identifier: Allard Massicotte, R. (2017). Valorisation de substrats complexes et peu coûteux pour la production d'acide lactique par voie biologique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Québec, une nouvelle norme de gestion des déchets organiques entrera en vigueur en 2020. L'enfouissement des déchets organiques, comme les résidus agroalimentaires, sera interdit et de nouvelles voies de valorisation de ces déchets doivent donc être proposées. L'industrie agroalimentaire doit donc trouver des solutions afin de valoriser ces déchets. Les résidus agroalimentaires sont riches en sucres fermentescibles, comme le fructose, le glucose et le galactose, et sont donc des substrats envisageables pour toutes valorisations biotechnologiques.  L'industrie papetière, importante au Québec, doit composer avec une nouvelle concurrence, soit l'essor des nouveaux médias numériques. L'industrie papetière doit donc trouver des solutions afin de conserver sa rentabilité. Dans cette optique, l'essor des bioraffineries ouvre plusieurs voies de recherche. Un co-courant du procédé de pâte Kraft soluble, comportant principalement des hémicelluloses, est inutilisé et pourrait avoir aussi un bon potentiel dans un bioprocédé, une fois hydrolysé pour y libérer les sucres, principalement du xylose. Par contre, celui-ci contient une quantité d'inhibiteurs potentiellement problématique. Le procédé de pâte thermomécanique, qui permet de séparer les sucres de la lignine dans la biomasse, permet donc de créer un courant, l'hydrolysat de pâte thermomécanique, composé essentiellement de glucose et de xylose. Ces trois substrats sont donc utilisés, dans ce mémoire, comme source de carbone pour le bioprocédé de production d'acide lactique grâce à une bactérie lactique polyvalente, Lactobacillus rhamnosus. L'acide lactique est utilisé dans plusieurs industries, mais, présentement, une importante augmentation de la demande de ce produit est causée par l'industrie du bioplastique. En effet, l'acide lactique est un précurseur important pour la production d'acide polylactique, un plastique biodégradable.  L'hydrolysat Kraft n'a pas permis la production d'acide lactique, car les composés toxiques présents dans le substrat, combiné à la nature moins fermentescible des sucres disponibles (xylose) ont inhibé la fermentation lactique avec Lactobacillus rhamnosus et ce, même avec des ajouts d'azote et de minéraux. Par contre, l'hydrolysat de pâte thermomécanique a permis la production de 66,9 g/L d'acide lactique et démontre une productivité de 1,9 g d'acide lactique/g de sucre consommé, avec des ajouts d'azote et de minéraux. Les résidus agroalimentaires ont permis de produire 62,5 g /L d'acide lactique et ont démontré une productivité de 1,5 g d'acide lactique/g de sucre consommé, avec des ajouts d'azote et de minéraux, bien qu'une concentration de 42,8 g/L ait été atteinte sans l'ajout de minéraux.  ABSTRACT: Lactic acid is used in several industries, such as the food and the cosmetic industries. Currently, a significant increase in the demand for this product occurs due to the bioplastic industry. Indeed, lactic acid is an important precursor to produce polylactic acid, a biodegradable plastic.  On the other hand, the pulp and paper industry, which is important in Quebec, faces new competition, the rise of new digital media. The paper industry needs therefore to find solutions to maintain its profitability. A co-current of the dissolving Kraft pulp and paper process, composed mainly of hemicelluloses, is unused and could have good potential in a bioprocess, once hydrolyzed to release the sugars, mainly xylose. It contains a potentially problematic amount of inhibitors which is a challenge to produce any bioproduct. The thermomechanical pulping process, allowing to separate the sugars from the lignin in the biomass, thus making possible to create a stream, the thermomechanical pulp hydrolysate, essentially composed of glucose and xylose. That stream does not have many inhibitors like the Kraft hydrolysate and could be a part of the development of biorefineries and opens several research avenues. However, in Quebec, a new organic waste management standard will take effect in 2020. The landfill of organic waste such as food waste, will be banned and new ways to waste recycling must be found. The food industry must find solutions to valorize the waste. The food residues are rich in fermentable sugars, such as fructose, glucose and galactose, and are possible substrates in biotechnological processes. These three substrates are therefore used in this work as a carbon source for lactic acid production by a polyvalent lactic acid bacterium Lactobacillus rhamnosus. The Kraft hydrolyzate did not allow the production of lactic acid, as the toxic compounds present in the substrate, combined with the less fermentable nature of available sugars (xylose), inhibited lactic fermentation with Lactobacillus rhamnosus even with nitrogen and minerals additions. On the other hand, the thermomechanical pulp hydrolysate allowed the production of 66.9 g/L lactic acid and with a productivity of 1.9 g lactic acid/g sugar consumed, with nitrogen and minerals additions. The food residues allow the production of 62.5 g/L lactic acid and demonstrated a productivity of 1.5 g lactic acid/g sugar consumed, with nitrogen and minerals additions, a concentration of 42.8 g/L was achieved without the addition of minerals.


