identifier: Luu, Q. H. (2014). Earthquake Response Analysis and Resistant Design of Moderately Ductile Reinforced Concrete Shear Walls Considering Higher Mode Effects  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des études numériques récentes ont démontré que les exigences des codes actuels peuvent sousestimer les efforts de cisaillement sismique à la base et les sollicitations des forces de flexion sur toute la hauteur des murs de refend en béton armé. Cette situation peut conduire à des ruptures par cisaillement à la base et à la formation de rotules plastiques involontaires dans la partie supérieure des murs. Les sous-estimations des sollicitations sont attribuées à des imprécisions en considérant l'effet des modes supérieurs de vibration (HMEs - higher mode effect) lorsque les éléments structuraux réagissent dans le domaine non linéaire. Des chercheurs ont proposé des méthodes pour prendre en compte les HMEs. Cependant, la plupart des méthodes proposées étaient fondées sur des études numériques utilisant des logiciels d'analyse des structures par éléments finis simples avec des éléments de poutre avec rotules plastiques concentrées aux extrémités, ou des modèles d'éléments finis avec des hypothèses qui n'ont pas été validées à l'aide de l'expérimentation dynamique. En outre, la plupart de ces propositions ont été limitées aux murs de refend situés dans l'ouest de l'Amérique du nord avec des sollicitations sismiques essentiellement de basses fréquences d'environ 2 Hz par opposition aux secousses sismiques de 10 Hz dans l'est de l' Amérique du nord est (ENA). Par conséquent, une étude des HMEs utilisant des modèles constitutifs de murs de refend validés expérimentalement, en considérant des secousses sismiques de hautes fréquences typiques de l'ENA est nécessaire.  ABSTRACT: Recent numerical studies have demonstrated that current code requirements may underestimate the seismic shear at the base and the flexural strength demands along the height of reinforced concrete (RC) shear walls. These may lead to shear failure at base and unintended plastic hinge formation in the upper part of walls. The underestimations of the demands in codes are attributed to inaccuracies in considering higher mode effects (HMEs) when structural walls behave in the nonlinear range. Researchers have proposed methods to consider HMEs. However, most of the proposed methods were based on numerical studies using simple finite element structural analysis program with lumped plasticity beam elements or finite element models with assumptions that have not been validated by using experimental dynamic tests. In addition, most of these proposals were restricted to shear walls located in western North America (WNA) with low dominant frequency around 2 Hz as opposed to 10 Hz for eastern North America (ENA) earthquakes. Therefore, an investigation of HMEs using experimentally verified constitutive shear wall models considering high frequency ENA ground motions is necessary.


identifier: Jacquemet, L. (2014). Optimisation de la confection d'horaires de médecins urgentistes : application à l'hôpital Maisonneuve-Rosemont  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Au département d'urgence de l'hôpital Maisonneuve Rosemont (HMR) à Montréal, les horaires de l'équipe de médecins sont réalisés à la main à l'image de beaucoup d'autres établissements.  Pour réaliser un horaire, il faut affecter à la fois les quarts de travail et les postes à occuper (tâches) entre les différents médecins disponibles sur une période donnée (ici quatre semaines). Il s'agit de respecter un grand nombre de contraintes, tout en recherchant la meilleure qualité possible des horaires. La confection d'un horaire est fastidieuse et consomme beaucoup de temps. Ce projet a pour objectif de développer une solution transférable, capable de produire les horaires des médecins urgentistes de HMR en économisant le temps de planification manuel, tout en assurant une résolution quasi-optimale du problème défini en collaboration avec le chef de service, le Docteur Gagnon. Nous avons dans ce cadre développé un modèle linéaire mixte (MIP) pour résoudre le problème d'horaire. Nous résolvons à la fois le problème d'affectation de quarts et le problème d'affectation de tâches. Le modèle s'articule autour des variables représentant l'affectation, chaque jour, pour chaque médecin à un poste donné. Les contraintes sont réparties en deux groupes : les contraintes dures comme le respect des disponibilités des médecins; les contraintes relaxées selon deux approches. La première approche de relaxation consiste à fixer une valeur cible et à autoriser une déviation par rapport à cette valeur, par exemple les quarts affectés de manière isolée sont autorisés dans la limite de un par médecin et par mois.  La seconde approche consiste à inclure dans la fonction objectif les occurrences de situations bénéfiques ou néfastes (en les maximisant ou les minimisant respectivement). Le modèle tient ainsi compte de l'ensemble des règles opérationnelles du département d'urgences régissant les horaires des médecins. Le problème d'horaire instancié est résolu grâce aux solveurs CPLEX et COIN Branch and Cut (CBC) (solveur gratuit). Au fil du développement du modèle, une dizaine d'horaires ont pu être comparés aux réalisations manuelles pour atteindre la forme finale présentée dans ce mémoire, capable de générer des horaires prêt à l'emploi. La solution transférée est basée sur le solveur CBC et les horaires produits satisfont le Docteur Gagnon à la fois en termes de qualité et en temps de réalisation.  ABSTRACT: Physician schedules are manually developed at the emergency room of the Maisonneuve Rosemont hospital (HMR) in Montreal, as in many other hospitals. In this case, the department chief Doctor Gagnon is in charge of the scheduling. To produce a schedule, both shifts and jobs (tasks) have to be assigned to the available physicians of the team on a defined period (e.g. four months). The process of making a schedule is a very tedious and time consuming task. One has to respect a large amount of constraints while looking for the best schedule.  This project's goal is to develop a transferable tool capable of producing the physician schedules of the emergency room of HMR. It has to save time by removing manual scheduling and to guarantee the optimal resolution of the problem for main objectives. The problem and objectives are defined with the collaboration of the chief of the emergency department, Doctor Gagnon. In this context, a mixed integer programming (MIP) model has been built to solve the scheduling problem. We both solve the shift assignment problem and the task assignment problem. The modeling is built around the main variables standing for the assignment of each physician, each day on each task. Constraints are separated in two groups: some are hard constraints as the respect of physician's availabilities and the others are soften by two different methods. The first one is to give a target value and to authorize a deviation to this value for the criterion. For example, isolated shifts are accepted within the limit of one per physician and per month. The second is to put the criterion in the objective function to maximize or minimize the occurrences of good or bad features. The resulted modeling takes into account all operational rules of the emergency room scheduling. Instantiated models are solved both by the commercial solver CPLEX and the license's free solver COIN Branch and Cut (CBC). During the development of the model, more than ten schedules have been compared to manual ones to lead to the final model proposed in this thesis. This resulting modeling is capable to produce ready to use schedules satisfying Doctor Gagnon both in terms of quality and processing time.


identifier: Fortier, J.-P. (2014). Thermochromic VO2 Thin Films Deposited by Magnetron Sputtering for Smart Window Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les fenêtres dites “intelligentes" sont un parfait exemple d'innovation technologique permettant de réduire notre dépendance énergétique ainsi que notre impact sur l'environnement tout en gagnant sur le plan économique. Dans cet éventail de possibilités que nous réserve la fenestration du futur existe bien entendu les fenêtres thermochromiques. Par l'usage de dioxyde de vanadium (VO2), un composé thermochromique, et ce, sous forme de revêtement, il serait possible de contrôler la transmission des infrarouges (chaleur) du soleil en fonction de la température environnante. En d'autres mots, son comportement optique permettrait une gestion plus efficace des échanges de chaleur entre un lieu habitable et l'environnement extérieur. Cependant, ce type de fenêtre est toujours en stade de développement. Tout d'abord, le dépôt de l'oxyde n'est pas de nature simple. Se basant sur une technique de dépôt conventionnelle nommée pulvérisation magnétron principalement utilisée au sein de l'industrie de la fenestration, plusieurs facteurs tels que la concentration d'oxygène et la température du substrat lors du dépôt peuvent venir affecter le comportement thermochromique du revêtement, et ce, par changement de sa composition et de sa cristallinité. D'autres paramètres de contrôle tels que le taux de dépôt, la pression dans la chambre de pulvérisation et le choix du substrat peuvent également modifier la microstructure du revêtement, jouant ainsi sur ses propriétés optiques et électriques. D'un autre côté, plusieurs problèmes persistent autant quant à son application commerciale. Pour commencer, la transition structurelle du matériau, reliée notamment au changement de ses propriétés optiques, ne se produit qu'aux alentours de 68C. Ensuite, sa faible transparence et sa couleur verdâtre naturelle ne sont pas attrayantes visuellement. Puis, à ce jour, la température de dépôt nécessaire pour cristalliser l'oxyde et la rendre thermochromique reste un frein pour une éventuelle application à grande échelle. Au final, malgré que son changement en température ait été démontré avantageux dans des situations de climats variables, les solutions correctives existantes engendrent une détérioration du comportement thermochromique. Sans aucune expertise pratique sur ce matériau, le présent projet a été entrepris avec en tête certains objectifs. En premier lieu, il se fallait de trouver une première récette à l'obtention de nos premiers échantillons du matériau. En se basant sur la littérature comme point de départ, plusieurs échantillons ont été déposés par pulvérisation magnétron tout en améliorant certaines conditions de dépôt ainsi qu'en variant les paramètres de dépôt influents.  ABSTRACT: “Smart" windows are a perfect innovative example of technology that reduces our energy dependence and our impact on the environment while saving on the economical point of view. In the range of possibilities that the fenestration of the future may reserve, there exist thermochromic windows. With the use of vanadium dioxide (VO2), a thermochromic compound, and this, as a thin coating, it would in fact be possible to control the sun's transmission of infrared light (heat) as a function of the surrounding environment temperature. In other words, its optical behavior would allow a more effective management of heat exchanges between a living venue and the outdoor environment. However, this type of window is still in a developmental stage. First, the oxide's deposition is not simple in nature. Based on a conventional deposition technique called magnetron sputtering mainly used in the fenestration industry, several factors such as the oxygen concentration and the substrate temperature during deposition can affect the coating's thermochromic behavior, and this, by changing its composition and crystallinity. Other control parameters such as the deposition rate, the pressure in the sputtering chamber and the choice of substrate may also modify the film microstructure, thereby varying its optical and electrical properties. In addition, several issues still persist as to its commercial application. For starters, the material's structural transition, related to the change of its optical properties, only occurs around 68C. In addition, its low transparency and natural greenish colour are not visually appealing. Then, to this day, the deposition temperature required to crystallize and form the thermochromic oxide remains an obstacle for a possible large-scale application. Ultimately, although the material's change in temperature has been shown to be advantageous in situations of varying climate, the existing corrective solutions to these issues generate a deterioration of the thermochromic behavior. With no practical expertise on the material, this project was undertaken with certain objectives in mind. To start, we had to find a first recipe to obtain our first samples of the material. Using the literature as a starting point, several samples were deposited by magnetron sputtering while improving certain deposition conditions as well as varying influential deposition parameters. Once the oxide obtained, it was necessary to optimize the parameters not only to render thermochromic coatings with the highest possible quality, but also to determine each parameter's sensitivity.


