identifier: Lizon-A-Lugrin, L. (2011). Optimization of Power-Cycle Arrangements for Supercritical Water Cooled Reactors (SCWRS)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La croissance démographique et l'augmentation du niveau de vie moyen de la population entraînent une forte augmentation de la demande énergétique mondiale. Par ailleurs, soucieux de préserver l'environnement, la majorité des pays se tournent vers de nouvelles technologies et de nouveaux procédés pour la conversion d'énergie. C'est dans ce contexte qu'est né le Forum International Génération IV. Les pays membres de ce consortium ont pour objectif de développer la IVe génération de réacteurs nucléaires prévue aux horizons 2030. Les principales caractéristiques retenues sont : durabilité, compétitivité économique, sureté, fiabilité et résistance à la prolifération. Afin de répondre à ces nouvelles exigences six concepts de réacteurs nucléaires ont été retenus par les pays membres et sont actuellement en développement. Ainsi, le Canada a décidé de travailler sur le réacteur nucléaire refroidi à l'eau supercritique (SCWR – SuperCritical Water-cooled Reactor). Les travaux sur ce réacteur en sont encore à leur début, cependant il est dores et déjà attendu que la pression d'utilisation du fluide sera de l'ordre de 25 MPa et la température de sortie d'environ 625°C. Outre l'augmentation du rendement thermodynamique du cycle due à une température élevée du fluide, l'utilisation d'un fluide supercritique s'affranchit des changements de phase, ce qui permet de supprimer générateur et séparateur de vapeur. Il est également possible d'utiliser un cycle direct ; le fluide chauffé par le coeur du réacteur nucléaire est alors directement envoyé à la turbine sans passer par un cycle intermédiaire. Dans ce cadre, plusieurs cycles thermodynamiques appropriés aux spécificités de ce réacteur seront présentés ainsi que leur optimisation. Pour ce faire, un logiciel développé à l'Institut de Génie Nucléaire basé sur les algorithmes génétiques a été couplé aux modèles thermodynamiques du cycle en question. Cette méthode a été privilégiée étant donné la complexité que représente l'optimisation d'un cycle thermodynamique ; il s'agit en effet d'un problème multi-objectif. Le but de cette optimisation est d'accroitre le rendement thermodynamique du cycle ainsi que la puissance produite, deux fonctions en compétition. L'enjeu de cette optimisation est de trouver les solutions optimales au fonctionnement de la centrale tout en satisfaisant les contraintes physiques associées au problème. Les résultats obtenus offrent de nombreuses combinaisons de soutirage permettant d'atteindre des rendements de l'ordre de 50 % avec une puissance nette de 1200 MW. Il est à noter que dans la majorité des cas, seulement une partie des variables de décision contrôlent l'ensemble des solutions, ce qui est un facteur important dans la conception du cycle thermodynamique. Par ailleurs, des calculs de dimensionnement de la tuyauterie ainsi que des  ABSTRACT: The world energy demand is continuously rising due to the increase of both the world population and the standard of life quality. Further, to assure both a healthy world economy as well as adequate social standards, in a relatively short term, new energy-conversion technologies are mandatory. Within this framework, a Generation IV International Forum (GIF) was established by the participation of 10 countries to collaborate for developing nuclear power reactors that will replace the present technology by 2030. The main goals of these nuclear-power reactors are: economic competitiveness, sustainability, safety, reliability and resistance to proliferation. As a member of the GIF, Canada has decided to orient its efforts towards the design of a CANDUtype Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR). Such a system must run at a coolant outlet temperature of about 625°C and at a pressure of 25 MPa. It is obvious that at such conditions the overall efficiency of this kind of Nuclear Power Plant (NPP) will compete with actual supercritical water-power boilers. In addition, from a heat-transfer viewpoint, the use of a supercritical fluid allows the limitation imposed by Critical Heat Flux (CHF) conditions, which characterize actual technologies, to be removed. Furthermore, it will be also possible to use direct thermodynamic cycles where the supercritical fluid expands right away in a turbine without the necessity of using intermediate steam generators and/or separators. This work presents several thermodynamic cycles that could be appropriate to run SCWR power plants. Improving both thermal efficiency and mechanical power constitutes a multi-objective optimization problem and requires specific tools. To this aim, an efficient and robust evolutionary algorithm, based on genetic algorithm, is used and coupled to an appropriate power plant thermodynamic simulation model. The results provide numerous combinations to achieve a thermal efficiency higher than 50% with a mechanical power of 1200 MW. It is observed that in most cases the landscape of Pareto's front is mostly controlled only by few key parameters. These results may be very useful for future plant design engineers. Furthermore, some calculations for pipe sizing and temperature variation between coolant and fuel have been carried out to provide an idea on their order of magnitude.


identifier: Choquette, D. (2011). Élastographie ultrasonore et localisation des zones de tension dans les muscles du bras  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des deux dernières décennies, on a mis en évidence, soit par des études anatomiques ou physiologiques, la présence de compartiments fonctionnels regroupant des fibres musculaires à l'intérieur d'un muscle donné. On pense qu'une telle organisation neuromusculaire, qui se retrouve tant chez l'animal que chez l'homme, servirait à assurer un contrôle plus fin et précis d'une articulation et à optimiser la force qu'elle peut exercer. Il serait intéressant de pouvoir cartographier anatomiquement ces compartiments chez un sujet, d'une part pour mieux saisir la complexité des mécanismes de production des mouvements humains et d'autre part pour pouvoir appliquer cette connaissance à l'interprétation des signaux électromyographiques associés. Dans la mesure où il serait possible d'activer volontairement chacun de ces compartiments, une personne ayant subi une amputation plus ou moins sévère du bras pourrait alors parvenir à apprendre à contrôler plus finement une prothèse commandée par les signaux de ses muscles. Pour tenter de localiser les compartiments du biceps et du triceps brachii mis sous tension lors de diverses contractions, on a utilisé l'élastographie ultrasonore, une méthode d'imagerie non invasive qui permet de caractériser les propriétés mécaniques des tissus mous, en particulier leur rigidité. Pour les muscles, il a été démontré que plus le niveau de contraction est élevé, plus le muscle est rigide, plus les images d'élastographie diffèrent de celles obtenues au repos. En élastographie, on perturbe mécaniquement le milieu à analyser, et on analyse les différences entre les images avant et après cette perturbation. Les méthodes de calcul pour estimer les différences entre les signaux pré- et post-perturbation qui sont utilisées ici sont principalement le flux optique et l'intercorrélation. Les calculs sont d'abord validés sur des images de synthèse, puis sur des images ultrasonores acquises sur des fantômes et enfin sur des images acquises sur un biceps humain en contraction. Ce travail constitue une première étape d'une démarche qui, à plus long terme, vise à mieux contrôler une prothèse myoélectrique du membre supérieur dotée de plusieurs degrés de liberté.  ABSTRACT: During the last two decades, scientific evidence, either through anatomical or physiological studies, have been indicating the presence of muscular fiber functional compartments inside large skeletal muscles. It is believed that such a neuromuscular organization which is present in animals as well as humans could help develop a greater and more precise control over a joint and improve the strength it can exert. It would be interesting to anatomically map these compartments in human subjects because it might provide a tool that will allow us to understand the complex mechanisms which are involved in human movements, and this knowledge could be applied to the interpretation of the myoelectrographic signals associated with the activity of the compartments. If it were possible to voluntarily and independently activate those compartments, a person living with an amputated arm could learn to have a better control over a prosthetic arm driven by the user's muscle electrical signals. To localize biceps and triceps compartmental activity under various tension levels, we propose to use ultrasound elastography which allows the characterization of soft tissue mechanical properties including the level of rigidity. It has been demonstrated that the activity level in muscles is associated with their rigidity. The higher the level of contraction is, the harder the muscle is and the more the elastographic images will differ front the ones obtained during rest periods. In elastography, a mechanical perturbation is applied on the medium, and then, the images before and after the perturbation are analysed. To estimate the differences between the pre- and post-perturbation signals, the methods that will be used here are intercorrelation and optical flow. The first estimations will be made on synthetic images which will allow for a quality evaluation of the estimates. Then, ultrasound images made on phantoms and on a human biceps will be used. This work is a step towards developing methods that would give a better control of a myolectric prosthesis with multiple degrees of freedom.