identifier: Sanni, F. (2017). Modèle de prévision des taux de clics des annonces textuelles sur les moteurs de recherche  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le taux de clics est une métrique essentielle dans les campagnes publicitaires sur les moteurs de recherche. En effet, il impacte directement les deux acteurs principaux de la publicité en ligne que sont les moteurs de recherche d'un côté et les annonceurs de l'autre. D'une part le taux de clics est la principale variable utilisée par les moteurs de recherche dans leur algorithme d'affichage des annonces textuelles. Aussi leurs revenus sont intimement liés à l'ordre d'affichage des différentes annonces. De plus, proposer une publicité pertinente à un utilisateur améliore son expérience et l'incite à utiliser davantage le moteur de recherche. D'autre part, le taux de clics joue le rôle d'indice de qualité pour les annonceurs ; ces derniers ajustent les paramètres de leurs campagnes suivant les valeurs du taux de clics. Une bonne prédiction du taux de clics est alors très importante aussi bien pour les moteurs de recherche que pour les annonceurs. Pour prédire le taux de clics, les moteurs de recherche disposent d'un historique riche et dé- taillé des réalisations des annonces textuelles. Les principales variables disponibles sont des variables catégoriques issues des informations sur les annonceurs, les utilisateurs ou encore des données géographiques. Dans ce mémoire, la régression logistique est appliquée deux fois pour prédire le taux de clics. Les données des campagnes publicitaires contiennent beaucoup d'observations à taux de clics nul complexifiant la modélisation. Ainsi, la première régression logistique permet d'écarter ces observations tandis que la seconde prédit le taux de clics des autres observations. Aussi des variables « inédites » sont utilisées dans ces deux régressions. En effet les variables position moyenne, nombre d'impressions et coût sont d'abord modélisées, puis elles sont utilisées comme variables explicatives dans le modèle logistique. Ces variables sont en réalité des variables de réponse tout comme le taux de clics. Ainsi nous proposons un modèle pour chacune de ces variables. La loi normale tronquée est ajustée à la position moyenne ; pour le nombre d'impressions et le coût, différents modèles sont explorés notamment les modèles linéaires généralisés (Poisson, Gamma, lognormal). Des modèles de type hurdle sont finalement retenus. Aussi, nous montrons qu'une hypothèse d'indépendance temporelle des observations, nécessaire à l'application de nos méthodes, est plausible malgré le phénomène de mesures répétées. Enfin les expériences menées sur des données réelles, montrent que cette modélisation en chaîne donne de bons résultats et peut encore être améliorée.  ABSTRACT: Click-through rate is an essential metric in advertising campaigns on search engines. As a matter of fact, it directly impacts the two main players of online advertising which are search engines and advertisers. On the one hand, the click-through rate is the main variable used by search engines in their algorithm for displaying text ads. Also their revenues are intimately linked to the order of display of the different ads. Additionally, offering relevant advertising to a user improves their experience and encourages them to make greater use of the search engine. On the other hand, the click-through rate plays the role of a quality score for advertisers who adjust their campaign settings based on click-through rate values. A good click-through rate prediction is very important for both search engines and advertisers. To predict the click-through rate, search engines have a large amount of historical data on text ads. The main variables available are categorical variables derived from information about advertisers, users, or geographic data. In this paper, logistic regression is applied twice to pre- dict the click-through rate. Campaign data contains many observations with zero clicks that make modeling more complex. The first logistic regression then discards these observations while the second predicts the click-through rate of the other observations. Also, new variables are used in these two regressions. Indeed the variables mean position, number of impressions and cost are first modeled then they are used as explanatory variables in the logistic model. These variables are actually response variables as the click-through rate. Thus, we propose a model for each of these variables. The truncated normal distribution is adjusted to the mean position ; for the number of impressions and the cost, different models are explored in particular some generalized linear models (Poisson, Gamma, lognormal). Hurdle models are finally retained. We also show that a hypothesis of temporal independence of observations, necessary for the application of our methods, is plausible despite the phenomenon of repeated measures. Finally, experiments carried out on real data show that this chain modeling gives good results and can be further improved.