identifier: Marchi, S. (2014). Débogage et traçage de processeurs à grand nombre de coeurs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes informatiques ont atteint un point où la performance d'un seul cœur rapide ou même d'un seul hôte puissant ne peut pas répondre à la demande. Les nouveaux systèmes sont donc de plus en plus bâtis selon des architectures distribuées, permettant une meilleure mise à l'échelle. On constate également l'arrivée de processeurs à grand nombre de cœurs, qui exploitent le parallélisme de façon extrême plutôt que de compter sur la puissance individuelle de chaque cœur. Ces changements compliquent l'utilisation des outils d'analyse du comportement des programmes. Nous nous sommes penchés sur deux problèmes en particulier, soit le débogage des appels à distance et le traçage sur processeurs à grand nombre de cœurs.  Au sein de systèmes distribués, un paradigme fréquemment utilisé est celui des appels de procédures à distance. Cette technique permet à un processus de faire exécuter une fonction dans un contexte différent, par exemple sur un hôte distant, plus adapté à accomplir la tâche voulue. Ainsi le fil d'exécution logique de l'application passe d'un hôte à l'autre, même si chaque hôte possède évidemment son propre fil d'exécution réel. Des bibliothèques spécialisées permettent même de cacher la complexité des appels distants et font en sorte qu'ils soient aussi simples à effectuer qu'un appel local. Toutefois, les débogueurs n'ont généralement pas connaissance de cette technique. Leur efficacité dans ce contexte en est donc réduite, puisqu'il est impossible de suivre le fil d'exécution logique lorsqu'il quitte l'hôte actuel.  Il existe quelques exemples de débogueurs auxquels la possibilité de suivre des appels à distance a été ajoutée. Par contre, il s'agissait toujours d'une solution spécifique à une bibliothèque particulière d'appels à distance ou à une seule plate-forme.  Nous proposons dans ce mémoire une méthode générique permettant d'ajouter aux débogueurs une connaissance des systèmes d'appels à distance. Nous avons effectué une implémentation de la solution à l'aide du débogueur GDB. GDB possède plusieurs fonctions intéressantes, comme la gestion de plusieurs processus débogués à la fois et est facilement extensible.  La solution consiste à placer des points d'arrêt aux endroits dans le programme client qui correspondent à l'initiation d'un appel à distance. Une fois un de ces points d'arrêt atteint, on peut déterminer à quel endroit l'exécution devrait passer dans le serveur pour servir la requête d'appel à distance du client. Il est alors possible d'y placer un point d'arrêt, afin d'interrompre le programme et permettre à l'utilisateur de continuer le débogage à partir de ce point. Une stratégie équivalente est utilisée pour le retour de l'appel à distance.  La solution doit bien sûr être adaptée à chaque bibliothèque spécifique d'appels à distance. Toutefois, comme le même modèle d'exécution se retrouve dans la plupart de ces bibliothèques, il est possible d'extraire une grande partie de la logique dans un module générique. La portion restante, spécifique à chaque bibliothèque, est donc très petite. Pour démontrer la flexibilité de la solution, le support de plusieurs bibliothèques été ajouté.  Le deuxième volet de notre travail porte sur le traçage des processeurs à grand nombre de cœurs. Dans des cas où le débogage interactif est trop invasif, le traçage peut être utilisé pour recueillir de l'information sur l'exécution du programme. Le traçage est semblable à la journalisation, mais met une emphase particulière à minimiser l'impact sur la performance de l'application étudiée.  Des points de traces sont préalablement insérés dans le programme. Lorsque l'exécution croise un de ces points, une information (nommée un évènement) est sauvegardée dans la trace, le fichier résultant. Dans un système multi-cœurs, chaque cœur possède son propre fil d'exécution et représente ainsi un générateur d'évènements. On comprend que plus le nombre de cœurs est élevé, plus le débit d'évènements généré a le potentiel d'être grand. Si ce débit est plus grand que ce que le traceur est capable d'enregistrer sur le médium supportant la trace, le traceur sera contraint de laisser tomber des évènements, ce qui donnera une trace incomplète.  Le traceur LTTng, développé à l'origine au laboratoire DORSAL de l'École Polytechnique de Montréal, est reconnu pour tracer efficacement aussi bien le noyau que les applications sur Linux. D'importants efforts ont été mis lors de son développement pour s'assurer que sa performance reste satisfaisante sur des systèmes multi-cœurs.  La première étape de ce volet a été le port de LTTng à deux nouvelles architectures, TILE-Gx de Tilera et Xeon Phi d'Intel. Dans le cas du processeur de Tilera, nos travaux ont été effectués sur un processeur comportant 36 cœurs alors que celui d'Intel en comportait 57. Étant une architecture jeune, le port à TILE-Gx a requis plusieurs correctifs autant au noyau de Linux qu'à LTTng. Le port au Xeon Phi a quant à lui été beaucoup plus direct.  Nous nous sommes ensuite intéressés à la performance de LTTng sur deux processeurs particuliers. Pour chacun, nous avons choisi une application représentative du segment de marché visé par le produit. Pour le processeur de Tilera, il s'agit d'un nœud de cache distribué au sein d'un système d'infonuagique. Pour celui d'Intel, il s'agit d'une application de calcul scientifique.  Plusieurs variations de traçage et d'exécution ont été étudiées. Notamment, nous comparons la sauvegarde locale et par réseau des données de traçage. En effet, comme l'espace disque est très restreint sur ce genre de plate-formes, l'enregistrement local des données est assez limité.  Les résultats montrent que l'impact en performance de LTTng sur les applications tracées ne change pas (en proportion), même à des nombres de cœurs très grands. Toutefois, la sauvegarde par réseau reste un problème, puisque le médium n'est pas capable de supporter le débit de traçage généré dès que la charge est importante sur un nombre élevé de cœurs.  ABSTRACT: Computer systems reached a point where the performance of a single fast core, or even a single powerful host can't reach the required performance for some large-scale applications. New systems are more and more built using distributed architectures, allowing better scaling. Many-core processors, which exploit massive parallelism, are also more and more common. These changes make standard software analysis tools harder to use. In this work, we tackle two particular problems, the debugging of remote procedure calls and application tracing on many-core processors. Remote procedure calling is a paradigm often used when building distributedapplications. It allows calling a function in a different context, for example on a distant host, which could be more apt to complete the given task. We can see it as if the logical execution flow of the program went from one host to another, even though each host has its own real execution flow. Some specialized libraries help hiding the complexity of remote calls and make them almost as easy to use as local calls. Unfortunately, debuggers are generally not aware of this technique. They are therefore less useful in this context, since it is impossible to follow the logical execution flow when it leaves the debugged host. There are some examples of debuggers that have been taught how to debug remote procedure calls, but they are always targeting a particular library or platform. In our work, we propose a generic method to add knowledge of remote procedure call libraries to debuggers. We implemented the solution using the GDB debugger, because it has many useful features, such as multiple process support, and is easily extensible through its Python API. The solution consists of placing breakpoints at spots in the client program that correspond to the start of a remote call. When one of those breakpoints is hit, we can determine at which point in the server the execution should go to serve the remote call request. It is therefore possible to place a breakpoint there, which will interrupt the execution and allow the user to continue debugging from there. An equivalent strategy is used for the return portion of the call. Obviously, the solution must be adapted to each specific remote procedure call library. However, since all these libraries are based on the same execution model, it is possible to extract most of the logic in a generic module. The remaining portion, specific to each library, is relatively small. To demonstrate the flexibility of the solution, support for a few of those libraries has been added. The second part of our work is about tracing of many-core systems. In cases where interactive debugging is too invasive, tracing can be used to collect information about the runtime of a program. Tracing is similar to logging, but its priority is to minimise its impact on the performance and behavior of the analyzed program. Tracepoints are added beforehand in the studied program. When execution reaches one of those points, a piece of information, an event, is saved in the trace, the resulting file. In a multi-core system, each core has its own execution thread, and therefore is an event source. The higher the number of cores, the higher can be the rate of generated events. If the rate of tracing data is greater than what the rate the medium on which the trace is recorded is able to write to, the tracer has no choice but to start dropping events, which will result in an incomplete trace. The LTTng tracer, developped initially at the DORSAL laboratory of the École Polytechnique de Montréal, is able to efficiently trace the Linux kernel as well as userspace applications. A lot of efforts have been made to ensure that it scales well on multi-core systems. The first step of this work has been to port LTTng to two new architectures, TILE-Gx from Tilera and Xeon Phi from Intel. In the case of Tilera, we worked with a 36 cores processor. For the Xeon Phi platform, we worked with a 57 cores processor. Being a less mature architecture, the port to TILE-Gx required more fixes in the Linux kernel and LTTng than the Xeon Phi port. We then looked at the performance of LTTng on those two processors. For each one of them, we chose a typical application of the market segment they target. For the Tilera processor, we chose a distributed cache node, as we can find in a cloud-computing application. For the Intel processor, we chose a scientific computing application. Multiple variations in tracing and execution mode have been tested. For example, we compared saving the trace data locally and through the network. As disk space is very limited on this kind of platform, saving data locally is very restrictive. Results show that the impact of LTTng on the traced applications stays constant (in proportion), even with high number of cores. However, saving trace data through the network is a problem, since the medium is not able to cope with the data flow generated from intense work on a high number of cores.