identifier: Pouponneau, P. (2011). Microparticules magnétiques thérapeutiques pour la chimio-embolisation ciblée du foie  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse présente un vecteur thérapeutique pour le traitement des tumeurs du foie basé sur une nouvelle méthode de ciblage magnétique. Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est le cancer le plus fréquent dans le foie. Il est la troisième cause de mortalité reliée à un cancer. Sa fréquence augmente à travers le monde et le pronostic reste sombre (mortalité dans les 3 à 6 mois) malgré de multiples recherches. Environ 70 % des patients ne peuvent recevoir que des traitements palliatifs et la chimio-embolisation demeure l'approche la plus efficace. Cette procédure combine deux techniques: la chimiothérapie avec l'injection par cathéter d'un agent anticancéreux et l'embolisation des vaisseaux sanguins par des microparticules provoquant une ischémie de la tumeur. Afin de maximiser son efficacité et de limiter ses effets secondaires, ce traitement doit être ciblé au niveau de la tumeur. Cependant, le ciblage est actuellement limité par le positionnement du cathéter à plusieurs bifurcations des vaisseaux sanguins en amont de la tumeur. Comme la distribution des agents chimio-embolisants n'est pas contrôlée, il en résulte une atteinte des cellules saines. La navigation par résonance magnétique (‘magnetic resonance navigation' (MRN)) a été récemment proposée comme une nouvelle méthode de ciblage magnétique des tumeurs. Elle consiste à contrôler la direction d'un corps ferromagnétique en temps réel selon une trajectoire prédéterminée dès son injection dans un réseau vasculaire jusqu'à la zone d'intérêt grâce à un appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM). La navigation dépend du gradient magnétique, du volume et de la magnétisation à saturation (Ms) du dispositif thérapeutique ainsi que des paramètres physiologiques du réseau vasculaire ciblé. Deux bobines de gradient de 400 mT m-1 sont placées dans l'IRM afin de guider des corps à l'échelle micrométrique. L'hypothèse de recherche de cette thèse est qu'il est possible de réaliser un vecteur thérapeutique compatible avec les contraintes de la chimio-embolisation du foie et de la MRN au niveau de l'artère hépatique pour cibler les lobe gauche/droit du foie. Ce vecteur, appelé ‘therapeutic magnetic microcarriers' (TMMC), est chargé avec un agent anticancéreux et des nanoparticules magnétiques. Il a été conçu en prenant en considération les paramètres physiologiques du lapin, modèle animal choisi pour évaluer la MRN in vivo.  ABSTRACT: The proposed project introduces a therapeutic vector for the liver tumor treatment based on a new magnetic targeting strategy. Hepatocellular carcinoma (HCC) is the most common liver tumor and it is the third cause of cancer-related death. The incidence of HCC is increasing worldwide and its prognostic remains poor (death within 3 to 6 months) despite intensive researches. Approximately 70% of the patients can receive only palliative treatments and chemoembolization is the most efficient approach. This intervention combines two treatment modalities: the chemotherapy with the injection of an antitumor drug, and the embolization of the blood vessels with microparticles, inducing an ischemia of the tumor. To optimize the efficiency and to reduce the secondary effects, this treatment should be targeted on the tumor. However, this targeting is actually limited by the placement of the catheter used for the injection of the cytotoxic agent in the blood vessels at several bifurcations upstream of the tumor. Since the distribution of the chemoembolizing agent cannot be controlled, healthy cells are also affected by the treatment. Magnetic resonance navigation (MRN) has been recently proposed as a new method for the magnetic targeting of tumors. This method aims at controlling the direction of a ferromagnetic body in real time along a pre-planned trajectory from its release in the vascular network to the region of interest with a magnetic resonance imaging (MRI) scanner. MRN depends on the magnetic gradient, the volume and the saturation magnetization (Ms) of the therapeutic device and the physiological properties of the vascular network being targeted. An insert of gradient coils of 400 mT m-1 is placed in the MRI system to steer micro scale devices. The hypothesis of this thesis is that it is possible to design a therapeutic vector compatible with the constraints of liver chemoembolization and MRN in the hepatic artery to target the right/left lobe of the liver. This vector, referred to as therapeutic magnetic microcarriers (TMMC) is loaded with an antitumor drug and magnetic nanoparticles. It was designed by taking into consideration the rabbit physiological parameters, the rabbit being the animal model chosen for the in vivo MRN experiments.


identifier: Godefroy, F. (2011). Méthodologie de caractérisation du vélopartage et d'estimation du marché potentiel du vélo à Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour répondre aux besoins croissants de mobilité des individus, les systèmes de transport urbain se complexifient, impliquant le développement de nouveaux modes de transport. Depuis plusieurs années, les différents paliers gouvernementaux et agences de transport oeuvrant dans la région de Montréal ont mis un accent tout particulier pour développer les transports dits alternatifs. Ces investissements ont permis, entre autres, le développement de l'autopartage, l'expansion du réseau cyclable de la ville et des infrastructures associées à l'usage du vélo, et, plus récemment, le déploiement du premier système de vélopartage à grande échelle d'Amérique du Nord : le système BIXI. S'inscrivant dans les modes alternatifs actifs, le concept du vélopartage consiste à mettre des vélos à la disposition des individus afin qu'ils opèrent leurs déplacements sans utiliser l'automobile. Au terme de la seconde année d'exploitation, les statistiques de fréquentation de ce système (plus de 3 millions de déplacements et plus de 30 000 membres pour l'année 2010) prouvent que le vélopartage offre une alternative crédible aux usagers et justifient l'importance de débuter la recherche sur ce nouveau mode de transport urbain encore méconnu. En effet, contrairement à de nombreux modes de transport, le vélopartage est généralement développé par des entreprises du secteur privé. De ce fait, malgré le succès de ce nouveau mode de transport urbain, très peu d'études ont porté sur les données opérationnelles des exploitants. Ce mémoire a la particularité de proposer une première méthode d'analyse du vélopartage en s'appuyant sur un échantillon de trois mois (juillet-septembre 2009) de données opérationnelles, fourni par la société BIXI. Cette étude s'articule autour de deux axes de recherche principaux : l'analyse de l'état du vélo sur l'île de Montréal et la caractérisation du système de vélopartage BIXI. Le premier axe de recherche a pour objectif de présenter l'état du vélo sur l'île de Montréal avant l'implantation du vélopartage. Grâce aux données de la dernière enquête Origine-Destination, tenue entre septembre et décembre 2008 dans la Grande Région de Montréal (6 mois avant l'implantation du programme BIXI) et impliquant le questionnement de près de 5 % de la population, il est possible d'analyser le portrait des cyclistes ainsi que les comportements de mobilité induit par l'usage de ce mode. En outre, une méthodologie spécifique sera proposée permettant d'évaluer le potentiel de développement du vélo sur l'île de Montréal.  ABSTRACT: To cater to an increasingly mobile population, urban transport systems have adapted by evolving new modes of transportation. For several years, investments made by transport agencies and governments in the Montreal area have facilitated the development of car-sharing, the expansion of the cycle network, and more recently the deployment of the first large-scale bike-sharing system in North America (called BIXI). Bike-sharing is an active alternative transport mode whereby members of the public are empowered to perform their commuting trips by making temporary use of bicycles deployed throughout the city. At the end of the second year of operation, usage statistics of the BIXI bike-sharing system (more than 3 million rides and more than 30 000 members by 2010's end) show that bike-sharing programs offer a viable alternative for users and justify the research into this new urban mode of transportation. Indeed, unlike many other transportation modes, bike-sharing is usually developed by the private sector, resulting in few studies sharing operational data. This thesis is unique in offering a first bike-sharing analysis method based on a sample of three consecutive months (July-September 2009), using operational data supplied by the BIXI company. This study has two areas of focus: the state of cycling on the Montreal Island, and the BIXI bike-sharing system. The first part of the research aims to depict the state of cycling before the implementation of BIXI. Using data from the last Origin-Destination survey conducted between September and December 2008 in the Greater Montreal Area (6 months before implementation of the BIXI program) and involving the surveying of approximately 5 % of the island population, it is possible to apprehend the state of cycling and the mobility patterns induced by cycling. In addition, a specific methodology is proposed to evaluate the potential of cycling on the Montreal Island. The second part of the research aims to present a first methodology in order to analyze bike-sharing systems. Here, bike-sharing has been modelled abstractly as a transport system composed of three distinct elements: stations, users and bikes. This study proposes a set of indicators aimed at objectively describing the state of the main objects of the system spatially and temporally. Particular attention is paid to stations, due to their status as a key element in the bike-sharing system.


identifier: He, F. (2011). Innovative Microwave and Millimetre-Wave Components and Sub-Systems Based on Substrate Integration Technology  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec le rapide développement des technologies microondes et millimétriques, les spécifications de conception des circuits et systèmes sont de plus en plus exigeantes. La tendance pour le développement des systèmes de communication se dirige vers un poids minimisé, une taille réduite, de multiples fonctions, une fiabilité accrue et un faible coût. Ainsi, des technologies microondes et millimétriques faibles coûts, performantes et convenant à une production de masse sont critiques pour développer avec succès des systèmes commerciaux. La technologie à guide d'ondes rectangulaire a toujours été parmi les plus populaires pour la fabrication des systèmes millimétriques. Cependant, une difficulté majeure est reliée à leur intégration avec des composants actifs et les autres types de lignes de transmission conventionnelles, telle que microruban ou coplanaire… Les technologies de Circuits Intégrés au Substrat (CISs), incluant la technologie Guide Intégré au Substrat (GIS), qui peut être intégrée dans les substrats diélectriques avec de faibles pertes d'insertion et de radiation, sont une famille de nouvelles structures à ondes guidées. Ces dernières permettent de faire un pont entre les structures planaires et non-planaires. Jusqu'à maintenant, les composants et les sous-systèmes micro-ondes basés sur la technologie GIS ont été largement étudiés et développés. Dans cette thèse, nous étudions d'avantage la technologie GIS afin de proposer et développer divers composants actif et passif micro-ondes et millimétriques innovant et originaux. Ces structures de composants innovants peuvent améliorer l'intégration entre les composants GIS et les autres composants planaires. Ainsi, un certain nombre de structures et composants sont proposés et appliqués dans la conception et la démonstration d'un réseau d'antennes intégré en ondes millimétriques et un sous-système d'antennes intelligentes à 60 GHz. Il est à noter que plusieurs composants étudiés dans ce travail ont été proposés et démontrés à des fréquences micro-ondes plus basses afin de faire une preuve de concept en permettant une fabrication facile des structures et des circuits. Ces circuits en basses fréquences peuvent facilement être adaptés pour des applications aux fréquences plus hautes.  ABSTRACT: The tendency of modern microwave and millimetre-wave communication system development is towards small size, light weight, reliable, multifunctional and low-cost. Moreover, low-cost, mass producible, high-performance and high-yield microwave and millimetre wave technologies are crucial for developing successful commercial microwave and millimetre wave systems. Rectangular waveguide has always been among the most popular choices for the making of millimetre-wave circuits and systems. A major challenge, however, is related to its integration with active devices and other conventional planar transmission lines, such as microstrip or coplanar waveguide (CPW), etc. Substrate Integrated Circuits (SICs) techniques including substrate integrated waveguide (SIW), which can be integrated in planar dielectric substrate with low insertion loss, high Q and low radiation loss, present a family of novel guided wave structures. This scheme provides a bridge between planar and non-planar structures. Up to now, microwave components and sub-systems based on SIW technology have been widely studied and developed. In this thesis, we take a further study of SIW technology to propose and develop various innovative and original microwave and millimetre-wave passive and active components. These innovative component structures can improve the integration between SIW components and other planar components. Then, a certain number of proposed structures or components are applied in the design and demonstration of millimetre-wave integrated antenna arrays and 60 GHz smart antenna sub-system. Note that many components studied in this work were proposed and demonstrated at different lower microwave frequencies for the proof of concept purpose with easy-to-fabricate structures and circuits. Those low-frequency circuits can easily be scaled up for high-frequency applications.