identifier: Liponi, L. (2017). Calculation and Verification of Assembly Discontinuity Factors for the DRAGON/PARCS Code Sequence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude est dédiée à la génération et à la validation des Facteurs de Discontinuité d'Assemblage (FDA) pour la chaine de calcul DRAGON5-PARCS. Dans le cadre du projet ORON, l'IRSN a travaillé sur le couplage entre le code de réseau DRAGON5 et le code de simulation coeur-entier PARCS. Dans un premier temps, les efforts ont été mis sur la validation de la technique SPH conformément à l'approche traditionnelle utilisée en France pour les REP. Ce travail propose d'améliorer la flexibilité de la chaine de calcul DRAGON/PARCS en étudiant une méthode alternative basée sur l'homogénéisation des assemblages par la méthode des facteurs de discontinuité. La première partie du document est axée sur le calcul d'un assemblage en milieu infini et sur l'impact des différentes stratégies envisagées pour la génération des FDA. Dans cette optique, différents schémas de calcul ont été évalués conformément aux approches actuellement adoptées par l'IRSN et par l'EPM. La première méthode, historiquement utilisé à l'IRSN,s'appuie sur un schéma simple niveau basé sur la méthode des probabilités de collisions. Le second schéma, récemment mis au point par l'EPM et correspondant à l'état de l'art actuel,a également été considéré; il correspond à une approche double niveaux (Pij/MOC). L'impact des sections efficaces et des facteurs de discontinuités ainsi générés est évalué via des motifs d'assemblages et comparé à un calcul de référence Monte Carlo utilisant le code SERPENT2. La validation a été réalisée sur des motifs 2x2 et 3x3 composés de trois types d'assemblages: UOX, UOX avec barres de contrôles AIC et MOX. L'étude a porté sur trois paramètres présentant un intérêt particulier : la réactivité du massif, la puissance des assemblages, et la reconstruction fine de puissance. Cette dernière peut être considérée comme particulièrement sensible aux facteurs de discontinuités. De plus, un motif plus réaliste, entouré d'un réflecteur neutronique, a également été envisagé. Cette partie à donné lieu à un développement spécifique du réflecteur, basé sur la méthode proposée par Koebke. Cette étude démontre l'impact significatif des facteurs de discontinuité sur les configurations évaluées. Les améliorations observées en utilisant des FDA sont importantes : jusqu'à 600 pcm en ce qui concerne la réactivité et 8% pour la puissance assemblage. En outre, une meilleure reconstruction a également été observée en ce qui concerne la distribution de puissance crayon par crayon. Au terme de cette étude, il apparait que le schéma de calcul double niveau fournit les résultats les plus proches de la référence Monte Carlo. Pour chaque configuration testée, les meilleures options de schéma de calculs sont identifiées.  ABSTRACT: This study is dedicated to the generation and validation of Assembly Discontinuity Factor (ADF) for the DRAGON5-PARCS code sequence. Over the past few years, within the framework of the ORION project, IRSN has worked on the coupling between the lattice code DRAGON5 and the full-core simulation code PARCS. Initially, efforts have been placed on the validation of the SPH technique in accordance with the traditional strategy used in France for PWR. This work aims to improve the flexibility of the code sequence by adding an alternative method for the assembly homogenization technique, based on discontinuity factors. The first part of the document is focused on the lattice calculation, and the impact of different strategies envisaged for the generation of ADF. With this in mind, various lattice schèmes have been evaluated following the approaches currently adopted by IRSN and by the EPM. The first method, historically used at IRSN, consists in a single level scheme based on the collision probabilities method. Then a state of the art design, recently developed by the EPM is also considered; it corresponds to a two-level