identifier: Boumarafi, M. M. (2014). Modèle de réparation minimale basé sur l'actualisation bayésienne du taux de défaillance  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'estimation des paramètres de fiabilité d'un équipement est toujours conditionnée par la disponibilité des données à savoir les durées de vie et leurs natures complètes ou censurées ce qui rend cette tâche difficile. Les méthodes d'estimation de ces paramètres peuvent varier selon la situation. Cette estimation est une étape cruciale pour un fiabiliste pour être en mesure de proposer des stratégies de maintenance préventive de l'équipement et ainsi maximiser sa disponibilité et minimiser ses coûts de maintenance Notre mémoire focalise sur deux principaux objectifs: 1. Établir un modèle d'actualisation des paramètres du taux de défaillance d'un équipement en utilisant l'inférence bayésienne et les méthodes de simulation Chaines de Markov Monte Carlo (MCMC). 2. Proposer une stratégie de remplacement périodique avec réparation minimale (Remplacement du composant défaillant par un composant aussi mauvais que vieux) en cas de défaillance tenant compte du modèle d'actualisation bayésienne du taux de défaillance. La méthodologie suivie pour atteindre le premier objectif consiste à modéliser le taux de défaillance d'un équipement par une loi exponentielle. Ce taux de défaillance est actualisé par la prise en compte d'une distribution a priori représentant l'avis d'expert. Cette distribution est caractérisée par une loi normale. Comme cette loi est non conjuguée, la simulation MCMC est utilisée pour déterminer l'a posteriori du taux de défaillance. Cet a posteriori représente la valeur actualisée du taux de défaillance. Pour le second objectif, une modélisation analytique du coût total moyen de la stratégie de remplacement périodique avec réparation minimale en cas de défaillance est proposée. Cette modélisation prend en compte le taux de défaillance actualisée précédemment. Comme le modèle ne s'apprête pas à une dérivation analytique, une approche par simulation est considérée pour déterminer la stratégie optimale. Un cas d'étude est utilisé tout au long du mémoire pour valider les modèles proposés.  ABSTRACT: The estimation of equipment reliability Parameters is always conditioned by the availability of its life-time data and the nature of this data such as complete or censored making this task delicate. The methods of estimation of these parameters may vary by situation. This estimation is a crucial step for a reliability engineer to propose strategies for preventive maintenance of equipment, maximizing availability and minimizing the costs of maintenance Our work focuses on two main objectives: 1. Establish a model that updates the equipment failure rate parameters by using Bayesian inference and simulation methods of Monte Carlo Markov Chains (MCMC). 2. Develop a minimal repair strategy, taking into account the Bayesian estimation model of updating the failure rate. The methodology used to achieve the first objective is to model the failure rate of equipment by an exponential law. This failure rate is updated by taking into account a representative expert advice prior. The prior is characterized by a normal distribution. As this law is non-conjugate, the MCMC simulation is used to determine the posterior failure rate. This posterior is the current value of the failure rate. For the second objective, an analytical model of the average total cost for the periodic replacement with minimal repair strategy in case of failure is proposed. This model takes into account the failure rate previously updated. As the model is not about to analytical derivation, a simulation approach is considered to determine the optimal strategy. A case study is used throughout the store to validate the proposed models.


identifier: Kauffmann, T. (2014). Modèle à dépendance fréquentielle de lignes et câbles utilisant la méthode des caractéristiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La méthode des caractéristiques part des équations des télégraphistes et utilise les courbes caractéristiques pour transformer les équations aux dérivés partielles en équations différentielles ordinaire, et les résoudre. Ces courbes correspondent au trajet des fronts d'onde dans les conducteurs. Cette méthode a le mérite de présenter des avantages de vitesse comparativement à la méthode de référence utilisée actuellement qui est le modèle à dépendance fréquentielle du modèle universel de ligne (utilisé dans le logiciel EMTP-RV). Pour connaître les vitesses modales et résoudre le système d'équations, l'impédance série et l'admittance shunt du système de transmission (ligne ou câble) sont interpolées dans le domaine fréquentiel. Cette interpolation ou lissage est déjà une source d'erreur qui peut entrainer l'apparition de vitesses modales supérieures à la vitesse de la lumière dans le vide. La décomposition de l'inductance série a permis de retirer ce problème. La simulation temporelle quant à elle montre de sérieux problèmes de précision pour les lignes aériennes et de stabilité avec les câbles souterrains. Des modifications dans la méthode de résolution du système ont été proposées et testées mais n'ont pas permis d'apporter d'améliorations notables. Aucun critère pouvant garantir la stabilité n'a pu être identifié. Les interpolations spatiales et temporelles nécessaire à la résolution sont des sources d'erreurs. L'interpolation spatiale est particulièrement critique pour les câbles. De plus les vitesses modales ne sont pas dépendantes de la fréquence. La méthode des caractéristiques n'est donc pas encore en état pour remplacer la méthode universelle de ligne.  ABSTRACT: The method of characteristics starts with the telegrapher's equations and uses characteristic curves to convert partial differential equations into ordinary differential equations. The system of equations is also solved on theses curves which represent the propagation of waves in the transmission system. This method can be faster than the Universal Line Model (ULM) which is implemented as a wideband model in EMTP-RV software. To define the modal velocities and to solve the system, the series impedance and shunt admittance of the transmission system are fitted in frequency domain. The vector fitting is the first source of errors. In some cases the calculated velocities can be higher than the speed of light. A decomposition of the series inductance can remove this problem of velocity. However, it is demonstrated in this work that the method of characteristics is prone to present significant errors in the time domain simulation of overhead lines and it has stability problems in the case of underground cables. Various modifications to the method are proposed and tested however it was not possible to introduce improvements that guarantee stable time domain simulations. This is attributed to the numerical errors associated with spatial and temporal interpolations. The spatial interpolation is particularly considered to be problematic and the main source of errors along with the assumption that the modal velocities have no frequency dependence. Currently the method of characteristics is not able to replace efficiently the universal line model.


identifier: Binart, S. (2014). Optimisation de tournées de service en temps réel  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les tournées de service concernent l'organisation de déplacement de personnels vers des clients afin d'effectuer différentes activités techniques ou commerciales. Ces tournées peuvent devoir répondre à des objectifs et  faire face à des contraintes nombreuses et complexes. Lors de la planification et de l'exécution de tournées de service mono-période, les entreprises sont confrontées aux aléas des temps de service et de parcours. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous nous intéressons à une variante du problème de tournées de service, dans laquelle les temps de parcours et de service sont stochastiques.  Il s'agit du problème de tournées de service multi-dépôt, incluant fenêtres de temps, temps de service et de parcours stochastiques avec priorité entre les clients (distinction clients obligatoires / clients optionnels). Afin de résoudre cette problématique, nous proposons trois méthodes différentes. Dans la première méthode, nous construisons d'abord des routes contenant uniquement des clients obligatoires puis nous procédons à l'insertion des clients optionnels. La deuxième méthode est une méthode approchée basée sur la génération de colonnes consistant à générer un ensemble de routes de bonne qualité pour chaque véhicule puis à en sélectionner une par véhicule. La dernière méthode est un algorithme de branch and price basé sur la deuxième méthode. Le sous-problème consiste à générer des routes réalisables pour un véhicule donné, tandis que le problème maître permet de sélectionner des routes en s'assurant que la priorité des clients est respectée. Après chacune de ces méthodes, afin d'évaluer la qualité de ces solutions face aux aléas, nous utilisons un algorithme de programmation dynamique et procédons à un ensemble de simulations du déroulement des tournées en temps réel. Nous avons testé ces méthodes sur des problèmes dont les données sont issues du milieu industriel.Mots-clés : Tournées de véhicules, multi-dépôt, fenêtres de temps, temps de service stochastiques, temps de parcours stochastiques, priorité entre les clients.  ABSTRACT: The field service routing problem consists in assigning the visits of technicians to clients in order to satisfy their requests for service activities such as maintenance. When planning service routes, companies have to face hazardous travel and service times. Therefore, in this thesis, we deal with a variant of the single-period field service routing problem in which travel and service times are stochastic. It is the field service routing problem with multiple depots, time windows, stochastic travel and service times and priority within customers (distinguishing mandatory and optional customers). To solve this problem, we propose three different methods. In the first one, we first build routes containing only mandatory customers and then, we insert optional customers in these routes. The second one is a heuristic method based on column generation consisting in generating a set of valuable routes for each vehicle and then in selecting one route per vehicle. The last method  is a branch and price algorithm, based on the second method, in which the subproblem consists in finding feasible routes for a given vehicle, whereas the master problem consists in selecting routes while ensuring that customer's priority is respected. After each of these methods, in order to evaluate the quality of these solutions regarding stochasticity, we use a dynamic programming algorithm and we proceed to a set of simulations of the real-time execution of the service activities over the period. All our experimentations have been made on problems coming from realistic data. Keywords : Vehicle routing, multi-depot, time windows, stochastic service times, stochastic travel times, priority within customers.


