regimes of design: rule-based and innovative. Rule-based design operates within known working principles and frames, where fixation on the dominant design is necessary to converge towards a solution. In innovative design, however, fixation is purposely overcome by reframing the problem to imagine new products with new identities, using new working principles. Our first objective was thus to contrast a rule-based eco-design approach, driven by life cycle thinking, and an innovative ecodesign approach, driven by creative methods. This allowed us to apprehend how life cycle thinking might limit a full exploration of the design space. The interdisciplinary and complex nature of creativity implies that it can be affected on three different levels: individually, through the cognitive style and reaction to creative triggers, socially, through the power dynamics between participants in the ideation exercise, and at the organization level, how structures and management styles can affect intrinsic motivation. Our second, third and fourth objectives were respectively to unravel the cognitive, social and organizational factors that also contribute to (de)fixation during eco-design ideation. With research intervention, qualitative methods and a multiple case study approach, two global engineering firms each experienced a series of two carefully designed workshops: one life-cycledriven, and the other creative-methods-driven. With interviews, observations and recordings of the workshop experiences, the case studies were analyzed with design theory and a framework of cognitive, social and organizational creativity to address our objectives. The results show that life cycle thinking alone may hinder creativity, but when paired with cognitive conditions for creativity, favourable social interactions and specific organizational contexts, eco-design fixation can be overcome. Life cycle thinking caused fixation when it was used in its routine organizational context as a well-known and accepted rule-based eco-design tool. When life cycle thinking was new and the participants were more detached from the tool, life cycle thinking subsequently had little political value, and was an expansive trigger for creative ideas. In this context, life cycle thinking effectively allowed the participants to reframe the problem. The use of participatory design was also favourable for eco-design exploration, especially when the interests of all life cycle phases are given agency during the design process, the firm is less likely to remain fixated on its dominant design. The framing effect of an eco-design methodology therefore does not exist independently of its organizational context. This has profound implications for the sustainable innovation community who is often reliant purely on the frames inherent in life cycle approaches to strive for radical innovation for sustainability. Simply evaluating an innovation with life cycle thinking at different stages of its development does not empower sustainability issues to be at the heart of an innovative design inquiry. The sustainability professional needs to become fluent in creativity and innovative design issues if they are to position life cycle thinking as part of the ideation process to imagine sustainable products of the future that radically challenge the status quo.


identifier: Abobakr, S. (2019). Model Predictive Control for Demand Response Management Systems in Smart Buildings  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les bâtiments représentent une portion importante de la consommation énergétique globale. Par exemple, aux USA, le secteur des bâtiments est responsable de 40% de la consommation énergétique totale. Plus de 50% de la consommation d'électricité est liée directement aux systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Cette réalité a incité beaucoup de chercheurs à développer de nouvelles solutions pour la gestion de la consommation énergétique dans les bâtiments, qui impacte la demande de pointe et les coûts associés. La conception de systèmes de commande dans les bâtiments représente un défi important car beaucoup d'éléments, tels que les prévisions météorologiques, les niveaux d'occupation, les coûts énergétiques, etc., doivent être considérés lors du développement de nouveaux algorithmes. Un bâtiment est un système complexe constitué d'un ensemble de sous-systèmes ayant différents comportements dynamiques. Par conséquent, il peut ne pas être possible de traiter ce type de systèmes avec un seul modèle dynamique. Récemment, différentes méthodes ont été développées et mises en application pour la commande de systèmes de bâtiments dans le contexte des réseaux intelligents, parmi lesquelles la commande prédictive (Model Predictive Control - MPC) est l'une des techniques les plus fréquemment adoptées. La popularité du MPC est principalement due à sa capacité à gérer des contraintes multiples, des processus qui varient dans le temps, des retards et des incertitudes, ainsi que des perturbations. Ce projet de recherche doctorale vise à développer des solutions pour la gestion de consommation énergétique dans les bâtiments intelligents en utilisant le MPC. Les techniques développées pour la gestion énergétique des systèmes CVC permet de réduire la consommation énergétique tout en respectant le confort des occupants et les contraintes telles que la qualité de service et les contraintes opérationnelles. Dans le cadre des MPC, différentes contraintes de capacité énergétique peuvent être imposées pour répondre aux spécifications de conception pendant la durée de l'opération. Les systèmes CVC considérés reposent sur une architecture à structure en couches qui réduit la complexité du système, facilitant ainsi les modifications et l'adaptation. Cette structure en couches prend également en charge la coordination entre tous les composants. Étant donné que les appareils thermiques des bâtiments consomment la plus grande partie de la consommation électrique, soit plus du tiers sur la consommation totale d'énergie, la recherche met l'emphase sur la commande de ce type d'appareils. En outre, la propriété de dynamique lente, la flexibilité de fonctionnement et l'élasticité requise pour les performances des appareils thermiques en font de bons candidats pour la gestion réponse à la demande (Demand Response - DR) dans les bâtiments intelligents.  