identifier: Ramdani, A. (2011). Biodégradation du résidu endogène de boues activées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de boues activées opérés en pratique avec limitation en substrat, génèrent un résidu endogène suite à l‟oxydation de la biomasse. Des informations très limitées existent dans la littérature quant à la nature, la composition et la biodégradabilité de cette fraction de boues. La plupart des études faisant appel à des procédés de digestion de boues ont focalisé leur effort sur le développement, la conception et l‟optimisation des procédés sans accorder une attention particulière à l‟effet des digestions sur les fractions composant ces boues, en particulier celles considérées non biodégradables dans les systèmes de boues activées opérés à des temps de rétention de solides conventionnels (5 à 20 d) : résidu endogène (XE) et fraction non biodégradable acheminée par l‟affluent (XU,Inf) dans une station d‟épuration. Les quelques études dans lesquelles la biodégradation du résidu endogène a été abordée, ne ciblaient pas cette fraction puisque les boues investiguées dans ces études contenaient également la composante XU,Inf. De plus, les résultats de ces études n‟étaient pas concluants quant à la biodégradation du résidu endogène sous des conditions aérobies ou anaérobies. L‟objectif de ce projet était de caractériser la composition (chimique et biochimique) du résidu endogène et d‟évaluer sa biodégradation sous différents modes de digestion (aérobie, anaérobie et de fermentation intermittente) à l‟échelle du laboratoire dans des conditions bien contrôlées. Afin de cibler le résidu endogène, un bioréacteur à membranes (MBR) a été opéré en régime permanent durant toute la phase expérimentale de ce projet pour générer les boues utilisées dans les différentes expérimentations et caractérisations. Ce système membranaire a été alimenté par un affluent synthétique soluble et complètement biodégradable dont la source de carbone est l‟acétate de sodium. Cet affluent sans matière non biodégradable (organique ou inorganique), a permis de générer des boues constituées de seulement deux fractions : une biomasse hétérotrophe (XH) et un résidu endogène (XE), la biomasse nitrifiante (XANO) étant négligeable. Dans un tel système, la détermination de la fraction active (FA) dans les boues générées à un SRT donné permettait de déterminer la proportion de la fraction endogène (1-FA).  ABSTRACT: The activated sludge systems operated in practice with limited substrate, generate an endogenous residue as result of biomass oxidation. Very limited information is available in the literature regarding the nature, the composition and the biodegradability of this fraction of sludge. Most studies dealing with sludge digestion processes have focused their efforts on developing, sizing and optimizing processes without giving special attention to the effect of digestion on sludge components, especially those considered to be unbiodegradable in activated sludge systems operated at conventional solids retention time (5 to 20 d): endogenous residue (XE) and unbiodegradable particulate organics (XU,Inf) originating from the influent in a wastewater treatment plant. The few studies which addressed the issue of the biodegradation of the endogenous residue, did not target this fraction since sludges investigated in these studies also contained the component XU,Inf. Moreover, findings from these studies did not conclude on the biodegradability of the endogenous residue either under aerobic or anaerobic conditions. The objective of this project was to characterize the composition (chemical and biochemical) of the endogenous residue and to evaluate its potential biodegradation under different modes of digestion (aerobic, anaerobic and intermittent fermentation) at laboratory scale in well controlled conditions. To target the endogenous residue, a membrane bioreactor (MBR) was operated under steady state conditions for the whole experimental duration of this project to generate the activated sludge used in various experiments and characterizations. The MBR system was fed a synthetic soluble and completely biodegradable influent with sodium acetate as the sole carbon source. This influent, which contained no influent unbiodegradable organic or inorganic materials, was used to generate sludge composed of essentially two fractions: a heterotrophic biomass (XH) and an endogenous residue (XE), the nitrifying biomass (XANO) being negligible (less than 2%). In such a system, the determination of the active sludge fraction (FA) at a given SRT allowed to determine the proportion of the sludge endogenous fraction (1-FA).


identifier: Paquette, S. (2011). Vérification du logiciel CFX pour la simulation de l'interaction arc-écoulement dans les disjoncteurs haute-tension.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le but du projet est de vérifier s'il est envisageable d'utiliser le code commercial CFX de ANSYS Inc. dans le but de simuler la coupure du courant dans un disjoncteur à haute tension. CFX est un code de dynamique des fluides au sens large, avec des options disponibles pour simuler différents types de problèmes d'écoulements de fluides, en trois dimensions spatiales. La méthodologie utilisée est principalement une comparaison entre deux codes, et avec la solution analytique, lorsque la géométrie utilisée le permet. Le code utilisé comme base de comparaison est MC3, qui est un code ayant déjà été validé, conçu spécialement pour simuler l'allumage et la coupure d'un arc électrique dans une géométrie de disjoncteur haute tension, avec une approximation d'axisymétrie de la géométrie. L'idée derrière le projet est donc de passer d'une méthode de calcul en deux dimensions que l'on sait fonctionnelle, avec des approximations pour obtenir des conditions axisymétriques, à une méthode de calcul pleinement tridimensionnelle en terme spatial, diminuant ainsi le nombre d'approximations à effectuer. Les concepts de vérification et de validation de codes sont expliqués, avec un résumé de certaines méthodes particulières. Une brève description du fonctionnement des disjoncteurs haute tension est donnée, avec un résumé des principes physiques utilisés. Les équations physiques résolues par les solveurs sont données (dynamique des gaz, rayonnement, électromagnétisme), avec un résumé qualitatif des modèles numériques utilisés. La géométrie et la physique des cas tests utilisés sont décrits, avec la solution analytique lorsque cela est possible. Les résultats de ces cas tests sont analysés et comparés entre les deux codes et la solution analytique. Ces cas tests ont pour but de simuler des cas simples faisant ressortir séparément chacune des caractéristiques physiques présentes dans un disjoncteur haute tension. Les caractéristiques physiques d'importance sont donc vérifiées une à la fois. Une tentative de calcul sur une situation un peu plus réaliste a finalement été effectuée.  ABSTRACT: The goal of the project is to verify the possibility of using ANSYS Inc.'s CFX commercial code for simulations of current interruption in a high-voltage circuit breaker. CFX is a fluid dynamic code in a wide sense, with available options for simulating many fluid flow problems, in three spatial dimensions. The method used for the verification is mainly a code to code comparison, and with analytical solutions, when the geometry allow it. The code used as comparison basis is MC3, which has already been validated. It is specially made for simulating ignition and cutting of electric arcs in a circuit breaker geometry, with an axisymmetric approximation. The idea of the project is to pass from a well validated two dimensional method, with axisymmetric approximations, to a fully three spatial dimensions method, decreasing the number of approximations to do. The code verification and validation concepts are explained, with a summary of some particular methods. A brief description of high-voltage circuit breakers operation is given, with a summary of physical principles used for its modeling. The physical equations solved by the computer codes are given (gas dynamic, radiation, electromagnetism), with a qualitative summary of numerical models used. The geometry and physics of test cases used are described, with analytical solution when possible. The results of theses test cases are analyzed and compared between the two codes and the analytical solution. The goal of theses test cases is to simulate simple cases showing separately each physical characteristics present in a high-voltage circuit breaker. The physical characteristics of importance are then verified one by one. An attempt on a more realistic and complex situation was finally done.


identifier: Guyot, M. (2011). Development of the Micro-Depletion Method in the Chain of Codes DRAGON4/DONJON4  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet a pour but de développer et de tester la méthode de micro-évolution dans le code DONJON. Classiquement, on utilise 2 niveaux de calculs pour réaliser une simulation numérique de coeur. Le code de cellule (DRAGON) est utilisé pour générer des bases de données réacteurs. Il évalue les sections efficaces condensées et homogénéisées pour différents paramètres locaux ou globaux. Ces bases de données sont ensuite interpolées par le code de coeur pour calculer les taux de réactions et les puissances de grappes sur tout le coeur. L'évolution du coeur est alors réalisée de manière “macroscopique”. Une méthode alternative est de faire l'évolution du combustible dans le code de coeur,en résolvant numériquement les équations d'évolution pour chaque grappe. Cette technique possède l'avantage d'utiliser les grandeurs locales pour calculer les nouvelles concentrations isotopiques. On peut avoir ainsi une meilleure prise en compte de certains produits de fission. Une méthode basée sur l'interpolation ne tient pas compte directement du flux local, mais plutôt de l'usure du combustible. Pour diminuer les erreurs dues à l'interpolation, on utilise un module correctif. Le but de ce module est de corriger la distribution de Xénon 135 dans le coeur, en fonction du niveau de puissance local. Le Xénon-135 est un isotope important lors du fonctionnement d'un réacteur à cause de sa forte section efficace d'absorption. Il est important qu'il soit corrigé pour diminuer les erreurs sur la réactivité. Une démarche progressive est utilisée dans ce document pour étudier les principaux phénomènes liés à cette méthode. On étudie d'abord 2 benchmarks simples avec différentes conditions, en comparaison avec un calcul de transport DRAGON. Le calcul DRAGON sert ici de référence. Il est réalisé sur une géometrie détaillée comprenant les 37 crayons de combustible de la grappe, avec les gaines en zirconium. Les calculs DONJON sont faits en diffusion sur des mélanges homogènes. On teste notamment le gain apporté par la micro-évolution vis-à-vis d'un calcul d'interpolation pour différents niveaux de puissance. Ces benchmarks sont réalisés sur des assemblages de cellules CANDU. La principale conclusion de ces études est l'amélioration notable du calcul du facteur de multiplication des assemblages évoluants à faible puissance, lorsqu'on utilise la micro-évolution. Finalement, on utilise les deux méthodes d'évolution programmées dans DONJON sur un suivi de coeur CANDU pendant une cinquantaine de jours. Environ 30 schémas de calculs sont exécutés les uns après les autres selon différentes méthodes. Tout d'abord, on réalise  ABSTRACT: This project is dedicated to the development of the micro-depletion method in the chain of codes DRAGON/DONJON. A full-core calculation is usually a two-level computational scheme. Two different computational codes are required to perform such a calculation: a lattice code (DRAGON in our case) and a diffusion code (DONJON in our case). A lattice calculation is done to generate multi-parameter reactor databases. Theses tables are compatible with the diffusion code. We can use them to compute the fluxes over the reactor using a diffusion approximation. In this case, the fuel depletion in the core is realized by the computation of new burnups, thanks to the local power levels. The micro-depletion method is based on the numerical solution of the depletion equations, also called as the Bateman equations. In each bundle, isotopic concentrations are available to compute the reaction rates, and perform the depletion. At each burnup step, these concentrations are updated with the aid of a depletion equations solver. The main advantage of this method, in comparison to an interpolation computation, is the consideration of local effects. While solving the depletion equations, local reaction rates are used to find the new densities. When we interpolate the databases, only the burnup of the fuel is used to get new nuclear properties. However, some fission products are more dependent on the actual flux they are exposed to than on the energy released during the operation time of the core. This is the case for Xenon-135. Because of the huge absorption cross section of Xenon-135, this isotope plays an important role in the reactor behaviour. To investigate this problem, a module is written to compute the Xenon distribution in the DONJON code. This module is used in an interpolation calculation to correct the densities estimated by the database. A step-by-step approach is used in this document. The goal is to underline the main contribution by using micro-depletion method. Two Benchmarks are studied using a reference DRAGON calculation. Different power levels are tested to put emphasis on the consideration of local effects according to the two methods. We observe that the effective multiplication factor tends to be biased for low power macroscopic depletion calculations. Certain interpolated isotopic concentrations are biased because they correspond to nominal power concentrations.