identifier: Gazarian-Pagé, C. (2014). Réponse dynamique et sismique 3D des évacuateurs de crue: Effets de la flexibilité des vannes et de l'interaction fluide-structure  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cela fait maintenant plusieurs décennies que les chercheurs dans le domaine du génie civil s'intéressent aux effets de sollicitations de nature dynamique ou sismique sur les structures hydrauliques comme les barrages, les évacuateurs de crue, les vannes et les écluses. Bien que plusieurs chercheurs aient contribué au fil des ans à l'avancement des méthodes d'analyse des problèmes d'interaction fluide-structure en génie civil, leurs travaux se concentrent dans la majorité des cas sur les barrages poids et les barrages voûte vibrant en contact avec un réservoir. Les structures comme les évacuateurs de crue ont fait l'objet d'une quantité limitée d'études dans la littérature. La complexité des structures composites comme les évacuateurs de crue fait en sorte que leur modélisation doit, dans la grande majorité des cas, se faire en trois dimensions. L'élaboration de tels modèles peut toutefois s'avérer très complexe et coûteuse, ce qui pousse les ingénieurs de la pratique à employer des méthodes simplifiées de calcul adoptant un ensemble d'hypothèses dont la validité n'a pas encore été établie dans la littérature pour la cas précis des évacuateurs de crue. Ce travail présente, dans un premier temps, une nouvelle formulation analytique simplifiée 3D tenant compte des effets 3D de l'interaction fluide-structure. La méthode est validée par le biais d'une comparaison avec la méthode des éléments finis couplée et est ensuite employée pour la réalisation d'une étude paramétrique des effets 3D de l'interaction fluide-structure dans des systèmes simples mur-réservoir.  ABSTRACT: Over the past few decades, researchers in the field of civil engineering have studied the effects of dynamic and seismic excitations on hydraulic structures such as dams, spillways, water gates and canal locks. While many researchers have contributed to advancements in the analysis of fluid-structure interaction problems in civil engineering, most of these works are focused mainly on gravity and arch dams vibrating in contact with a reservoir. Research focusing on structures such as gated spillways has been limited in the literature. The complexity of composite structures such as gated spillways is such that they must, in most cases, be modelled in three dimensions. The development of such models can however prove to be prohibitively complex and costly, forcing practising engineers to use simplified methods of analysis making a series of assumptions, the validity of which has not yet been established in the literature for the special case of gated spillways.  This work first presents a new simplified analytical method in three dimensions taking into account the 3D effects of fluid structure-interaction. The method is validated against the coupled finite elements method and is then used to conduct a parametric study of 3D fluid structure interaction-effects in simple wall-reservoir systems.


identifier: Zakikhani, K. (2014). Design Procedures and Finite Element Analysis of Pot Bearings  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Canada, les infrastructures des ponts  vieillissent rapidement. En 2007, un grand nombre de ponts ont dépassé 57% de leur durée de vie, estimée à 43,3 années. Ce ratio augmenté 72% au Québec, ce qui indique qu'un bon nombre de ces ponts sont structurellement ou fonctionnellement déficient (Gagnon and Gaudreault 2011). Ce contexte met l'accent sur la nécessité de ce baser sur la performance, la rentabilité et l'optimisation des techniques de construction et l'amélioration des stratégies de rénovation. L'appui du pont est un élément essentiel de l'ensemble de la structure. Étant donné que la durée de vie d'un appui de pont est plus courte que celle du pont lui-même, un nombre considérable de déficiences dans les ponts peut être dû à un dysfonctionnement de l'appui du pont. Le type d'appui du pont qui est largement utilisé est un appui de type pot (élastomère confiné), qui a été développé en Europe au début des années 1960. Comme d'autres types d'appuis, l'appui de type pot est utilisé pour supporter une superstructure de pont et accommoder ses mouvements indépendamment des éléments de support, c'est-à-dire piles et culées (Tonias 1994).  ABSTRACT: Bridge infrastructure in Canada is aging rapidly, with a large number of bridges exceeding 57% of their service life estimated at 43.3 years in 2007 (Gagnon and Gaudreault 2011). This ratio increases to 72% in Quebec, indicating that many of these bridges are structurally or functionally deficient. This context emphasizes the need for performance-based, cost-effective and optimized construction techniques and retrofit strategies. A bridge bearing is a crucial part of the whole structure. Since the total lifetime of a bearing is much less than that of the bridge itself, considerable number of deficiencies in bridges can be due to bearing malfunction. A widely used type of bridge bearings are elastomeric pot bearings (EPBs), which are developed in Europe in the early 1960s. As other bearing types, they are used to support a bridge superstructure and accommodate its movements independently from the supporting elements, i.e. piers and abutments (Tonias 1994).


identifier: Lemieux, M.-A. (2014). Effets du bercement des fondations superficielles sur le comportement sismique des murs de refend de grande hauteur en béton armé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis les dernières années, l'interaction sol-structure est un sujet de recherche en plein essor dans le domaine du génie parasismique. Bien qu'il s'agisse d'un phénomène plutôt complexe, sa modélisation confère au concepteur une compréhension accrue du comportement sismique de la structure étudiée. L'objectif premier de ce mémoire consiste à évaluer les effets du bercement des fondations superficielles sur le comportement sismique des murs de refend en béton armé de grande hauteur situés à l'est du Canada. Ce travail servira aussi à mesurer l'influence du bercement sur les modes supérieurs de vibrations et à évaluer la faisabilité d'un essai de bercement au laboratoire sur un modèle réduit. Le dimensionnement du bâtiment en béton armé de 20 étages a été effectué selon les recommandations du CNBC 2010 et de la norme A23.3-04. Le mur de refend étudié a été dimensionné en suivant une approche par capacité pour les murs ductiles et en utilisant un facteur combiné de réduction des efforts sismiques élastiques RdRo égal à 5,6. Afin de caractériser le phénomène du bercement, la fondation a été conçue pour trois niveaux de sollicitation différents,soit pour un moment de renversement qui initie le bercement de la fondation (RdRo=2,0), pour des efforts correspondant à la résistance nominale en flexion à la base du mur de refend (Mn), soit un facteur RdRo égal à 4,74, et pour un niveau de sollicitation qui correspond à celui utilisé pour le dimensionnement du mur de refend (RdRo=5,6).  ABSTRACT: In recent years, soil-structure interaction has become a subject of growing interest in earthquake engineering. Although this is a rather complex phenomenon, its inclusion in analytical structural models gives the designer a better understanding of the seismic behavior of the structure under study. The primary objective of this thesis is to evaluate the seismic response of tall reinforced concrete shear walls with rocking foundations located in eastern Canada. This work also aims to establish if the rocking behavior of the foundations can reduce the impact of higher modes on the response. The feasibility of an experimental study on a rocking behavior of foundation-structure system has also been explored in this thesis. The design of the 20-storeys rein orced concrete structure was performed in accordance with the provision of NBCC 2010 and A23.3-04. The shear wall under study has been designed as ductile following a capacity-based approach and using a combined reduction factor RdRo equal to 5.6. The wall foundations have been sized for three different levels of loads. In the first case, the foundation was designed considering the overturning moment which corresponded to the initiation of rocking (RdRo=2,0). In the second case, the foundation was designed to develop the nominal flexural capacity (Mn) at the base of the wall, which correspond to an elastic base shear reduced by RdRo=4,74. In the third case, the foundation was designed for the same level of load as the one considered for the flexural design of the wall base (RdRo=5,6).