ABSTRACT: Buildings represent the biggest consumer of global energy consumption. For instance, in the US, the building sector is responsible for 40% of the total power usage. More than 50% of the consumption is directly related to heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems. This reality has prompted many researchers to develop new solutions for the management of HVAC power consumption in buildings, which impacts peak load demand and the associated costs. Control design for buildings becomes increasingly challenging as many components, such as weather predictions, occupancy levels, energy costs, etc., have to be considered while develop-ing new algorithms. A building is a complex system that consists of a set of subsystems with di˙erent dynamic behaviors. Therefore, it may not be feasible to deal with such a system with a single dynamic model. In recent years, a rich set of conventional and modern control schemes have been developed and implemented for the control of building systems in the context of the Smart Grid, among which model redictive control (MPC) is one of the most-frequently adopted techniques. The popularity of MPC is mainly due to its ability to handle multiple constraints, time varying processes, delays, uncertainties, as well as disturbances. This PhD research project aims at developing solutions for demand response (DR) man-agement in smart buildings using the MPC. The proposed MPC control techniques are im-plemented for energy management of HVAC systems to reduce the power consumption and meet the occupant's comfort while taking into account such restrictions as quality of service and operational constraints. In the framework of MPC, di˙erent power capacity constraints can be imposed to test the schemes' robustness to meet the design specifications over the operation time. The considered HVAC systems are built on an architecture with a layered structure that reduces the system complexity, thereby facilitating modifications and adaptation. This layered structure also supports the coordination between all the components. As thermal appliances in buildings consume the largest portion of the power at more than one-third of the total energy usage, the emphasis of the research is put in the first stage on the control of this type of devices. In addition, the slow dynamic property, the flexibility in operation, and the elasticity in performance requirement of thermal appliances make them good candidates for DR management in smart buildings.


identifier: D'Amours, M. (2019). Planification et gestion de réseaux cellulaires avec énergie solaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire vise à étudier deux stratégies pour réduire les gaz à e˙et de serre dans les réseaux de télécommunications cellulaires : l'installation de panneaux solaires sur les stations de base et l'allocation dynamique des usagers aux stations. Les panneaux solaires permettent le remplacement énergétique par une énergie verte, ce qui réduira les gaz à effet de serre alors que l'allocation dynamique permet de mettre en veille certaines stations à certains moments de la journée, ce qui réduit la consommation énergétique. L'objectif principal de ce mémoire est de déterminer les interactions qu'il peut y avoir entre l'utilisation de l'énergie solaire et la gestion des stations de base. Pour répondre à cet objectif, deux modèles de réseau avec alimentation hybride ont été développés. Le premier modèle optimise l'énergie dans le réseau en considérant que la charge des usagers est constante à travers les années. La fonction objectif à minimiser est la somme du coût de capital des équipements solaires et du coût d'énergie pour l'opération du réseau. L'étude de ce modèle porte principalement sur l'interaction entre l'installation du solaire et la mise en veille dynamique des stations de base. On conclut qu'il y a une interaction marquée entre l'utilisation de l'énergie solaire et la gestion dynamique avec mode veille des stations du réseau. Plus particulièrement, l'ordre dans lequel chacune des méthode est introduite dans le réseau va avoir une influence sur les performances et son coût optimal. Le deuxième modèle permet, entre autres, d'avoir une croissance du trafic de données au fil des années. Ce modèle sert à étudier l'ajout de l'équipement solaire dans un réseau où il faut aussi rajouter des stations de base. On conclut avec ce deuxième modèle qu'il est important de repousser le plus tard possible l'installation de nouvelles stations peu importe qu'il y ait du solaire ou non.  ABSTRACT: The research done in this master's thesis has the goal to diminish greenhouse gases in cellular telecommunications networks. This is done by adding solar equipment to dynamic networks where base stations can be turned o˙. Two mathematical models that capture the synergy between solar installation over a network and the dynamic operation of energy-managed base stations are presented. The first model optimizes the energy management in a network where the users' load is constant through the years. The objective to be minimized is the sum of the capital cost needed for the solar equipment plus the cost of energy obtained from the electric grid. This model gives us insights on the synergy between planning of solar equipment in the network and switching o˙ the base stations. Notably, it is shown that the order in which these technologies are introduced makes a significant difference to the optimized objective function cost. Thus, this model emphasizes the fact that there is a strong correlation between the solar installation and the management of the base stations. Another result is that the solar equipment is not installed on every base station, even when the cost of solar energy is smaller than the cost of the grid. The second model optimizes a network where traÿc grows every year. This means that the model has to install new base stations and decide where to install them. Furthermore, the base stations now have different levels of transmission power instead of just being on or o˙. Finally, the functionality to install di˙erent kinds of solar equipment with different sizings is added. This complexity makes this model a lot more complex to solve and smaller networks are thus used. It is concluded that planning the installation of base stations throughout the years is much more important to reduce the total cost than installing solar.