identifier: Lareau, É. (2011). Mise en œuvre d'un système portable d'imagerie cérébrale fonctionnelle bimodalité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce mémoire, un appareil portable d'imagerie fonctionnelle du cerveau bimodalité est présenté. Ces travaux, entrepris dans le cadre du projet IMAGINC au sein du laboratoire Polystim, ont pour objectif de combiner la spectroscopie par proche infrarouge (NIRS, pour Near Infrared Spectroscopy) et l'électroencéphalographie (EEG) dans un même système afin de répondre aux besoins cliniques pour des applications incluant l'épilepsie et les accidents vasculaires cérébraux. À l'heure actuelle, les technologies couramment utilisées pour l'imagerie fonctionnelle du cerveau sont peu portables, coûteuses et nécessitent d'immobiliser le patient. La NIRS et l'EEG ont le potentiel de contourner ces problématiques et certains appareils ont prouvé la validité du concept. Cependant, le nombre de canaux et la sensibilité en NIRS de ces derniers sont insuffisants pour répondre aux exigences cliniques. Afin de répondre à ces besoins, l'appareil conçu peu être porté par le patient, a assez de canaux de détection pour couvrir toute la tête, a une autonomie de plus de 24 heures et est assez sensible en NIRS pour obtenir des données de qualité, même en présence de cheveux foncés. Constitué de trois modules, soit une interface graphique sur un ordinateur distant, un module de contrôle porté à la ceinture et un casque d'acquisition, le prototype réalisé permet de transférer les données en temps réel et est complètement configurable et contrôlable à distance. Afin de valider les performances du système, des mesures sur fantôme ont été effectuées pour la NIRS ainsi que pour l'EEG. Par la suite, un protocole expérimental utilisant des adultes en santé a été effectué sur 5 sujets et les résultats ont été comparés à ceux de la littérature. Après analyse, il a été conclu que l'appareil présenté fonctionne correctement et permet de reproduire des protocoles expérimentaux déjà publiés. Certaines améliorations doivent toutefois être apportées afin de pouvoir mieux répondre aux besoins du milieu de la santé.  ABSTRACT: In this thesis, a portable functional brain imaging system using two modalities is presented. This work, which is part of the IMAGINC project and affiliated with the Polystim laboratory, has the objective to combine near infrared spectroscopy (NIRS) to electroencephalography (EEG) in a single system in order to answer the clinical needs in applications as epilepsy and stroke. At this moment, typical technologies used for functional brain imaging are not portable, costly and need the patient to be immobilized. NIRS and EEG have the potential to by-pass these problems and some systems have already proved the validity of that concept. These systems, however, have a low channel count and lack NIRS sensitivity. In order to provide a better solution, a device was designed with enough detection channels to cover the whole head, autonomy over 24 hours and sufficient NIRS sensitivity to obtain quality data even with dark hair. The prototype that was built is made of 3 modules: a graphical user interface, a control module that can be worn on a belt and an acquisition helmet. It can transfer its data in real time to a distant computer and is completely remote configurable and controllable. Validation of the system was made by first using NIRS and EEG phantoms. An in-vivo experimental protocol was then used with 5 healthy adult subjects and results were compared with available papers. Analysis showed that the prototype works correctly and allows reproducing the results found in other published works. However, further optimization is still needed to improve the ability of the device to answer clinical needs.


identifier: Ouassal, H. (2011). Bi-stable Radiofrequency Rectangular Waveguide Switch with Magnetic Actuation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une étude sur les utilisations possibles de nouveaux types de commutateurs radiofréquences (RF) bistables dans la réalisation d'antennes reconfigurables et de filtres à hautes fréquences. Ces commutateurs ont l'avantage d'être légers (fabriqués sur une membrane très mince) et d'avoir une consommation de puissance nulle dans les états stables. Les antennes reconfigurables et filtres actuels consomment plus de puissance à cause de l'intégration des commutateurs électroniques à base de semi-conducteurs ou MEMS qui nécessitent d'être polarisés en permanence. Les commutateurs proposés peuvent apporter une alternative, surtout dans des applications qui imposent des exigences strictes sur la  consommation d'énergie ou le poids. Puisque ces interrupteurs sont des composants non-électroniques, ils présenteront moins d'interférences sur le comportement des antennes reconfigurables, le problème est particulièrement important lorsque plusieurs commutateurs sont intégrés à l'antenne. Deux prototypes de configurations distinctes ont été fabriqués et testés expérimentalement afin de vérifier leurs fonctionnements et d'évaluer leurs performances. Le premier prototype est un commutateur membrane placé  dans un guide d'onde rectangulaire ouvert (antenne à ondes de fuites).  Le deuxième est  un commutateur à réactance variable, placé dans un guide d'onde rectangulaire fermé. Une des extrémités de la membrane est fixée à la paroi basse du guide et l'autre extrémité est laissée libre.  Les commutateurs sont réalisés à partir d'un substrat flexible Pyralux de Dupont, composé d'une couche diélectrique (polyimide), laquelle est recouverte d'une couche de cuivre sur une de ses deux faces. Les commutateurs utilisent un système d'actionnement magnétique et ne dépensent de l'énergie que lors du passage d'un état stable à l'autre.  Le commutateur à membrane est utilisé pour la conception d'une antenne à ondes de fuites commutable. Pour l'état ON, c'est-à-dire lorsque l'antenne rayonne, les simulations et les mesures ont montré des résultats similaires. Pour l'état OFF, c'est-à-dire lorsque l'antenne n'émet aucun rayonnement, une moins bonne concordance a été observée. La raison est due  à un mauvais contact électrique entre la partie libre de l'interrupteur et la paroi haute du guide, lequel nécessiterait quelques améliorations. Globalement, le concept d'une antenne commutable en utilisant ce type de commutateur a été prouvé. Le commutateur à réactance variable est intégré dans un guide d'onde rectangulaire fermé afin de démontrer un filtre coupe bande « notch ».  ABSTRACT: This M.Sc.A. thesis investigates the feasibility of using new types of bistable waveguide switches to implement reconfigurable antennas and filters. These switches have the advantages of being lightweight (made of very thin membrane) and have zero power consumption in their steady states. Current reconfigurable antennas and filters consume more power due to the integration of electronic switches; semiconductor and MEMS. The proposed switches can provide an alternative, especially in applications that impose stringent requirements on power consumption or weight. Since these switches are non-electronic components, they present less interference on the behaviour of reconfigurable antennas, the problem is particularly important when multiple switches are integrated into the antenna. Two prototypes of distinct configurations are implemented and experimentally tested to verify and assess their performance. One is incorporated into a leaky rectangular waveguide to provide antenna switchability feature and the other is integrated into a closed rectangular waveguide to implement a switched filtering structure. Both switches are built from a flexible membrane Pyralux Dupont, composed of a dielectric layer (polyimide), which is covered with a layer of copper on one side. They are attached to the bottom wall of the waveguide at one part and free to move at the other part. They use a magnetic actuation system and consume energy only when moving from one stable state to the other. The measured radiation patterns and return losses of the switched leaky wave antenna in the ON state agree quite well with the predictions obtained with a finite elements simulation tool (HFSS). However, there is a noticeable difference between the simulation and experimental results in the OFF state. This is mainly due to a non-uniform physical contact between the edge of the switched membrane and the inner side of the waveguide's broad wall. Overall, the results of this proof of concept look promising. This technique provides an approach to implement reconfigurable antenna using bistable membrane built on a dielectric substrate.