approach (Pij/MOC). The impact of the cross sections and discontinuity factors generated were assessed on simplified PWR motifs and compared to a reference Monte Carlo calculation using SERPENT2. The validation exercise was first performed on 2x2 and 3x3 clusters composed of three types of assemblies: UOX, UOX with AIC control rods and MOX. The study focuses on three parameters of particular interest: reactivity, assembly power, and reconstructed pin power, which are expected to be highly sensitive to the discontinuity factors. Afterward, a more realistic problem is considered by including a reflector region. This task is achieved by the specific development of a reflector model, based on the methodology proposed by Koebke. In conclusion, this research demonstrates the significant impact of the discontinuity factors on the evaluated configurations. The extent of the amelioration varies according to the case: up to 600 pcm in reactivity and 8% in assembly power. Furthermore, the positive influence has also been assessed in the reconstruction process. At the end of the study, it appears that the two-level calculation scheme is the most reliable design compared with the Monte Carlo reference. For each configuration tested, the best combination of options was identified. Moreover, a good accuracy of the DRAGON/PARCS code sequence is observed for PWR motifs containing a neutron reflector.


identifier: Moret, L. (2017). Commande d'un dispositif de stockage d'énergie par chaine de supercondensateurs avec raccordement direct sur réseau CA et/ou CD  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec entre autres l'arrivée des supercondensateurs de grande capacité (plusieurs milliers de Farads), l'intérêt de les utiliser pour stocker de l'énergie est en plein essor. En effet, les supercondensateurs ont une plus grande densité de puissance que les batteries (de 1000 à 5000 W/kg pour les supercondensateurs contre 150 W/kg pour les batteries), c'est-à-dire qu'ils peuvent restituer l'énergie plus rapidement. Néanmoins, on continue tout de même à souvent utiliser des batteries en complément aux supercondensateurs, car ces derniers ont une densité d'énergie plus faible que celle des batteries (de 4 à 6 Wh/kg pour les supercondensateurs contre 50 à 1500 Wh/kg pour les batteries). À cause de leur conception, les supercondensateurs ne peuvent pas atteindre une grande tension, typiquement 2.7 à 2.85 V. Afin d'alimenter des appareils de plus haute tension, il est possible de les mettre en série. Dans ce cas, leurs tensions vont s'additionner. Lorsqu'ils sont en série, un problème survient pendant leur recharge car, ayant des capacités différentes (± 20%), ils se rechargent à des vitesses différentes. Il y a des risques de destruction d'un supercondensateur s'il atteint une tension plus haute que celle qu'il peut supporter. Il sera aussi plus rapidement endommagé selon sa courbe de charge et de décharge. Il faut donc d'une part un moyen de protéger individuellement chaque condensateur contre les surtensions, et d'autre part, assurer la possibilité de charger chaque supercondensateur à son maximum de tension, afin de profiter du maximum de potentiel de stockage de l'ensemble du groupe. Certains systèmes existent déjà pour égaliser la tension lors de la charge et seront analysés dans la revue de littérature. Le concept de SUPERCAPS présenté dans ce mémoire est un concept modulaire de stockage d'énergie par supercondensateurs. Contrairement à tous les systèmes de stockage par supercondensateurs existants, ce concept ne requiert pas de convertisseur de puissance entre l'organe de stockage, le réseau et/ou le système à alimenter. La cellule de stockage, telle qu'elle est conçue, permet de réaliser de façon intrinsèque la fonction de conversion de tension ou de courant selon tous les modes possibles, soit CA-CA, CA-CC, CC-CA, CC-CC. Cela en fait donc un convertisseur de puissance universel. Dans le cadre de ce mémoire une cellule comprend 2 supercondensateurs contrôlés par 4 transistors. Avec cette architecture, les supercondensateurs peuvent se charger et se décharger lorsqu'ils sont en série dans la branche, ou d'avoir une tension constante si le supercondensateur est contourné par le courant qui circule dans la branche.  