identifier: Sanaei, S. (2014). Sustainability Assessment of Biorefinery Strategies Under Uncertainty and Risk Using Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) Approach  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le bioraffinage est potentiellement une solution novatrice en rétro-installation dans l'industrie des produits forestiers, ainsi que dans le contexte de projet d'implantation Greenfield dans le secteur agricole. L'intégration de cette gamme de technologies émergentes dans des installations existantes de production de pâte et papier supporterait l'industrie forestière dans la transformation de son modèle d'affaires grâce à la production d'un portefeuille de produits élargi. Dans le contexte du bioraffinage Greenfield, les actionnaires visent à atteindre un avantage compétitif en pénétrant le marché avec des produits verts. Les stratégies de bioraffinage ne sont pas toutes durables, et à chaque stratégie sont rattachés des risques particuliers. En prenant la perspective de l'investisseur, il est critique que les stratégies non durables soient éliminées de la liste des possibilités de bioraffinage dès les premières étapes stratégiques de conception.  Malgré la nécessité d'impliquer l'incertitude dans la prise de décision stratégique, spécifiquement dans le contexte du bioraffinage considérant des technologies émergentes, aucune source de littérature ne fait référence à une approche systématique afin d'identifier les stratégies durables considérant plusieurs sources d'incertitude et considérant l'attitude de risque des preneurs de décision. .  L'objectif global de cette thèse est d'illustrer une méthodologie de conception pour la prise de décision stratégique prenant en compte l'incertitude tout en quantifiant l'attitude de risque des preneurs de décision, ce afin d'identifier des stratégies de bioraffinage durables. La méthodologie proposée a été démontrée par deux études de cas illustrées par (a) le bioraffinage agricole du triticale dans un contexte d'implantation Greenfield, et (b) le bioraffinage forestier en rétro-installation dans une usine de pâte Kraft. Afin de minimiser les risques, une approche par phase a été considérée pour l'implantation sur le court et le long terme des stratégies de bioraffinage à l'étude.  La méthodologie présentée dans cette thèse vise à évaluer les alternatives de bioraffinage d'un point de vue économique, de compétitivité de marché, et environnemental, en utilisant les outils d'analyse de systèmes incluant les analyses technico-économiques classiques. Les résultats de ces évaluations sont incorporés dans un ensemble de critères ‘intelligents' de durabilité. Contrairement aux analyses conventionnelles qui, généralement, utilisent seulement, pour la prise de décision, des indicateurs de rentabilité sur le court terme, ce travail définit des critères multidisciplinaires représentant la rentabilité, la performance économique d'un point de vue du modèle d'affaires, les impacts environnementaux potentiels, la compétitivité de marché, ainsi que les risques technologiques et de marché – tels des indicateurs de durabilité du bioraffinage. Ces critères sont inévitablement en conflit, et doivent être agrégés en un score unique de durabilité pour chaque stratégie de bioraffinage, en menant un processus de prise de décision multicritère (MCDM – acronyme anglais), basé sur un panel multidisciplinaire impliquant des panélistes aux expertises variées afin de couvrir toutes les dimensions critiques qui seront considérées dans la prise de décision stratégique. L'approche MCDM offre certains avantages par rapport aux autres méthodes disponibles incluant : (a) la reconnaissance des préférences des preneurs de décision considérant l'importance relative des critères, (b)  la recherche d'un consensus parmi les parties prenantes au projet, et (c) la concentration sur l'interprétation des critères.  Un haut niveau d'incertitude est associé avec l'information récoltée en début d'une phase de conception qui, si ignoré, compromettra la sélection des stratégies de bioraffinage. Dans n'importe quelle situation incertaine, les preneurs de décision doivent faire face au risque, et dès lors qu'il y a un risque, chaque preneur de décision démontre une attitude spécifique vis à vis du risque, étant soit opposé au risque, soit neutre au risque ou preneur de risque. Il est critique que tant l'incertitude que les risques soient considérés dans la prise de décision stratégiques. Lorsque ces concepts sont pris en considération, les paramètres MCDM incluant les facteurs de pondération et la fonction d'utilité peuvent être affectés ainsi que la décision finale. Lorsque l'incertitude est considérée dans l'évaluation des critères, chaque critère doit être présenté aux preneurs de décision considérant un éventail de valeurs comprises entre des limites probables minimum et maximum qui peuvent affecter les facteurs de pondération des critères. Par exemple, dans le cas où l'incertitude dans les valeurs des critères est considérablement redondante entre les alternatives, les critères ne permettent plus aux preneurs de décision de différencier les alternatives. Comparé à la prise de décision dans des conditions déterministes où l'incertitude n'est pas évaluée, les preneurs de décision attribuent un facteur de pondération plus petit pour les critères concernés. D'autre part, l'attitude vis à vis du risque des preneurs de décision affecte la fonction d'utilité, représentant la préférence des preneurs de décision, et qui, par défaut, est normalement considérée comme linéaire. (neutralité quant au risque) dans l'absence de quantification de l'attitude de risque des preneurs de décision. Dans cette thèse, une méthodologie pratique et systématique est développée et démontrée afin de prendre des décisions plus ‘intelligentes' au niveau stratégique de conception en évaluant la durabilité des stratégies de bioraffinage considérant l'incertitude et les risques. Les données d'incertitude ont été quantifiées grâce à une méthode d'analyse de risque stochastique (analyse Monte Carlo) par le biais de fonctions de distribution de probabilité pour les critères de durabilité. Également, l'incertitude du panel a été considérée en terme de niveau de consensus parmi les membres du panel afin de prendre une décision finale. Cependant, l'attitude de risque des preneurs de décision a été mesurée utilisant une loterie et impliquant une théorie d'aversion au risque par laquelle la préférence des preneurs de décision est quantifiée pour la prise de décision. En raison de la quantification de l'incertitude et des risques, les preneurs de décision ont gagné une compréhension détaillée résultant en une décision plus robuste. Une des réalisations de cette thèse démontre qu'adresser l'attitude de risque des preneurs de décision tout en impliquant l'incertitude dans la prise de décision pourrait aider à mieux différencier les alternatives et conséquemment permettre aux preneurs de décision d'éliminer plus d'options à un niveau stratégique avec une plus grande confiance. Les résultats dans cette thèse illustrent l'importance d'appliquer une approche systématique pour la prise de décision stratégique, considérant des critères de durabilité et impliquant l'incertitude et l'attitude de risque des preneurs de décision dans la prise de décision multicritère. Une fois ces concepts acquis par la haute gestion des entreprises, un consensus peut alors être atteint objectivement et systématiquement pour la prise de décision permettant ainsi une meilleure décision.  ABSTRACT: The biorefinery is a potential game-changing solution for retrofit in the forest products industry, and in the greenfield context for the agricultural industry. Integration of this set of emerging technologies into existing pulp and paper facilities would help the forestry industry with business transformation by the manufacture of an expanded product portfolio. In a greenfield biorefinery context, stakeholders are more aiming to achieve a competitive advantage by penetrating the green products market. Not all biorefinery strategies are sustainable, and each strategy has its own particular risks. Using the investor perspective it is critical that unsustainable strategies are screened out from the list of biorefinery possibilities during the strategic early design stage.  Despite of necessity of involving uncertainty in strategic decision-making especially in the context biorefinery as an emerging technology, a systematic approach to identify sustainable strategies considering different sources of uncertainty and addressing risk attitude of decision makers, is missing in literature. The overall objective of this thesis is to illustrate a design-based methodology for strategic decision-making under uncertainty while quantifying risk attitude of decision makers, in order to identify sustainable biorefinery strategies. The proposed methodology has been demonstrated by two case studies addressing (a) the triticale-based greenfield agriculture biorefinery, and (b) the forest biomass-based biorefinery in retrofit to a kraft pulp mill. In order to mitigate risk, a phased approach has been considered for candidate biorefinery strategies, to be implemented over the near and then longer-term. The methodology presented in this thesis assesses biorefinery alternatives from economic, market competitiveness and environmental perspectives, using systems analysis tools including classical techno-economic assessment. The results of these assessments are incorporated into a set of “intelligent” sustainability criteria. In contrast to conventional analyses which generally use only short-term profitability metrics for decision-making, this work defines multidisciplinary criteria representing profitability and business-oriented economic performance, potential environmental footprint, market competitiveness, as well as technology and market risks - as indicators of biorefinery sustainability. These criteria are inevitably conflicting, and thus they need to be aggregated into a unique sustainability score for each biorefinery strategy, through conducting a multi-criteria decision-making (MCDM) by a multi-disciplinary panel with various backgrounds to ensure that expertise in the critical dimensions that should be considered in strategic decision making is captured. MCDM approach offers certain advantages over the other available methods, including: (a) reflecting the preferences of decision makers regarding the relative importance of the criteria, (b) consensus building among project stakeholders and (c) a focus on criterion interpretation.  There is a high level of uncertainty associated with information at the early stage of design that if ignored, the biorefinery strategy selection may not be well-informed. In addition, in any uncertain situation, decision-makers must face risk, and whenever there is risk, each individual decision-maker has his/her own attitude toward risk, that is risk averse, risk neutral or risk prone. It is critical that both uncertainty and risk attitude of decision makers be addressed in strategic decision-making. When these concepts are taken into consideration, MCDM parameters including weighting factors and utility functions of decision criteria and consequently the final decision can be affected.  When involving uncertainty in criteria evaluation, each criterion should be presented to decision-makers as a range of values within a minimum and a maximum probable limit, which can result in changing the criteria weighting factors. For example, in the case that involving uncertainty in criterion values shows considerable overlap between the alternatives, that criterion can not help decision-makers anymore to differentiate between the alternatives. Compared to the deterministic condition where uncertainty is not evaluated, decision makers would likely attribute a lower weighting factor to this criterion.  Moreover, the risk attitude of decision-makers affects the utility function, representing preference of decision makers, which is normally considered linear by default (risk neutrality) in the absence of quantifying attitude toward risk of decision makers. In this thesis, a practical and systematic methodology is developed and demonstrated whose goal is to make more “intelligent” decisions at strategic level of design, by assessing sustainability of biorefinery strategies under both uncertainty and risk. The data uncertainty has been quantified by a stochastic risk analysis method (Monte Carlo analysis) in the form of probability distribution functions of sustainability criteria. In addition, panel uncertainty has been addressed in terms of the level of consensus among the panel members for making the final decision. Moreover, the risk attitude of decision-makers has been measured using a lottery approach and applying risk aversion theory, by which the preference of decision-makers is quantified for decision making. As a consequence of quantifying uncertainty and risk, decision-makers were provided with improved understanding resulting in more robust decisions. One of the achievements in this thesis is showing that addressing risk attitude of decision makers on top of involving uncertainty in strategic decision making could help to more differentiate between the alternatives and consequently enabled decision makers to screen out more options at the strategic level with more confidence.  The results in this thesis illustrate the importance of applying a systematic approach for making a strategic design decision, considering sustainability criteria and involving uncertainty and decision makers' risk attitude in multi-criteria decision-making. Once these concepts are understood by the senior management of companies, then consensus building can be objectively and systematically accounted for, in decision making and a better decision can be made.


identifier: Ferland, M. (2014). Effets des paramètres d'échantillonnage sur la représentativité de la caractérisation des eaux usées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis les dernières années, l'interaction sol-structure est un sujet de recherche en plein essor dans le domaine du génie parasismique. Bien qu'il s'agisse d'un phénomène plutôt complexe, sa modélisation confère au concepteur une compréhension accrue du comportement sismique de la structure étudiée. L'objectif premier de ce mémoire consiste à évaluer les effets du bercement des fondations superficielles sur le comportement sismique des murs de refend en béton armé de grande hauteur situés à l'est du Canada. Ce travail servira aussi à mesurer l'influence du bercement sur les modes supérieurs de vibrations et à évaluer la faisabilité d'un essai de bercement au laboratoire sur un modèle réduit. Le dimensionnement du bâtiment en béton armé de 20 étages a été effectué selon les recommandations du CNBC 2010 et de la norme A23.3-04. Le mur de refend étudié a été dimensionné en suivant une approche par capacité pour les murs ductiles et en utilisant un facteur combiné de réduction des efforts sismiques élastiques RdRo égal à 5,6. Afin de caractériser le phénomène du bercement, la fondation a été conçue pour trois niveaux de sollicitation différents,soit pour un moment de renversement qui initie le bercement de la fondation (RdRo=2,0), pour des efforts correspondant à la résistance nominale en flexion à la base du mur de refend (Mn), soit un facteur RdRo égal à 4,74, et pour un niveau de sollicitation qui correspond à celui utilisé pour le dimensionnement du mur de refend (RdRo=5,6).  ABSTRACT: In recent years, soil-structure interaction has become a subject of growing interest in earthquake engineering. Although this is a rather complex phenomenon, its inclusion in analytical structural models gives the designer a better understanding of the seismic behavior of the structure under study. The primary objective of this thesis is to evaluate the seismic response of tall reinforced concrete shear walls with rocking foundations located in eastern Canada. This work also aims to establish if the rocking behavior of the foundations can reduce the impact of higher modes on the response. The feasibility of an experimental study on a rocking behavior of foundation-structure system has also been explored in this thesis. The design of the 20-storeys reinforced concrete structure was performed in accordance with the provision of NBCC 2010 and A23.3-04. The shear wall under study has been designed as ductile following a capacity-based approach and using a combined reduction factor RdRo equal to 5.6. The wall foundations have been sized for three different levels of loads. In the first case, the foundation was designed considering the overturning moment which corresponded to the initiation of rocking (RdRo=2,0). In the second case, the foundation was designed to develop the nominal flexural capacity (Mn) at the base of the wall, which correspond to an elastic base shear reduced by RdRo=4,74. In the third case, the foundation was designed for the same level of load as the one considered for the flexural design of the wall base (RdRo=5,6).