identifier: Richard, S. (2019). Caractérisation de rubans supraconducteurs en régime sur-critique à l'aide de pulses de courant dans les microsecondes : développement d'une méthode d'analyse des mesures  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de ce mémoire est le développement d'une technique de caractérisation électrique du régime sur-critique des supraconducteurs à haute température critique, plus précisément des Second Generation High Temperature Superconductor Coated Conductors (2G HTS CCs). Le manque de données expérimentales dans ce régime s'explique par l'échauffement rapide qui survient lorsque le courant dépasse le courant critique. La vitesse d'échauffement est telle que la température peut atteindre la température critique en quelques dizaines de microsecondes. La particularité de la technique de caractérisation développée dans ce mémoire est l'utilisation d'une source de courant unique au monde pouvant fournir des pulses de plus de 1500 A, ayant des taux de montée atteignant 500 A/μs et permettant des durées de pulses aussi courtes que 15 μs. L'utilisation de pulses aussi courts permet de protéger l'échantillon contre les surchauffes en réduisant la quantité totale d'énergie injectée durant la mesure. Bien que l'utilisation de la source de pulses de courant dans les microsecondes soit un élément central de ce mémoire, le développement et l'élaboration de celle-ci n'y sont pas présentés, car cette source a été finalisée avant le début de cette maîtrise. Cependant, un des objectifs secondaires de ce mémoire est la calibration du montage expérimental, ce qui inclut l'appareil de mesure de la tension et le contrôle de la température de l'échantillon. Un problème d'oscillations parasites dans les tensions mesurées a été identifié et corrigé, améliorant ainsi la qualité des mesures. La calibration en température du montage a révélé la présence d'un gradient de 15 K sur 5 cm d'échantillon, ce qui est inacceptable lors d'une caractérisation de supraconducteurs, car leurs propriétés électriques sont très sensibles à la température. L'origine de ce gradient est l'amenée de courant en cuivre qui établit un contact thermique entre l'échantillon et l'extérieur de l'enceinte cryogénique. Malheureusement, en raison de contraintes de temps, les corrections nécessaires n'étaient pas complétées au moment d'écrire ce mémoire. Les mesures de ce mémoire ont donc été faites dans l'azote liquide. Les deux seules températures accessibles dans ce mémoire sont donc de 77 K, qui est la température d'ébullition de l'azote à pression ambiante, et 65 K, qui est la température d'ébullition de l'azote à faible pression. La variation très rapide du courant pendant les mesures entraîne certaines complications lors de leur analyse. D'abord, l'effet de peau fait en sorte que le champ électrique et la densité de courant ne sont pas toujours uniformes dans l'échantillon.  ABSTRACT: The main purpose of this thesis is the development of a characterization technique of the electrical resistivity of Second Generation High Temperature Superconductor Coated Conductors (2G HTS CCs) tapes in the overcritical current regime. The lack of experimental data in this regime can be explained by the intense heating that occurs in superconductors when the current is above the critical one. Because of this heating, the temperature can reach the critical one only a few microseconds after the beginning of the measurement. To avoid the thermal destruction of the sample, we use a pulsed current source in the microsecond range. This source can reach 1500 A, with pulse duration of less than 15 μs, with a current rise rate up to 500 A/μs. Only two versions of this source exist in the world. It was devised in Polytechnique Montreal. Even if the use of the pulsed current source is a central point of this thesis, its design was not an objective of this master's project, so its design is not discussed in this thesis. However, the calibration and the improvement of the measurement setup, including the temperature controller, are one of the objectives of this master. Indeed, in the early stages of the project, we found that the measured voltages contained some parasitic oscillations, which we managed to correct. Also, the temperature calibration of the cryostat used for the experiments showed that the sample experienced a temperature gradient of 15 K over 5 cm. It is impossible to characterize superconductors with such a big temperature variation because of the high dependence of their electrical properties with temperature. The origin of this temperature gradient comes from the current leads, which act as a thermal bridge between the sample and the outside envelope of the cryostat, which is at room temperature. Unfortunately, we did not have time to correct this problem before the end of this master's project. Therefore, all the measurements presented in this thesis were done in liquid nitrogen, with a temperature of 77 K at atmospheric pressure and 65 K at low pressure. The fast current rise of pulsed currents creates some complications in the data analysis. First, the electric field and current density are not always uniform over the cross-section because of the skin effect. If the electric field is not uniform, the electric field measured between the voltage taps becomes a function of the lateral position of these taps across the width of the tape, and the measured field cannot be used to determine the resistivity, as one does not know the local current density corresponding to this electric field. It is thus important to study the impact of the skin effect on the measured voltage.