ABSTRACT: With among others the arrival of the supercapacitors of large capacity (several thousand Farads), the interest to use them to store energy is rapidly expanding. Indeed, supercapacitors have a bigger power density than batteries (of 1000 in 5000 W/kg for supercapacitors against 150 W/kg for batteries), that is to say they can restore energy more quickly. Nevertheless, batteries are often used to complement the supercapacitors, because supercapacitors have a lower density of energy than batteries (of 4 in 6 Wh / kg for supercapacitors against 50 in 1500 Wh / kg for batteries). Because of their design, supercapacitors cannot reach a high voltage, typically 2.7 to 2.85 V. In order to power higher voltage devices, it is possible to put them in series. In this case, their voltages will add up. A problem occurs during their recharge because, having different capacities (± 20%), they charge at different rates. There are risks of destruction of a supercapacitor if it reaches a higher voltage than it can withstand. Also it will be damaged more quickly according to its load and discharge curve. It is therefore necessary, on the one hand, to protect each capacitor individually against overvoltages and, on the other hand, to ensure that each supercapacitor can be charged to its maximum voltage in order to take advantage of the maximum storage potential of the assembly of the group. Some systems already exist to equalize the voltage during charging and will be analyzed in the literature review. The concept of SUPERCAPS presented in this report is a modular concept of energy storage by supercapacitors. Unlike all existing supercapacitor systems, this concept does not require a power converter between the storage device, the network and/or the system to be powered. The storage cell, such as it is designed, allows to realize in an intrinsic way the function of voltage or current conversion according to all the possible modes, such as AC-AC, AC-DC, DC-AC, DC-DC. It thus makes a universal converter of power. In the context of this work, a cell includes 2 supercapacitors controlled by 4 transistors. With this architecture, the supercapacitors can be charged and discharged when they are in series in the branch, or maintaining a constant voltage if the supercapacitor is bypassed by the current flowing in the branch. This makes it possible to have a variable number of supercapacitors in series and thus a variable voltage depending on the command. These cells are used to store energy from an AC or DC source and to supply a resistive load with an AC or DC voltage and the voltage is distributed in the supercapacitors.


identifier: Li, J. (2017). Chipeless Substrate Integrated Waveguide Tag for a Millimeter Wave Identification  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Présentement, l'identification à ondes millimétriques (MMID) est une technologie émergente qui pourrait être présentée comme une évolution de l'identification par radiofréquence (RFID) qui fonctionne à des bandes de fréquence relativement basse aux bandes de fréquence à ondes millimétrique. Ces bandes de fréquences offrent les avantages d'avoir des antennes de plus petite taille, un débit de données plus élevé et des modules de lecteur plus compacts. Également, des antennes à faisceau étroit peuvent être mises en oeuvre afin d'assurer la détection de l'emplacement. Le concept MMID peut être intégré avec les applications futures de la technologie à ondes millimétriques dans la communication sans fil tels que 5G. Le guide d'ondes intégré au substrat (SIW) avec son blindage naturel présente des performances exceptionnelles dans la conception de circuits en bande d'ondes millimétriques, le SIW peut être intégré facilement avec d'autres circuits planaires (circuits passifs