identifier: Doghri, A. (2014). Étude théorique et expérimentale de composants micro-ondes et ondes millimétriques tridimensionnels pour la réalisation d'un radiomètre imageur  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes d'imagerie passive fonctionnant en ondes millimétriques sont parmi les plus exigeants dans le domaine des hautes fréquences. Durant ces dernières années, leurs performances se sont beaucoup améliorées grâce à l'émergence de nouvelles technologies, notamment actives. Cependant le développement d'un radiomètre ayant de hautes performances pour un faible coût présente encore un grand défi technologique. Dans cette thèse, nous introduisons une solution qui offre une réduction de poids et de taille grâce à l'utilisation du guide d'onde intégré au substrat (substrate integrated waveguide « SIW » en anglais) et qui assure l'acquisition d'image en utilisant deux polari- sations. L'architecture lissant sur deux polarisations a un impact direct sur l'amélioration de la qualité de l'image et l'utilisation de technologie du guide d'onde intégré au substrat offre des avantages, comme le blindage et les faibles coûts et poids. De nombreux composants passifs larges bandes ont été introduits, incluant, des coupleurs, un filtre, des jonctions et des antennes. Certains de ces composants exploitent une nouvelle disposition tridimensionnelle de la ligne SIW que nous avons proposée et étudiée.  ABSTRACT: Passive Millimeter-wave (MMW) imaging is amongst the most promising and demanding research topics in the field of high frequency sensing systems. In recent years, their performance has seen great improvements thanks to the emergence of new technologies. However, the development of a radiometer with high performance and very low cost still has great technological challenges. Imaging Radiometer has found applications primarily in the security and defence industries. It is desired because of its ability to image through typical obscurants such as smoke, dust and materials like plastic and textile at certain frequency ranges. In this Thesis, we introduce a compact and light weight solution that ensures image acquisition using two polarisations. The full architecture has a direct impact on the image quality enhancement and the use of the substrate integrated waveguide (SIW) technology offers advantages, such as shielding, low cost and light weight. Many broadband passive components have been introduced, including couplers, filters, antennas and junctions. Some of these components three-dimensional arrangement of the SIW line we have proposed and developed.


identifier: Girard, M. (2014). Coupleurs fibres-métasurfaces aux fréquences THz  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les métamatériaux sont une classe de matériaux artificiels dont les propriétés électromagnétiques peuvent être choisies lors de la conception. Les capacités démontrées sont très variées, allant de filtres fréquentiels à l'augmentation des effets quantiques tels que l'effet Hall de spin du photon. Bien que ces matériaux soient théoriquement maîtrisés, leur fabrication est beaucoup plus problématique. On considère que les éléments des métamatériaux doivent être en dessous de la limite des matériaux effectifs ( < λ/10). De plus, il est difficile d'assembler une structure périodique en 3 dimensions si les éléments sont petits. Pour ces raisons, les métamatériaux sont généralement imprimés sur une surface, en 2 dimensions, que l'on appelle métasurfaces ; on produit ces métasurface généralement pour les fréquences THz (∼ 1012 Hz) ou plus bas puisque la longueur d'onde est suffisamment large pour rendre aisée la fabrication. Les fréquences THz auxquelles sont produits ces métasurfaces ont également plusieurs problèmes. L'absorption dans la plupart des matériaux traditionnels est relativement large(par exemple, le BK7 a des pertes de 20 dB / cm) et les puissances fournies par les sources sont relativement faibles (100 μW pour une source de spectroscopie THz dans le domaine du temps (THz-TDS) standard). Ces métasurfaces peuvent donc jouer un rôle important en remplaçant une large partie des matériaux manquants. De plus, les propriétés résonantes des ces matériaux peuvent être utilisées pour fabriquer des senseurs et autres dispositifs importants. Un problème majeur avec l'implémentation de ceux-ci est le fait qu'ils sont toujours utilisées avec un faisceau libre et non un guide d'onde. Une géométrie simple pour implémenter un guide d'onde est d'utiliser un coupleur standard où un guide est placé au-dessus de la métasurface. Plusieurs articles sur les métasurfaces font une analyse en termes de paramètres effectifs,sans porter d'attention particulière à l'angle d'incidence sur la surface. Or, force est de constater qu'une large partie des publications récentes sur le sujet montrent que ce critère est loin d'être respecté et que la permittivité est une fonction de l'angle d'incidence ; ceci a une influence immense sur les propriétés d'un coupleur bâti à l'aide d'un tel matériau. Premièrement,la modélisation ne s'effectue plus en deux dimensions, avec une expression simple de la permittivité pour la métasurface. Deuxièmement, le couplage contra-directionnel devient possible puisque la périodicité s'approche du vecteur d'onde. Ce mémoire présente la modélisation d'un coupleur fibre-métasurface tenant compte de ces problèmes.  ABSTRACT: Metamaterials are a class of arficial materials where the electromagnetic properties can be tailored during the design process. Currently demonstrated properties are varied, ranging from frequency filters to enhancement of quentum effects such as photon spin Hall effect. While these materials are mastered from a theoretical point of view, their fabrication is much more complicated. It is generally accepted that metamaterial elements must be under the effective medium limit ( < λ/10). Moreover, assembly of a 3D periodical system becomes much more complicated for small elements. For this reason, metamaterials are usually printed in 2D, on a surface, which are called metasurfaces. Generally, these are produced for the THz frequencies (∼ 1012 Hz) or lower to have a large wavelength and thus easy fabrication. Working at THz frequencies also carries additional problems. Absorption in traditional optical mediums is typically large (for exemple, BK7 glass has losses of 20 dB / cm) and powers supplied by THz sources are generally weak ( 100 μW for a THz-TDS standard source). Metasurfaces can thus play an important role by replacing traditional mediums. Moreover, we can use the resonant properties of metamaterials to produce sensors and other devices. Currently, the metasurfaces are used in conjuction with a free-space beam instead of a typical waveguide, which may be problematic when implementing devices. A simple solution to this problem is to use the metamaterial as a standard coupler by placing a waveguide above the metasurface. As stated before, we generally consider metasurfaces as effective mediums, where the permittivity is insensitive to the angle of the incident beam. However, a large amount of publications on this subject shows that this is not respected. This can have a huge impact on properties of a coupler based on such a material. First, modelisation is not a simple 2D mode calculation with a simple expression for permittivity. Second, contra-directional coupling becomes permitted due to wavevector becoming close to the periodicity. This work shows modelisation of such a fiber-metasurface coupler while taking account of these problems, with two publications on the subject. The first article modelises the coupler using a 400 μm diameter subwavelength step-index fiber coupled to a metasurface made of SRR on a 700 μm thick fused silica substrate. Frequencies are around 300 GHz (λ = 1000 μm). We obtain some interesting results.