identifier: Martel, A. (2011). Caractérisation d'une poudre nanométrique de MoSi2 et étude du procédé de moulage par injection de poudres  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une étude de faisabilité sur l'utilisation d'une poudre nanométrique de disiliciure de molybdène, MoSi2, dans un procédé de moulage par injection à basse pression de chez Maetta Sciences Inc. a été faite dans le cadre de ce projet de maîtrise. Considérant toutes les caractéristiques requises par un matériau utilisé dans une application à haute température et subissant des contraintes mécaniques en service, le MoSi2 est un bon candidat. Le but du projet est de vérifier si le frittage au four micro-ondes permet de mieux conserver la taille nanométrique des grains de la poudre de MoSi2 qu'un frittage conventionnel tout en vérifiant l'influence des divers paramètres opérationnels sur les caractéristiques des pièces finales. Des pièces issues des procédés de fabrication par pressage et par moulage par injection à basse pression ont été produites et caractérisées par diverses techniques (microscopes électronique à balayage et à transmission, diffraction des rayons X). Les paramètres opérationnels qui ont été variés durant l'étude sont le procédé de fabrication (pressage, moulage par injection à basse pression), les conditions de déliantage (type d'alumine, température), le type de frittage (conventionnel, micro-ondes) et les conditions de frittage (température, atmosphère, temps). De plus, les caractéristiques analysées sont les phases présentes dans la microstructure, les proportions des phases, la densité avec ou sans considération des autres phases présentes et la taille moyenne de grains. La principale conclusion qui découle de l'analyse et de la discussion des résultats de la caractérisation est que le frittage micro-ondes, par sa vitesse de chauffe très rapide et diminuant la durée de l'exposition de la pièce à haute température, permet de mieux conserver la fine taille de grains de la poudre initiale de MoSi2 que le frittage conventionnel. De plus, le déliantage, une étape du procédé de moulage par injection basse pression, entraîne l'oxydation des pièces. Cette oxydation du MoSi2 entraîne la formation de la phase Mo5Si3 et de la phase SiO2 qui est amorphe, fragile et donc indésirable.  ABSTRACT: This master project concerns a feasibility study about the use of a nanometric disilicide molybdenum (MoSi2) powder in a low pressure injection molding process from Maetta Sciences Inc. Because of its characteristics, MoSi2 is a good candidate for application at high temperature where the part is subjected to mechanical stresses. The goal of this project is to verify if microwave sintering allows a better conservation of the initial powder's nanometric grains. The influence of the operational parameters on final characteristics of the parts is also established. Parts from pressed and sintered (PS) process and low pressure injection molding (LPIM) process were fabricated and characterised by using several techniques (scanning and transmission electronic microscopes, X-ray diffraction). The studied operational parameters are the fabrication process (PS, LPIM), the debinding conditions (alumina type, temperature), the sintering type (conventional, microwave) and the sintering conditions (temperature, atmosphere, time). The characteristics that were analysed include the phases present in the microstructure, the phase proportions, the density with or without considering the presence of other phases and the average grain size. The main conclusion taken from the analyses and discussion of the characterisation results is that the microwave sintering allows to better maintain the fine grains of the initial MoSi2 powder than the conventional sintering because it greatly minimizes the duration of high temperature exposition since heating rates are far greater in the microwave. Also, the debinding process, one of the low pressure injection molding steps, generates more oxidation in the final parts. This MoSi2 oxidation results in the formation of Mo5Si3 phase and undesirable SiO2 fragile and amorphous phase.


identifier: Lengrais, P.-A. (2011). Analyse exploratoire de la perception du système général harmonisé dans le sous-secteur de la fabrication des produits chimiques au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matières dangereuses (MD) sont utilisées dans le domaine de la pétrochimie et chimie, mais aussi dans d'autres domaines tels le transport, l'agriculture ou l'alimentation. Compte tenu de la nature des MD et de leur utilisation quotidienne, l'encadrement juridique de son utilisation afin d'assurer une protection légale du travailleur, du consommateur et de l'environnement est indispensable. Cette protection légale s'effectue par l'obligation de mettre en place des moyens de préventions et de protections à la disponibilité des personnes en contact avec les MD. Parmi ces moyens de prévention, l'information de l'utilisateur des risques encourus et comment ce dernier doit réagir en cas d'incident lorsqu'il effectue une activité liée aux MD, lui permet de réduire à la fois la probabilité d'occurrence et d'impact d'un accident. Cette information peut être divulguée grâce à un « système d'information des dangers » ou « système de communication des dangers » qui prend la forme d'une classification des dangers, d'un étiquetage et des fiches d'accompagnement contenant des informations sur les risques et dangers liés à une activité. Dans cette optique, le Canada et un certain nombre de pays a mis au point des lois et règlements ayant pour finalité de fournir cette information nécessaire à l'utilisateur en contact avec les MD par ces systèmes d'informations des dangers.  En l'état actuel, ces systèmes d'information diffèrent selon les types d'activités (production, transport, distribution, stockage), de même qu'ils diffèrent d'un pays à l'autre. En particulier, ils divergent les uns des autres sur la notion même de risque. Puisque les valeurs obtenues, les tolérances acceptées et les moyens de mesures utilisés sont d'autant d'aspects qui légitiment la quantification du risque associé à une MD et par conséquent cela entraîne une classification des dangers et risques différente. Par exemple, la toxicité qui mesure l'effet néfaste d'un produit sur la santé de l'être humain peut varier ; une substance ayant une toxicité par voie orale LD50=257mg/kg (cette dose peut tuer 50% d'une population de rat par voie orale), sera classé selon les pays : Nocif, Toxique, Non Dangereux.  Par ailleurs, autant de systèmes représentent autant de barrières au commerce international des produits chimiques qui sont contraires à une volonté de libéralisation des échanges sur un marché mondialisé.  ABSTRACT: Hazardous Materials (HM) are used in petrochemical and chemical industry, but also in other areas such as transportation, agriculture or food. Given the nature of HM and their daily use, the legal framework to ensure legal protection of workers, consumers and the environment is essential. This legal protection is performed by the obligation to develop means of prevention and protection accessible to people in contact with the HM. Among these means of prevention, information of the user of the risks involved and how he should respond to incidents when he engaged in an activity related to the HM. It allows him to reduce the probability of occurrence and impact of an accident. This information may be disclosed by a hazard system of communication which includes a hazard classification, labeling and datasheets containing information on risks and dangers associated with an activity. In this context, Canada and a number of countries have developed laws and regulations whose purpose is to provide the necessary information to the user in contact with the HD thanks to these communication hazard systems. Currently, these hazard communication systems differ according to the types of activities (production, transmission, distribution, storage), and they differ from one country to another. In particular, they diverge on the notion of risk. Since values, tolerances accepted, means of measurement used  legitimize the quantification of risk associated with HD and therefore it results in a classification of different for hazards and risks. For example, toxicity that measures the negative impact of a product on the health of humans may vary, a substance having an oral toxicity LD50 = 257mg/kg (this dose may kill 50% of a population rat) may be classified by country: Harmful, Toxic, Non Hazardous. Beside, these hazard communication systems are non-tariff barriers which are harmful for international trade. Thus, the globally harmonized system (GHS) tries to bring a solution to this economic an social problem. The first version was published in 2003, and now the third version is largely applied. In particular, the World Summit on Sustainable Development in Johannesbourg promotes GHS to be set up before 2008.


identifier: Benchimol, P. (2011). Couplage des méthodes d'agrégation dynamique de contraintes et de stabilisation pour résoudre le problème d'horaires de véhicules avec dépôts multiples.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La méthode de génération de colonnes est très utilisée pour résoudre des problèmes de programmation linéaire. Cependant elle présente des faiblesses face aux effets de la dégénéréscence rencontrée sur certains problèmes de grande taille.  Plusieurs approches ont été proposées pour contrer ses effets négatifs, en particulier l'agrégation dynamique de contraintes et la stabilisation des variables duales. Ce travail propose une méthode permettant de coupler ces deux approches pour les problèmes de partitionnement d'ensemble afin de tirer parti de leurs effets combinés.  La dégénéréscence apparaît lorsque le polytope des solutions réalisables contient des points extrêmes associées à plusieurs bases, ou de manière équivalente lorsque des solutions basiques contiennent des variables en base nulles.  L'idée de l'agrégation dynamique de contraintes est de travailler avec une restriction du problème original qui comporte moins de contraintes. En conséquence, la taille des bases est réduite ainsi que le nombre de variables de base nulles. Cependant, la réduction du nombre de contraintes entraîne une perte d'information duale. Une des difficultés majeures de cette méthode est de désagréger l'information duale partielle disponible afin d'obtenir une solution duale au problème original. Elhallaoui et al. (2005) montrent que pour les problèmes de partitionnement d'ensemble, il est possible d'effectuer cette opération en résolvant un problème de plus court chemin.  La méthode de stabilisation des variables duales propose quant à elle de pénaliser une grande partie de l'espace dual. Comme chaque base est associée à une solution duale, on évite ainsi l'exploration des bases les plus pénalisées. Cependant, le problème ainsi « stabilisé » est une relaxation du problème original. Pour résoudre ce dernier à l'optimalité, il faut résoudre une suite de problèmes stabilisés.  Coupler les méthodes d'agrégation dynamique de contraintes et de stabilisation des variables duales revient à réduire le nombre de contraintes des problèmes stabilisés. Malheureusement, l'information duale ainsi obtenue est partielle non seulement pour les contraintes du problème original, mais aussi pour la pénalité. Dans ce travail, nous montrons comment désagréger l'information duale par la résolution d'un problème de plus court chemin pour les problèmes de partitionnement d'ensemble stabilisés .  Cette nouvelle méthode est appliquée au problème d'horaires de véhicules avec dépôts multiples (MDVSP). C'est un problème de partitionnement d'ensemble auquel s'ajoutent des contraintes supplémentaires limitant le nombre de véhicules disponibles par dépôt. La taille des instances utilisées varie entre 500 et 3000 tâches. On obtient une réduction des temps de calcul d'un facteur d'environ 2 pour la résolution de la relaxation linéaire sur les instances de grande taille.  ABSTRACT: Column generation is a widely used method for solving linear programming problems. It is very efficient but shows some weaknesses when faced with highly degenerate problems. Stabilization of dual variables and dynamic constraint aggregation are two examples of approaches used to damp the effects of degeneracy. This work shows how two combine the strength of both for set-partitioning problems.  Degeneracy occurs when the polyhedron of feasible solutions contains degenerate extreme points. An extreme point is degenerate when it can be described by multiple basis, which means that these basic solutions contain basic variables with zero value.  The idea behind dynamic constraint aggregation is to use a restricted problem with fewer constraints. Thus the size of the basis is reduced along with the number of zero variables. However some dual information is lost when reducing the number of constraints. The challenge of this method is to desaggregate the partial dual information and compute a dual solution for the original problem. For set-partitioning problems, Elhallaoui et al. (2005) shows that this computation can be done by solving a shortest-path problem. Dual variables stabilization consists of penalizing most of the dual space. Since every basis is associated with a dual solution, this amounts to prevent the exploration of most penalized basis. Yet such a “stabilized” problem is a relaxation of the original one. In order to find an optimal solution, a sequence of stabilized problems needs to be solved.  Stabilization and dynamic constraint aggregation are brought together by reducing the number of constraints of stabilized problems. Unfortunately, this yields to partial dual information not only for the removed constraints, but also for penalty values. In this work, we show how to disaggregate dual information by solving a shortest-path problem for stabilized set-partitioning problems. This new method is applied to the multiple depot vehicle scheduling problem (MDVSP). It is a set-partitioning problem with side constraints that limit the number of vehicles used from each depot. Experiments were conducted on randomly generated instances which sizes range between 500 and 3000 tasks. Results show a reduction of computational times by a factor 2 approximately for large instances.