ou actifs). Des tags sans puce MMID basé sur la technologie SIW sont présentés dans ce mémoire. Tout d'abord, un système MMID basé sur une modulation dans le domaine temporel est étudié. Un modèle théorique généralisé est construit prenant en compte le phénomène de multireflection existant dans un tag basé sur la technique de réflectométrie à dimension temporelle (TDR). Le bilan de liaison du système TDR MMID est étudié. Un procédé d'égalisation qui dépend de la largeur de l'impulsion, les caractéristiques de la ligne de transmission, l'intervalle temporel entre deux bits, la sensibilité du lecteur et de la fréquence de fonctionnement du système MMID est proposé dans le but de définir le nombre maximal de bits possible par rapport à la distance. Cette méthode définie aussi la valeur exact du coefficient de réflexion de chaque discontinuité du code binaire. Deuxièmement, la propriété de la structure déployée SIW est étudiée. L'étiquette SIW proposée, composée de 4 iris symétriques dans le plan H avec antenne à fente intégrée, est étudiée théoriquement et expérimentalement. Une configuration de mesure est construite pour lire la balise fabriquée, et les résultats de mesure sont en bon accord avec les homologues théoriques. On étudie le guide d'ondes intégré au support demi-mode (HMSIW) qui peut réduire la largeur du guide d'ondes de moitié. L'étiquette HMSIW conçue se compose de 4 iris simple dans le plan H avec l'antenne à fente intégrée HMSIW. En outre, on étudie le guide d'onde intégré à substrat en ondes lentes (SW-SIW) afin de réduire la vitesse du groupe de SIW.  ABSTRACT: Presently, millimeter-wave identification (MMID) becomes an emerging technology as an alternative development of the conventional radiofrequency identification (RFID), which extends operating frequency from low-frequency band to millimeter-wave range. Over these millimeter-wave frequency bands, the advantages of smaller antenna size, higher data rate and more compact reader module could be realized and the function of location sensing could be implemented through narrow-beam antennas. Furthermore, the MMID concept could provide a compatible design platform in connection with the future applications of millimeter-wave technology in wireless communication such as 5G. Substrate integrated waveguide (SIW) with its self-shielding nature presents an outstanding performance in circuit design over the millimeter-wave band, SIW can be integrated with planar circuits (passive or active). Chipless MMID tag based on SIW technology is presented in this dissertation. Firstly, MMID system based on time-domain modulation is studied, and a generalized theoretical modeling is developed, which accounts for the existing multireflection issue during the tag design. An equalization method is examined based on the link budget of the TDR MMID system, which could be used for finding the maximum encodable bits versus the distance. Secondly, the property of the deployed SIW structure is investigated. The proposed SIW tag, consisting of 4 symmetrical iris in H-plane with integrated slot-antenna, is studied theoretically and experimentally. A measurement setup is constructed to read the fabricated tag, and measurement results are in good agreement with theoretical counterparts. Half mode substrate integrated waveguide (HMSIW) that can reduce the waveguide width by half is investigated. The designed HMSIW tag consists of 4 single iris in H-plane with the integrated HMSIW slot-antenna. In addition, slow-wave substrate integrated waveguide (SW-SIW) is studied in order to reduce the group velocity of SIW. The designed SW-SIW tag consists of 4 bits information by changing the height of the blind vias. A novel slow-wave half mode substrate integrated waveguide (SW-HWSIW) is proposed in order to further minimize the size of the MMID tag. The designed SW-HMSIW tag also shows a good performance over the operating frequency of the MMID system. Finally, the comparison of these four types of tag is conducted to present the difference.