identifier: Nateghi, S. N. (2014). The Structural and Magnetic Properties of MnP Films and Nanocrystals  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les semi-conducteurs magnétiques hétérogènes constitués de nano-aimants de pnictures de manganèse incorporés dans des matrices de semi-conducteurs ont des applications magnéto- électroniques et magnéto-optoélectroniques potentielles tel que la magnétorésistance géante et les effets magnétooptiques géants en raison de leurs fonctionnalités magnétiques. Parmi ces matériaux, les systèmes hétérogènes avec des températures de Curie élevées, comme MnSb, MnAs et MnP, ont fait l'objet de nombreuses études. Étant donné que la texture des nanoagrégats affecte fortement les fonctionnalités magnétiques des semi-conducteurs hétérogènes, nous devons avoir un contrôle sur la structure et la texture du système afin de réaliser les fonctions magnétiques souhaitées. Par conséquent, il est nécessaire de comprendre les propriétés de l'hétérostructure en fonction de sa structure. Les nanoparticules de MnP ferromagnétiques encastrées dans une matrice de phosphure de gallium (GaP), GaP:MnP, crues par épitaxie en phase vapeur (MOVPE) ont été étudiées comme un système modèle pour vérifier à quel niveau la texture pouvait être pré-conditionnée par synthèse. Malgré les études détaillées sur la façon dont certains éléments structuraux (par exemple la taille des nanoparticules) peuvent être contrôlés par les paramètres de croissance(par exemple la température de croissance), la complexité de ces systèmes n'a pas permis de résoudre cette dépendance. L'objectif général de ce travail est de comprendre le mécanisme de la croissance, de sélection de la texture du MnP dans le GaP et comment la texture pourrait être conditionnée par les paramètres de croissance. Pour atteindre notre objectif, nous avons choisi d'étudier un système moins complexe, des couches minces de MnP crues sur substrat de GaP, afin d'approfondir notre compréhension du mécanisme de croissance et d'évolution de la texture des hétérostructures. La comparaison de l'évolution de la texture de couches minces et de celle des hétérostructures nous aide à comprendre le rôle de la matrice de GaP, ce qui pourrait conduire à la conception de structures avec les propriétés souhaitées. Un autre objectif de ce travail est de développer une méthode simple pour déterminer la taille magnétique des nanoparticules de MnP ainsi que leur distribution. Puisque notre sujet d'intérêt porte sur la texture et la structure magnétique des nanoparticules, la taille magnétique, par opposition à la taille physique, des nanoparticules est la composante structurale pertinente à étudier. Il n'existe pas dans la littérature de modèle cohérent pour déterminer la distribution de la taille d'un ensemble de nanoparticules dont certaines sont superparamagnétiques et d'autres ferromagnétiques, tel que les nanoparticules de MnP dans le GaP.  ABSTRACT: Heterogeneous magnetic semiconductors consisting manganese pnictide nanomagnets embedded in semiconductor matrices have potential magnetoelectronic and magnetooptoelectronic applications due to their enhanced magnetic functionalities, such as Giant Magneto- Resistance (GMR) and Giant Magneto-Optical (GMO) Kerr and Faraday eects. Among these, heterogeneous systems with higher Curie temperatures, such as manganese antimonide, manganese arsenide, and manganese phosphide (MnP) have been the focus of many studies. Since the texture of the nanoclusters highly aects the magnetic functionalities of the heterogeneous semiconductors, in order to achieve the desired magnetic functionalities we need to have a control over the structure and texture of the system. Hence, it is necessary to understand the properties of the heterostructure in relation to its structure. Ferromagnetic MnP nanoclusters embedded in gallium phosphide (GaP) matrix, GaP:MnP, grown by Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) has been studied as a model system to verify to what level the texture could be pre-conditioned by synthesis. Despite the valuable achievements of the studies on how some structural components (e.g. size of nanoclusters) can be controlled by growth parameters (e.g. growth temperature), the complexity of the structure did not allow to fully exploit this matter. The general objective of this work is to understand the growth mechanism and texture selection of MnP on GaP and how the texture could be pre-conditioned by growth. To achieve our goal we chose to study a less complex system, MnP thin lms grown on GaP, in order to expand the limits of our understanding on the growth mechanism and texture evolution of the heterostructure systems. Comparing the texture evolution of thin lms and heterostructures helps us understand the role of the surrounding GaP matrix on texture, which may potentially lead to designing structures with desired properties. Another objective of this work is to develop a simple method to determine the magnetic size distribution and magnetic size of MnP nanoclusters. Since our topic of interest deals with the texture and structure of magnetic nanoparticles, the magnetic size of the nanoparticles is the relevant structural component to study, rather than their apparent physical size. However, there is a lack of a consistent model to determine the magnetic size distribution of an assembly of superparamagnetic and ferromagnetic nanoparticles (such as MnP nanoclusters in GaP:MnP) in the literature. To analyze the texture of MnP lms we have used X-ray diraction (XRD) and electron microscopy (EM) techniques. We have shown that combining the XRD pole gures and electron diraction patterns obtained from EM makes a much stronger tool to analyze the texture compared to each of the techniques applied alone. Studying the growth time and temperature evolution of the


identifier: Schell, P. (2014). Optimisation de la dotation quotidienne en personnel infirmier par la mesure de l'acuité des patients  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La planification de la main-d'oeuvre au Centre Universitaire de Santé de McGill (CUSM) est un des défis majeurs en termes de qualité de soins pour les gestionnaires. Il s'agit de faire face à une clientèle toujours plus variée et complexe avec un budget limité. Les ressources humaines représentent plus de la moitié du budget des hôpitaux. Aussi, il est indispensable de mettre en place des outils standardisés et flexibles afin de définir le nombre de ressources requises pour un service ou une unité afin de répondre de manière adéquate à la demande en soins. Ce mémoire propose une approche de dotation en personnel qui permet d'évaluer la charge de travail du personnel infirmier en se basant sur les caractéristiques physiques, psychologiques et sociales des patients en unités de médecine et de chirurgie. Aussi, un modèle mathématique a été développé pour déterminer la composition du personnel en termes de compétences et d'expérience à partir de l'acuité de patient. Pour cela, il a tout d'abord été nécessaire de déterminer l'ensemble des éléments englobant le concept d'acuité dans le contexte du CUSM. Une échelle a ainsi été développée en collaboration avec les soins infirmiers. Elle s'est révélée très proche du Patient Care Needs Assessment (PCNA) qui est un outil de mesure de l'acuité éprouvé et développé dans les hôpitaux de Sunnybrook et de University Health Network à Toronto. Deux options étaient alors envisageables, entreprendre l'implantation de l'échelle d'acuité ou éprouver le PCNA en l'appliquant au CUSM. Dans le cadre de cette étude, le choix s'est porté sur le PCNA dont le questionnaire permettant d'évaluer le niveau d'acuité du patient était disponible. Ensuite, les champs de pratique de chaque type de poste au sein du personnel infirmier ont été étudiés. Enfin, nous avons lié le niveau d'acuité du patient au temps de soins requis durant son hospitalisation. En définitive, ce mémoire décrit un modèle permettant de déterminer les ressources infirmières nécessaires par quart de travail ainsi qu'une méthode ayant pour but d'estimer le nombre d'équivalents temps plein pour différents horizons de dotation.  ABSTRACT: At the McGill University Health Centre (MUHC), manpower planning for nursing represents one of the main challenges to rise for managers in terms of quality of care. On a daily basis, they face an always more heterogeneous and complex demand in care with a limited budget. As Human capital resources represent the largest part of the budget of the hospitals, it is essential to set up standardised and flexible tools to define the required number of resources for a service or a ward in order to meet adequately health care demand. This thesis propose a staffing approach allowing the evaluation of nursing workload based on the physical, psychological and social characteristics of patients in inpatient units. Furthermore, a mathematical model has been developed to determine the staffing mix in terms of competencies and experience using patient acuity. First, we have determined which are the elements capturing the acuity of patient within the MUHC. Therefore an acuity scale was developed in partnership with the nursing department. High similarities were shown between this scale and the Patient Care Needs Assessment tool developed and set up by Sunnybrook and University Health Network in Toronto. Two options were examined: leading the setup of the acuity scale or test the PCNA in MUHC environment. Within this study, we chose the PCNA, whose questionnaire allowing the assessment of patient's acuity was available. Then, the scope of practice for each job title within nursing teams was studied. At last, we have linked the level of acuity to the time of care required for a patient during his hospitalization. Finally, this thesis describes a model enabling the evaluation of staffing needs per shift as well as a method to estimate the number of full-time equivalents required for short-term or long-term exercise.


identifier: Nabatian, N. (2014). Dynamics and Control of Bluff-Body-Wake-Structure Interaction  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'interaction fluide-structure est observée dans la majorité des applications industrielles. L'interaction peut conduire à la génération de forces indésirables affectant les structures et causant de la fatigue ou des dommages. Une approche pour comprendre la dynamique fondamentale et la stabilité des sillages des cylindres consiste à réaliser des simulations utilisant les oscillations forcées. Deux aspects d'un tel écoulement sont considérés. Le premier concerne la dépendance des symétries de configuration de détachement tourbillonnaire avec l'amplitude des oscillations forcées, de la fréquence d'excitation et de la direction des oscillations. Les oscillations forcées, dépendantes de l'amplitude et de la fréquence des oscillations, entrainent la formation de différentes configurations de sillage présentant des symétries spécifiques. Les simulations numériques et les analyses de stabilité sont utilisées pour déterminer les modes instables du sillage et leurs bifurcations. L'oscillation forcée dans la direction d'écoulement d'un cylindre circulaire est étudié pour prédire les modes du sillage sur une plage déterminée d'amplitude et de fréquence. Les calculs numériques en deux dimensions des équations de Navier-Stokes sont réalisés en utilisant la méthode des conditions aux frontières périodiques forcées avec une plage de fréquence de forçage / [1 2] e s f f ; couvrant les régimes d'excitations harmoniques et super-harmoniques avec des ratios d'amplitude dans la plage A/ D[00.5]. Les modes d'accrochage symétriques et asymétriques sont observés pour trois différents ratios d'amplitude et de fréquence d'oscillation. Le mode asymétrique 2S lorsque / 1 e s f f  pour A/D=[0.35-0.5], le mode P+S à / 1.5 e s f f  pour A/D=[0.175,0.5], et le mode S à / 2 e s f f  pour A/D=[0.175,0.5] sont confirmés. À cause de la non-linéarité des équations de Navier-Stokes et de la complexité de la dimension infinie de la dynamique des fluides, les modes primaires sont calculés à l'aide de l'outil de décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD). Une procédure de Galerkin est utilisée pour projeter les équations de Navier-Stokes dans un espace de dimension réduite incluant les deux premiers modes POD. Cette méthode réduit la taille du problème d'un espace de dimension infinie à un nombre fini de modes (degrés de liberté) représentant la dynamique du sillage. Les modes dominants du détachement tourbillonnaire sont invariants en fonction des groupes de symétrie. La théorie de la bifurcation équivariante est utilisée pour développer le modèle d'ordre inférieur en utilisant les propriétés de symétrie des modes principaux. Ainsi, la bifurcation équivariante et les théories des formes normales sont combinées avec des calculs numériques des équations de Navier-Stokes pour décrire précisément les propriétés spacio-temporelles des modes de sillage d'écoulement et de leurs bifurcations.  ABSTRACT: Fluid-structure interaction is encountered in most of the engineering and industrial flow applications. The interaction can lead to generation of undesirable forces acting on structures and causing fatigue or damage. One approach to understanding the fundamental wake flow dynamics and stability is to conduct simulations using forced oscillation of a cylinder. Two aspects of such a flow are considered. The first is the dependence of vortex shedding pattern symmetries on the forced oscillation amplitude, forcing frequency ratios and the direction of the oscillation relative to flow direction. The forced oscillation, depending on the amplitude and frequency of the oscillation, causes formation of various patterns which have specific symmetries. Numerical simulations and stability analysis are employed to determine the unstable wake flow modes and their bifurcations. The forced inline oscillation of a circular cylinder is studied to predict the wake modes over a prescribed range of amplitudes and frequencies. The two-dimensional numerical computations of the Navier-Stokes equations are performed using forced periodic boundary condition method in the range of forcing-to-shedding frequency ratios / [1 2] e s f f ; covering the harmonic and superharmonic excitation regimes with amplitude ratio in the range A/ D[00.5]. Symmetric and asymmetric lock-on modes are observed for three different oscillation amplitudes and frequency ratios. The asymmetric 2S mode when / 1 e s f f  for A/D=[0.35-0.5], P+S mode at / 1.5 e s f f  for A/D=[0.175,0.5] and S mode at / 2 e s f f  for A/D=[0.175,0.5] are confirmed. Due to the nonlinearity of the Navier-Stokes équations and the complexity of the infinite dimensional flow dynamics, the primary modes are calculated by the proper orthogonal decomposition (POD) tool. A Galerkin procedure is the used to project the Navier-Stokes equations onto a low-dimensional space spanned by the first two POD modes. This method reduces the problem size from an infinite-dimensional space to a finite number of modes (degree-offreedom)representing the wake dynamics. The vortex shedding dominant modes are invariant Under their symmetry groups. The equivariant bifurcation theory is employed to develop the low order model using the symmetry properties of the primary modes. Thus, equivariant bifurcation and normal form theories are combined with numerical computations of the Navier-Stokes equations to precisely describe the spatio-temporal properties of the wake flow modes and their bifurcations. A linear analysis of the analytical low order model near the bifurcation point is performed to predict the bifurcation sequences observed in simulations.