identifier: Descotes, V. M. (2011). Reactor Physics of a Deep-Burner Prismatic Core for VHTR  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise rend compte des problèmes de simulation d'un coeur de réacteur nucléaire à très haute température. Ce coeur possède une géométrie hexagonale prismatique. Le combustible est composé d'isotopes transuraniens et est réparti le long d'un anneau. Le centre du coeur et sa périphérie contiennent des blocs de réflecteur en graphite. Cette disposition pose plusieurs problèmes au neutronicien. Le faible pouvoir modérateur du graphite confère aux neutrons un plus grand libre parcours moyen que dans les réacteurs à eau sous pression. Les blocs de graphite ralentissent plus les neutrons que les blocs de combustible. Ce changement du spectre neutronique se fait sentir profondément à l'intérieur du combustible situé en périphérie du coeur. La thermalisation dans le réflecteur conduit à deux pics de fission caractéristiques aux interfaces combustible - réflecteur, les taux de fission augmentant du fait de la plus grande proportion de neutrons thermiques. Cet effet spectral complique l'utilisation du schéma de calcul classique à deux niveaux : calcul en réseau infini sur un bloc pour générer des paramètres homogénéisés, suivi du calcul de coeur avec des blocs homogènes. Nous avons testé ce schéma sur un coeur dépourvu de mécanismes de contrôle (barres, absorbants) et chargé avec un combustible neuf. Un deuxième schéma a également été mis en place dans lequel les blocs voisins du réflecteur sont simulés au niveau réseau avec leur environnement (supercellules), ceci afin de générer des sections efficaces avec un spectre corrigé, plus proche de la réalité. Un calcul de référence a été effectué avec MCNP. Il en ressort que si le schéma avec les supercellules conduit à une amélioration de la précision, le schéma à blocs simples permet d'ores et déjà de simuler le coeur avec une précision très satisfaisante à condition de garder typiquement 26 groupes d'énergie pour le calcul de coeur. Le temps de calcul prohibitif des supercellules ne permet pas à ce stade de recommander leur utilisation. Cependant, des calculs d'évolution sur une supercellule montrent que la présence du réflecteur induit de fortes variation des concentrations au sein du bloc de combustible. Ceci indique que le calcul de l'évolution des concentrations doive probablement se faire au niveau du calcul de coeur plutôt qu'en calcul réseau. L'ajout des poisons neutroniques et des barres de contrôle devrait également plaider en faveur de l'utilisation de supercellules.  ABSTRACT: The deep-burn prismatic high temperature reactor is made up of an annular core loaded with transuranic isotopes and surrounded in the center and in the periphery by reflector blocks in graphite. This disposition creates challenges for the neutronics compared to usual light water reactor calculation schemes. The longer mean free path of neutrons in graphite affects the neutron spectrum deep inside the blocks located next to the reflector. The neutron thermalization in the graphite leads to two characteristic fission peaks at the inner and outer interfaces as a result of the increased thermal flux seen in those assemblies. Spectral changes are seen at least on half of the fuel blocks adjacent to the reflector. This spectral effect of the reflector may prevent us from successfully using the two step scheme — lattice then core calculation — typically used for water reactors. We have been studying the core without control mechanisms to provide input for the development of a complete calculation scheme. To correct the spectrum at the lattice level, we have tried to generate cross-sections from supercell calculations at the lattice level, thus taking into account part of the graphite surrounding the blocks of interest for generating the homogenised crosssections for the full-core calculation. This one has been done with 2 to 295 groups to assess if increasing the number of groups leads to more accurate results. A comparison with a classical single block model has been done. Both paths were compared to a reference calculation done with MCNP. It is concluded that the agreement with MCNP is better with supercells, but that the single block model remains quite close if enough groups are kept for the core calculation. 26 groups seems to be a good compromise between time and accuracy. However, some trials with depletion have shown huge variations of the isotopic composition across a block next to the reflector. This may imply that microscopic depletion is necessary in the calculation scheme in order to obtain accurate pin-level nuclide densities. Nevertheless, for some scoping studies, block averaged values might have the desired level of accuracy.


identifier: Siles, C. (2011). Aide à la décision pour la gestion d'un parc d'avions en fin de vie.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré la récente crise économique mondiale qui en a perturbé l'utilisation, le transport aérien est aujourd'hui indispensable, et toujours en croissance. Le nombre d'aéronefs en service ne cesse d'augmenter depuis la mise en service des premières séries produites en masse, au milieu du XXème siècle. La durée de vie moyenne d'un avion se situant autour de 30 ans, ces dernières années le nombre d'appareils en fin de vie devient significatif. Par ailleurs, l'opinion publique, les législateurs et les entreprises accordent de plus en plus de crédit aux problématiques environnementales. Aussi, les secteurs automobile et électronique grand public par exemple, sources considérables de déchets, ont déjà fait l'objet de lois régissant la gestion en fin de vie de ces produits dans de nombreux pays, notamment en Europe. Les produits mis au rebut doivent être éliminés dans l'observance de règles strictes, s'assurant de l'application de pratiques respectueuses de l'environnement. Dans la plupart des cas, le principe de responsabilité élargie des producteurs est mis en pratique, contraignant le manufacturier à prendre en charge la gestion de son produit en fin de vie. Mais à l'heure actuelle, aucune législation de ce type concernant les avions n'existe. Les constructeurs aéronautiques (notamment Airbus, Boeing et Bombardier) anticipent la mise en place d'une tel règlement. En outre, démontrer son implication dans les problématiques environnementales devient un facteur décisif pour l'image de marque de ces compagnies. De plus, un avion, même en fin de vie, possède une valeur potentielle conséquente. D'une part, les alliages d'aluminium constituant la carcasse sont de très haute qualité ; d'autre part, parmi les pièces détachées qui s'y trouvent, les plus importantes pourront être remises en état de vol (moteurs, trains d'atterrissage et avionique notamment) et revendues parfois pour plusieurs millions de dollars. La récupération de ces pièces nécessite par ailleurs un soin particulier et un cadre strict pour éviter le développement d'un marché noir de pièces détachées déjà existant, posant notamment des problèmes de sécurité majeur.  ABSTRACT: In spite of the recent economic crisis that disrupted it, air transportation is essential to both leisure and business worlds, and is still expanding. The number of aircraft in use keeps growing since the first mass produced models in the middle of the 20th century. The average lifespan of an airplane being around 30 years, the number of retired aircraft has become significant over the past few years. Public opinion, legal institution as well as companies are taking more and more interest in environmental issues. Automotives and electronics industries have already been legislated regarding products' end-of-life (EOL) in several countries, particularly in Europe. Those EOL products must be disposed of in a strictly regulated, environmentally-friendly way. In most cases, “polluter pays-principle” is applied, making the manufacturer responsible for proper treatment. vii At the present time, though, no analogous rule has emerged for aircraft. Therefore, manufacturers (like Airbus, Boeing and Bombardier) anticipate the implementation of a similar legislation in the next few years. Moreover, showing an interest in environmental topics has become essential for companies' brand image. Besides, there's still a great value in an EOL airplane; essentially in spare parts, worth several million dollars in some cases (mainly through engines, landing gears and avionics), but potentially in the airframe as well, because of the very high quality-alloys that make of planes. The development of a well organized-distribution channel for spare parts is critical in order to avoid the black market's expansion, leading to major safety issues.