identifier: Guo, S. (2014). Solvent-Cast Three-Dimensional Printing of Polylactide Multifunctional Microsystems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les progrès faits en termes de microstructuration tridimensionnelle (3D) permettent la configuration d'architectures complexes, qu'elles soient faites de polymère seul ou renforcé. Ces architectures peuvent participer à l'essor de nouvelles applications technologiques ou améliorer des applications existantes. Plusieurs stratégies et technologies ont récemment émergé pour la fabrication rapide et peu coûteuse de micro-appareils 3D faits à base de polymères thermoplastiques. La déposition par fusion ou "fused deposition modeling" est la méthode la plus populaire pour la fabrication de produits 3D à base de thermoplastiques. Par contre, la dégradation thermomécanique causée par les hautes températures du procédé de déposition et par la haute viscosité de la plupart des polymères fondus peut rendre difficile l'application de cette méthode aux nanocomposites. En effet, les nanoparticules augmentent de façon significative la viscosité du matériau. Bien que le procédé d'électro-filage ou "electrospinning" ait été utilisé pour produire des structures polymétriques diverses, la complexité des structures 3D obtenues est relativement limitée. L'objectif général de cette thèse est le développement d'une technique de fabrication permettant d'élaborer des structures 3D à base de matériaux nanocomposites constitués d'un polymère thermoplastique, le polylactide (PLA), et de nanotubes de carbone multi-parois. Cette thèse présente le développement d'une méthode de fabrication par écriture directe qui étend significativement les possibilités offertes par la microfabrication de structures 3D en nanocomposites thermoplastiques. Cette méthode commence par la déposition robotisée d'un filament de polymère dissout dans un solvant par micro-extrusion. L'évaporation rapide du solvant permet la solidification directe du filament extrudé. On peut donc donner à celui-ci des formes complexer en 3D comme par exemple des filaments, des tours, des échafaudages ou des spirales à forme libre. De plus, cette technique par évaporation de solvant a été démontrée comme étant abordable, hautement flexible et robuste pour la fabrication du microsystèmes dont des fibres microstructurées à haute ténacité, des canaux microfluidiques ou des micro-antennes.  ABSTRACT: Three-dimensional (3D) structures fabricated from polymers and their nanocomposites may find widespread technological applications which either require, or could benefit from, the ability to pattern micro-sized features in complex 3D architectures. Several strategies and technologies have recently emerged to rapidly and cost-effectively fabricate thermoplastic polymer-based 3D microdevices. Fused deposition modeling (FDM) stands out as the most popular procedure to manufacture 3D products. However, the thermal degradation caused by high processing temperatures and the high viscosity of most polymer melts may prevent the application of this technique to functional nanocomposite devices, since nanoparticles can significantly increase material viscosity. Also, electrospinning has been used to produce fiber-based polymer structures but is limited in terms of 3D structure complexity. The overall objective of this thesis is the development of a manufacturing technique allowing the fabrication of 3D structures of thermoplastic polymers and their nanocomposites. This thesis reports the development of a direct-write fabrication technique that greatly extends the fabrication space for 3D thermoplastic nanocomposite structures. The solvent-cast 3D printing of microstructures uses a thermoplastic polymer or its nanocomposite solution as the ink. The method employs the robotically-controlled micro-extrusion of a filament combined with a rapid solvent evaporation. Upon drying, the increased rigidity of the extruded filament enables the creation of complex 3D shapes such as filaments, towers, scaffolds and freeform spirals. For a typical circular spiral, the average coil diameter was 966 ± 6 μm and the average pitch was 530 ± 25 μm. Both values were very close to the programmed deposition path (i.e., coil diameter of 1.0 mm, pitch of 500 μm). The layer-by-layer scaffold and the micro-cup were almost identical to their respective programmed deposition paths because the printing layer was supported by the underlying layer. The main limitation remains the freeform deposition of sharp turns which lead to some geometric discrepancies. Furthermore, the solvent-cast printing technique has been demonstrated to be a low-cost, highly flexible and powerful fabrication route of microsystems


identifier: Muftuoglu, A. (2014). Experimental Study of Choking Flow of Water at Supercritical Conditions  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les prochaines générations de réacteurs nucléaires vont opérer avec un fluide de refroidissement dont la pression sera près de 25 MPa et dont la température de sortie sera de 500°C à 625°C, selon le type de réacteur. En conséquence, l'enthalpie du flux de sortie de ces futurs réacteurs à eau supercritique, SCWR, «Supercritical Water-Cooled Reactors» sera beaucoup plus élevée que celle des réacteurs actuels. Cela permettra à l'efficacité des centrales nucléaires de passer d'environ 30-33% aujourd'hui jusqu'à 48%. Cependant, le comportement thermo-hydraulique de l'eau supercritique n'est pas encore bien compris sous de telles conditions d'écoulement, notamment en ce qui concerne par exemple les chutes de pression, la convection forcée, la détérioration du transfert de chaleur et le flux massique critique. Jusqu'à maintenant, seul un nombre très limité de recherches ont été effectuées utilisant des fluides en conditions supercritiques. De plus, ces recherches n'ont pas été effectuées dans des conditions représentatives des SCWR. Aussi, les données existantes au sujet du flux massique critique ont été recueillies lors d'expériences dont la pression de décharge était celle de l'atmosphère ambiante, et dans la plupart des cas en utilisant des fluides autres que l'eau. Il est à noter que la compréhension de l'écoulement critique des fluides supercritiques est essentielle pour effectuer les analyses de sûreté des futurs réacteurs nucléaires et pour concevoir leurs principaux composants mécaniques, par exemple, les valves de contrôle et les vannes de sûreté. Ainsi donc, une installation d'eau supercritique a été construite à l'École Polytechnique de Montréal pour effectuer des recherches sur le débit critique. Ce montage expérimental consiste en deux boucles fonctionnant en parallèle, servant à déterminer les conditions d'écoulement qui déclenchent le débit critique de l'eau supercritique. Cette installation est également en mesure d'effectuer des expériences de transfert de chaleur et de perte de pression utilisant de l'eau en conditions supercritiques. Dans cette thèse, seront présentés les résultats obtenus grâce à cette installation avec l'utilisation d'une section d'essais munie d'un orifice de 1 mm de diamètre interne et de 3,17 mm de longueur, et dont les rebords sont acérés. Ainsi, 545 points de données de flux massique critique ont été obtenus en conditions supercritiques, pour des pressions d'écoulement allant de 22,1 MPa à 32,1MPa, et à des températures d'écoulement allant de 50°C à 502°C, et ce pour des pressions de décharges 0,1 MPa à 3,6 MPa.  ABSTRACT: Future nuclear reactors will operate at a coolant pressure close to 25 MPa and at outlet temperatures ranging from 500oC to 625°C. As a result, the outlet flow enthalpy in future Supercritical Water-Cooled Reactors (SCWR) will be much higher than those of actual ones which can increase overall nuclear plant efficiencies up to 48%. However, under such flow conditions, the thermal-hydraulic behavior of supercritical water is not fully known, e.g., pressure drop, forced convection and heat transfer deterioration, critical and blowdown flow rate, etc. Up to now, only a very limited number of studies have been performed under supercritical conditions. Moreover, these studies are conducted at conditions that are not representative of future SCWRs. In addition, existing choked flow data have been collected from experiments at atmospheric discharge pressure conditions and in most cases by using working fluids different than water which constrain researchers to analyze the data correctly. In particular, the knowledge of critical (choked) discharge of supercritical fluids is mandatory to perform nuclear reactor safety analyses and to design key mechanical components (e.g., control and safety relief valves, etc.). Hence, an experimental supercritical water facility has been built at École Polytechnique de Montréal which allows researchers to perform choking flow experiments under supercritical conditions. The facility can also be used to carry out heat transfer and pressure drop experiments under supercritical conditions. In this thesis, we present the results obtained at this facility using a test section that contains a 1 mm inside diameter, 3.17 mm long orifice plate with sharp edges. Thus, 545 choking flow of water data points are obtained under supercritical conditions for flow pressures ranging from 22.1 MPa to 32.1 MPa, flow temperatures ranging from 50°C to 502°C and for discharge pressures from 0.1 MPa to 3.6 MPa. Obtained data are compared with the data given in the literature including those collected with fluids other than water. It is also important to mention that present models used to predict supercritical choking flows have been developed for fluids under subcritical conditions. Even though none of these models were developed to handle the expansion of supercritical fluids, we tested some of the models (Homogenous Equilibrium Model, Modified-Homogeneous Equilibrium Model and Bernoulli equation) under supercritical conditions and compared their predictions with our data and those of other researchers, available in the literature. In addition, a simple polytropic model is proposed to estimate the critical flow rate of water.