identifier: Remery, M. (2011). Nouvelle méthode d'évaluation des scénarios de fin de vie pour des produits en phase de conception préliminaire.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Suite à la croissance de la société de consommation, l'impact environnemental causé par les produits toujours en plus grand nombre devient un problème que l'on ne peut plus négliger. Dans ce contexte, toutes les étapes du cycle de vie des produits méritent une attention particulière. Cependant, l'étape devenant de plus en plus cruciale est la fin de vie. Les décharges sont surchargées et provoquent des rejets nocifs dans le sol et l'eau. Les déchets incinérés sans contrôle libèrent des gaz dangereux dans l'atmosphère. De plus, envoyer en décharge des produits usagés contenant des matériaux qui pourraient être réutilisés entraîne un gaspillage important de matière première. En réponse à ce phénomène, des règlementations sont apparues, imposant des règles strictes quant à la récupération et au traitement des produits usagés. Pour y faire face tout en restant compétitives sur le marché, la meilleure solution pour les entreprises est d'avoir une réaction préventive et de modifier leurs produits en agissant à la source même de leur existence, c'est-à-dire en phase de conception. En optimisant les paramètres de conception en vue de la fin de vie, il est possible d'avantager les scénarios les plus respectueux des lois et de l'environnement tout en réalisant un bénéfice important. Pour cela, il faut choisir la fin de vie la plus adaptée possible dès la phase de conception préliminaire avant de fixer les paramètres précis de conception, tout en ayant assez d'informations pour faire un choix pertinent. Le choix de fin de vie en phase de conception préliminaire est un problème complexe, qui nécessite la prise en compte de plusieurs aspects à la fois : lois, coûts, revenus, environnement, etc. Le concepteur a donc besoin d'un outil pour l'aider à évaluer les alternatives. Cependant, les outils existants ne sont pas applicables en conception préliminaire, ils requièrent une expertise que le concepteur ne possède pas; aussi ces méthodes ne donnent qu'un choix global de fin de vie pour tout le produit alors que la fin de vie des divers sous-assemblages peut être différente. La méthode ELSEM (End-of-Life Scenario Evaluation Method) a donc été créée avec l'objectif de combler les faiblesses décelées dans les autres méthodes d'évaluation et de choix de fin de vie. En étant rapide et simple d'utilisation, utilisable en phase de conception préliminaire, pertinente, flexible et précise, elle devrait mener à la création de produits manufacturés dont la conception est adaptée à leur fin de vie, ce qui permettrait donc de choisir des scénarios à faible impacts environnementaux.  ABSTRACT: Following the growth of the consumer society, the environmental impact provoked by the increasing number of manufactured products is becoming a problem we can no longer ignore. In this context, all products' life cycle stages must be given special attention. However, the stage which is becoming more and more crucial is the end-of-life stage. Landfills are saturated which leads to the rejection of harmful substances in the soil and water. Uncontrolled incinerated wastes release dangerous gases into the atmosphere. In addition, disposing used products which may contain valuable materials produces a significant waste of raw materials. In response to this phenomenon, regulations have been created. They impose strict rules regarding the recovery and processing of used products. In order to respect these regulations all the while remaining competitive in the market, companies must adopt a preventive behavior and modify their products by acting at the commencement of the process cycle, that is to say, during the design phase. By optimizing the design parameters for the end-of-life, it's possible to choose environmental-friendly end-of-life scenarios which respect the laws as well as allow for making a substantial profit. To achieve this goal, the most suitable end-of-life scenario must be chosen during the preliminary design stage: before setting final design parameters but having enough information to make an appropriate choice. End-of-life selection during early design stage is a complex issue that requires taking into account many aspects such as: laws, costs, income, environment, etc. Therefore, designers may need a tool to help them evaluate alternatives. However, most existing tools are not applicable during early design stage or require an expertise that the designer may not have. Other tools give a unique end-of-life option for the entire product whereas most of the time, various subassemblies are given different end-of-life options. The ELSEM method (End-of-Life Scenario Assessment Method) was created in order to overcome the weaknesses belonging to other end-oflife assessment methods. ELSEM can be used during the early design phase in a quick, flexible and simple way. It gives relevant and precise results and leads to the creation of manufactured products which the design is adapted for their end-of-life. As a consequence, it allows for the selection of end-of-life scenarios with lower environmental impacts.


identifier: Gemme, F. (2011). Modélisation numérique des phénomènes physiques du soudage par friction-malaxage et comportement en fatigue de joints soudés en aluminium 7075-T6.  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le soudage par frottement-malaxage (friction stir welding, FSW) est un procédé d'assemblage réalisé à l'état solide. Cette caractéristique lui confère d'importants avantages lorsqu'il est comparé aux procédés de soudage par fusion couramment utilisés dans l'industrie. Dans le contexte des alliages d'aluminium, le FSW offre la possibilité de souder les alliages de la série 7000, pourtant reconnus pour leur forte sensibilité à la fissuration à chaud. Cette famille d'alliages est souvent utilisée pour la fabrication d'avions. Le développement d'un procédé d'assemblage efficace, à faible consommation énergétique et présentant un potentiel intéressant du point de vue de la résistance mécanique est d'une grande importance pour l'industrie aéronautique. L'objectif de ce projet de recherche est d'augmenter le capital de connaissances fondamentales relatives au procédé afin de mieux comprendre les phénomènes physiques se produisant lors du soudage. Ces connaissances profiteront ensuite aux intervenants de l'industrie aéronautique qui participent au développement industriel du procédé. Pour atteindre cet objectif, un premier volet du projet est consacré à l'étude théorique du procédé, alors qu'un second porte sur la caractérisation microstructurale et mécanique de joints obtenus dans diverses conditions de soudage. Le soudage par frottement-malaxage, par la combinaison des mouvements de rotation et de translation d'un outil cylindrique, déforme et échauffe le matériau des pièces soudées. Cette histoire thermomécanique provoque des phénomènes métallurgiques comme la recristallisation des grains et la modification de l'état de précipitation. La modélisation du procédé vise à reproduire cette histoire thermomécanique afin de prédire l'effet du soudage sur la microstructure. Elle permet en particulier d'étudier les mécanismes de création et de conduction de la chaleur et de déterminer de quelle manière ces mécanismes ont une influence prédominante sur les propriétés du joint. Dans ce travail, un modèle numérique par éléments finis a été conçu pour calculer l'histoire thermomécanique du matériau soudé.  ABSTRACT: Friction stir welding (FSW) is a solid-state manufacturing process, which gives important advantages as compared to fusion welding processes that are commonly used in the industry. FSW can be used to weld aluminium alloys of the 7000 series, which are highly sensitive to hot cracking when fusion welded. These alloys are widely used for plane manufacturing and the development of an efficient, low-energy welding process that has a strong potential regarding mechanical properties of joints is of great importance for the aerospace industry. The aim of the present research project is to increase the amount of fundamental knowledge regarding the process by getting a better understanding of the physical phenomena involved in FSW. Such knowledge is required to improve the process in the context of industrial applications. In order to do so, the first part of the project is dedicated to a theoretical study of the process, while the microstructure and the mechanical properties of welded joints obtained in different welding conditions are measured and analyzed in the second part. The combination of the tool rotating and translating movements induces plastic deformation and heat generation of the welded material. The material thermomechanical history is responsible for metallurgical phenomena occurring during FSW such as recrystallization and precipitate dissolution and coarsening. Process modelling is used to reproduce this thermomechanical history in order to predict the influence of welding on the material microstructure. It is helpful to study heat generation and heat conduction mechanisms and to understand how joint properties are related to them. In the current work, a finite element numerical model based on solid mechanics has been developed to compute the thermomechanical history of the welded material. The computation results were compared to reference experimental data in order to validate the model and to calibrate unknown physical parameters. Previous work on the hot deformation of 7075 aluminium alloy has shown that the material behaviour is highly sensitive to thermomechanical conditions.


identifier: Moukhli, A. (2011). Optimisation de la maintenance de roues de turbines hydroélectriques soumises à une dégradation par cavitation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude vise à élaborer une stratégie optimale de remplacement, basée sur la réparation minimale des turbines hydroélectriques sujettes à une dégradation stochastique continue cumulative causée par l'érosion de cavitation. Les données de la dégradation obtenues par une prise de mesures durant les inspections périodiques seront utilisées comme une application sur le modèle proposé. Ce qui est recherché est le temps optimal pour procéder au remplacement de l'équipement, à la suite d'une série de réparations minimales effectuées dès que le niveau de détérioration dépasse un seuil de défaillance fixé. Ce qui permettra de garantir non seulement des dépenses minimales, mais aussi une utilisation optimale des ressources. La modélisation de la dégradation cumulative est formulée, par un modèle stochastique, en fonction du seuil de dégradation par la méthode des moindres carrés. Le modèle de fiabilité lié à cette formulation présente le gros désavantage d'être associé à un taux de défaillance instantané, non monotone. Pour contrer le désavantage du modèle initial, une approximation numérique par un modèle de Weibull à trois paramètres est alors avancée. Le nouveau modèle est validé par l'estimateur non paramétrique de Kaplan-Meier et par la méthode du maximum de vraisemblance. La stratégie de remplacement basée sur la réparation minimale est formulée à partir du modèle de fiabilité de Weibull à trois paramètres;  le temps optimal associé au coût total minimal par unité de temps est formulé et identifié. L'analyse de sensibilité a démontré que la stratégie de maintenance proposée reste sensible et plausible, en cas de variation du seuil de défaillance, des coûts de remplacement ou des coûts de réparation.  ABSTRACT: This study aims to develop an optimal strategy of replacement based on the minimum repair of hydroelectric turbines subject to a continuous stochastic damage caused by cavitation erosion. The cumulative degradation data obtained from periodic inspections will be used as an application of the proposed model. We will be looking for the optimal time for replacement of equipment following a series of repairs made as soon as the minimum level of damage exceeded a set failure threshold. This will ensure minimal costs and the optimal use of resources. Cumulative degradation is formulated by a stochastic model based on the threshold of degradation by the method of least squares. The reliability of this model has the great disadvantage of being associated with a non monotonous instantaneous failure rate. To counter the disadvantage of the original model, a numerical approximation by a Weibull model with three parameters is then advanced. The new model is validated by the nonparametric Kaplan-Meier and the method of maximum likelihood. Replacement strategy based on minimal repair is based on the model of reliability of the three-parameter Weibull; the optimal time associated with the lowest total cost over time is formulated and identified. The sensitivity analysis showed that the proposed maintenance strategy is sensitive and credible in the case of variation of the threshold of failure, replacement costs, or repair costs.


identifier: Baïlon-Poujol, I. (2011). Développement de nouveaux alliages mères pour applications autotrempantes en métallurgie des poudres  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En métallurgie des poudres (MP) de l'acier, l'autotrempabilité permet de générer des microstructures contenant de la martensite directement lors du refroidissement des pièces suite au frittage. Le phénomène d'autotrempabilité permet d'éliminer l'utilisation d'un traitement thermique d'austénitisation et de trempe (à l'eau ou à l'huile). Ce faisant, le procédé est simplifié, moins coûteux et le risque de distorsion des pièces lors de la trempe est éliminé. De plus, l'élimination des bains d'huile de trempe offre des avantages du point de vue de l'environnement et de la sécurité. La réponse autotrempante est principalement contrôlée par le taux de refroidissement suite au frittage et par la composition chimique des pièces fabriquées. De nos jours, des systèmes de refroidissement par convection forcée permettent d'obtenir des taux de refroidissement élevés (e.g. taux de refroidissement > 2 ° C/s). Pour ce qui est de la composition chimique, les éléments d'alliage généralement utilisés en MP sont le molybdène, le nickel et le cuivre. Malgré leur apport important à la trempabilité des aciers, le chrome et le manganèse ne sont généralement pas utilisés en MP, principalement en raison de leur propension à s'oxyder facilement. L'objectif principal de ce projet est de permettre l'utilisation du manganèse et du chrome à titre d'éléments d'alliage afin d'améliorer l'autotrempabilité des pièces de MP. Pour ce faire, ces éléments d'alliage seront ajoutés sous forme d'alliage mère à des mélanges de poudres d'acier compressibles. Les alliages mères développés ont la particularité d'avoir des teneurs en carbone relativement élevées (2 à 4 %C) permettant la protection des éléments d'alliage qu'ils contiennent contre l'oxydation durant toutes les étapes du procédé: de la production des poudres par atomisation à l'eau, en passant par le broyage et jusqu'au frittage des pièces contenant ces alliages mères. Cinq alliages mères différents ont été conçus et produits par atomisation à l'eau. La caractérisation microscopique de ces alliages mère a permis de mettre en évidence le fait que les éléments d'alliage se retrouvent principalement en solution solide dans les différentes phases constituant la microstructure. La présence d'une couche oxydée à la surface des particules atomisées, d'une épaisseur de 200 à 300 nanomètres, est détectée et caractérisée par microscopie électronique à balayage et par spectrométrie des électrons Auger. Les poudres d'alliage mère atomisées ont une granulométrie trop grossière pour être utilisées directement dans des mélanges autotrempants. Une étape de broyage est donc nécessaire afin d'obtenir une granulométrie adéquate. Le broyage permet aussi de fragmenter la couche d'oxyde afin de générer des particules d'alliage mère exemptes d'oxyde surfacique. L'étude de la cinétique de broyage des alliages mères a mené à la détermination de temps critiques de broyage permettant d'obtenir des granulométries fines (d90 ~ 30 µm), avant l'apparition des phénomènes d'agglomération et d'agrégation. La cinétique de broyage des alliages mères a aussi pu être mise en relation avec la quantité de phase austénitique dans la microstructure. Enfin, l'utilisation d'un agent de contrôle (acide stérique) lors du broyage a permis de générer des granulométries de poudres broyées d'une remarquable finesse (d90 ~ 16 µm).  ABSTRACT: Sinter-hardening in steel powder metallurgy (PM) allows to obtain microstructures containing martensite during the cooling at the end of the sintering cycle. Sinter-hardened PM parts do not need an additional hardening heat treatment and do not suffer from distortion problems during the quench, thus lowering the overall cost of the process. Furthermore, sinter-hardening reduces health and safety hazards associated with high temperature oil baths. The sinter-hardening response is mostly controlled by the cooling rate and the chemical composition of the materials. In recent years, accelerated cooling of the PM parts was made possible by the commercialisation of advanced convective cooling systems (e.g. cooling rates > 2 °C/s). On the other hand, considerable efforts were made to design cost-effective PM materials containing significant amounts of manganese and chromium and having a good response to sinter-hardening. The main objective of this project is to produce sinter-hardened PM parts containing significant amounts of manganese and chromium. These alloying elements are pre-alloyed in specially designed master alloys containing relatively high carbon contents (2 à 4 %C) which ensure the protection from oxidation of the oxygen-sensitive alloying elements during all processing steps: starting from water atomisation of the alloys to the sintering of the PM parts containing these master alloys. Five different master alloys were designed and produced by water atomisation. The microscopic characterization of these alloys showed that the alloying elements are in solid solution in the various microstructural constituents. Oxides are detected at the surface of the atomised particles. The thickness of the surface oxides is approximately 200 to 300 nanometres and was determined by scanning electron microscopy and Auger electron spectroscopy. The particle size distribution of the atomized master alloys is too coarse to be directly used in the sinter-hardening powder mixes. An additional grinding step is necessary to obtain an appropriate particle size distribution and to break the surface oxides. The study of the grinding kinetics of the atomised master alloys led to the determination of critical grinding times for which the particle size is minimal (d90 ~ 30 µm). For longer grinding times, agglomeration and aggregation phenomena are observed. It was possible to relate the grinding kinetic of the master alloy to the amount of austenite in the microstructure. In addition, the use of a process control agent (stearic acid) allowed the production of remarkably fine master alloy particles (d90 ~ 16 µm). The compaction and sintering of powder mixes containing base steel powders and various amounts of fine master alloys allowed to produce sinter-hardened PM parts. The apparent hardness of the new materials can be favourably compared with common pre-alloyed sinter-hardening reference materials. The compressibility of the powder mixes developed is superior to that of pre-alloyed powders and the cost of the new materials is significantly lower than that of pre-alloyed powders containing nickel and molybdenum.


identifier: Bringout, G. (2011). Actionneur pour le guidage de micro-particules magnétiques et thérapeutiques dans le système vasculaire : bobines de gradients pulsés pour des essais pré-cliniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
RESUME
Ce memoire est une contribution pour le developpement de nouveaux moyens de ciblage
d'agent therapeutique dans le reseau vasculaire, bases sur le guidage magnetique de microparticules.
Le ciblage de ces agents requiert un actionneur magnetique capable de generer des
pulses de gradients magnetiques de plusieurs centaines de milliteslas par metre d'amplitude
et de plusieurs centaines de millisecondes de duree. La taille de l'actionneur doit permettre
d'accueillir un lapin pour eectuer des tests pre-cliniques, et doit pouvoir ^etre augmentee
an d'accommoder un ^etre humain. Enn, les proprietes dynamiques de l'actionneur doivent
permettre d'accomplir le guidage avec une ecacite susante, sans compromettre la securite
du patient.
La premiere hypothese de ce memoire est qu'il est possible de concevoir un actionneur
capable de diriger des agents therapeutiques et magnetiques au travers de plusieurs vaisseaux
sanguins d'un lapin. La seconde hypothese est qu'il est possible d'adapter ce concept a l'echelle
humaine.
Les bobines de gradients longitudinales et transversales presentees dans ce travail sont
ideales pour accomplir cette t^ache. Leurs principales caracteristiques sont :
1. un diametre interne de 300 mm an d'accueillir un lapin ;
2. la generation de pulses de 400 mT.m


identifier: Bouchaar, M. (2011). Conception d'un montage de mircrofabrication pour les nanocomposites à base de résines thermoplastiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'introduction des nano-charges dans le milieu des résines donna naissance aux nanocomposites et révolutionna l'univers des matériaux. Les nanocomposites sont à l'instar des composites traditionnels un mélange de résine et d'une charge avec au moins une dimension nano-scopique. Dans le cadre de notre projet, nous avons travaillé avec un nanocomposite à base de résine thermoplastique : acide polylactique, combinée avec un nano-argile « Cloisite 30B ». Ce nanocomposite a été préparé par l'Institut des Matériaux Industriels utilisant la méthode de la voie fondue. L'avantage de cette résine réside dans sa dégradabilité ainsi que sa biocompatibilité. Ainsi, le produit final peut facilement s'adapter à des applications portants sur l'alimentaire ou le biomédical. L'objectif principal du projet est l'amélioration des propriétés barrières des nanocomposites par l'orientation des charges. Cette orientation est la conséquence du cisaillement qui se produit à l'intérieur du module de microfabrication. Pour réaliser tout ceci, on a dans un premier temps conçu un montage spécifique pour la microfabrication par écriture-directe, ensuite on a fabriqué des filaments, des microfilms et des structures 3d pour les caractériser à la fin et mesurer les performances de ces structures. Les résines thermoplastiques et plus particulièrement l'acide polylactique possède une viscosité assez importante. Cette caractéristique nous oblige à travailler avec des hautes pressions et des températures à la limite d'endommagement de la résine et des agents tensio-actifs présents sur les nano-argiles. Malheureusement cette combinaison engendre aussi des problèmes d'étanchéités qui prennent une ampleur ingérable lors de l'utilisation des aiguilles dont le diamètre est inférieur à 250 μm. Malgré ceci et après de multiples réglages, on a réussi à réaliser des microfilaments de 150 μm de diamètre, des films de 600 μm d'épaisseur et des micro-échafaudages sur une surface de 4 cm2. Dans le but de mesurer les performances de ces structures, nous avons réalisé des tests mécaniques, des tests de propriétés barrières et des analyses aux différents microscopes électroniques pour essayer de comprendre les résultats obtenus suites à ces tests. Au sujet des tests mécaniques nous avons remarqué une chute de la performance des microfilaments, expliquée par l'endommagement par la température à la fois de la résine et des agents tensio-actifs présent sur les lamelles de nano-argiles.  ABSTRACT: The introduction of nano-materials into resins field lead to the creation of the nanocomposites. Nanocomposites are similar to traditional composites; the main difference is the nanosize of one component. This creation is starting up a new revolution into the world of materials. The following report deals with a nanocomposite based on a thermoplastic resin (Polylactic acid PLA) and a nanoclay (Cloisite 30B). This nanocomposite was engineered by the Institute of Industrial Material (IMI-CNRC) using a twin screw extruder machine. The main objective of the project is to enhance the mechanical and the barrier properties by working on the orientation of nanoclay-layers. This control of the orientation is possible thanks to the shearing that is happening inside the microfabrication module. To achieve this goal, we started by designing the direct-write module for thermoplastic materials, then we made different structures like microfilaments, microfilms, and micro-scaffolds and finally we analyzed these structure's performance. Creating thermoplastics based on nanocomposites is still being a new process, many calibration tests were needed to find the limits and the optimal setting for the setup. The main hurdles were directly linked to the higher viscosity of the thermoplastic resins. Because of this property, we were forced to use settings close to the limits of the setup. This choice sometimes generated leaks specially while using the 250 μm needle. Regardless of these difficulties, the module was able to produce microfilaments with a diameter of 150 μm and microfilms with a thickness of 600 μm and microscafolds with an area of 4 cm2. Preliminary mechanical tests were performed on the microfilaments, so as to define barrier properties. An electronic microscope analysis was done to better understand mechanical results. The mechanical tests showed a drop in the performances of the microfilaments. This is might be due to the high temperature used during the process. Through microscope analysis, aggregates of the nanoclays were observed. While comparing the barrier properties between two samples (one made by direct-write technique and the other one using a press machine) an impressive improvement becomes clear on the direct-write sample. These results represent the basis for many future works that are going to use these structures for biomedical or food industry applications.