identifier: Ahmed, H. (2017). Contributions to Vehicular Communications Systems and Schemes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La dernière décennie a marqué une grande hausse des applications véhiculaires comme une nouvelle source de revenus et un facteur de distinction dans l'industrie des véhicules. Ces applications véhiculaires sont classées en deux groupes : les applications de sécurité et les applications d'info divertissement. Le premier groupe inclue le changement intelligent de voie, l'avertissement de dangers de routes et la prévention coopérative de collision qui comprend la vidéo sur demande (VoD), la diffusion en direct, la diffusion de météo et de nouvelles et les jeux interactifs. Cependant, Il est à noter que d'une part, les applications véhiculaires d'info divertissement nécessitent une bande passante élevée et une latence relativement faible ; D'autre part, les applications de sécurité requièrent exigent un délai de bout en bout très bas et un canal de communication fiable pour la livraison des messages d'urgence. Pour satisfaire le besoin en applications efficaces, les fabricants de véhicules ainsi que la communauté académique ont introduit plusieurs applications à l'intérieur de véhicule et entre véhicule et véhicule (V2V). Sauf que, l'infrastructure du réseau sans fil n'a pas été conçue pour gérer les applications de véhicules, en raison de la haute mobilité des véhicules, de l'imprévisibilité du comportement des conducteurs et des modèles de trafic dynamiques. La relève est l'un des principaux défis des réseaux de véhicules, car la haute mobilité exige au réseau sans fil de faire la relève en un très court temps. De plus, l'imprévisibilité du comportement du conducteur cause l'échec des protocoles proactifs traditionnels de relève, car la prédiction du prochain routeur peut changer en fonction de la décision du conducteur. Aussi, le réseau de véhicules peut subir une mauvaise qualité de service dans les régions de relève en raison d'obstacles naturels, de véhicules de grande taille ou de mauvaises conditions météorologiques. Cette thèse se concentre sur la relève dans l'environnement des véhicules et son effet sur les applications véhiculaires. Nous proposons des solutions pratiques pour les réseaux actuellement déployés, principalement les réseaux LTE, l'infrastructure véhicule à véhicule (V2V) ainsi que les outils efficaces d'émulateurs de relèves dans les réseaux véhiculaires.  ABSTRACT: The last decade marked the rise of vehicular applications as a new source of revenue and a key differentiator in the vehicular industry. Vehicular Applications are classified into safety and infotainment applications. The former include smart lane change, road hazard warning, and cooperative collision avoidance; however, the latter include Video on Demand (VoD), live streaming, weather and news broadcast, and interactive games. On one hand, infotainment vehicular applications require high bandwidth and relatively low latency; on the other hand, safety applications requires a very low end to end delay and a reliable communication channel to deliver emergency messages. To satisfy the thirst for practical applications, vehicle manufacturers along with research institutes introduced several in-vehicle and Vehicle to Vehicle (V2V) applications. However, the wireless network infrastructure was not designed to handle vehicular applications, due to the high mobility of vehicles, unpredictability of drivers' behavior, and dynamic traffic patterns. Handoff is one of the main challenges of vehicular networks since the high mobility puts pressure on the wireless network to finish the handoff within a short period. Moreover, the unpredictability of driver behavior causes the traditional proactive handoff protocols to fail, since the prediction of the next router may change based on the driver's decision. Moreover, the vehicular network may suffer from bad Quality of Service (QoS) in the regions of handoff due to natural obstacles, large vehicles, or weather conditions. This thesis focuses on the handoff on the vehicular environment and its effect on the vehicular applications. We consider practical solutions for the currently deployed networks mainly Long Term Evolution (LTE) networks, the Vehicle to Vehicle (V2V) infrastructure, and the tools that can be used effectively to emulate handoff on the vehicular networks.


identifier: Kasbi, M. (2017). Étude de l'ajout d'acétate de sodium dans une culture de clostridium acétobutylicum ATCC 824 face à la production de riboflavine et butanol en bioréacteur cuvée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les Clostridium acétobutylicum sont des microorganismes connus par la communauté scientifique pour leur capacité de production de solvants lors d'une fermentation appelée ABE (i.e. pour acétone, butanol et éthanol). Néanmoins, bien que l'industrie pétrochimique soit la principale source pour la synthèse de carburants, plusieurs causes environnementales et économiques font que la production de biobutanol, un biocarburant produit par une fermentation menant également aux composés acétone et éthanol (fermentation appelée ABE), connaît un regain d'intérêt depuis quelques années, tant pour des raisons environnementales qu'économiques. Par ailleurs, des travaux réalisés dans le but d'améliorer la gestion du pH du milieu de culture, par ajout d'acétate de sodium, a permis d'observer la coproduction non négligeable de riboflavine en plus du biobutanol et des autres solvants; la riboflavine étant une vitamine (B2) qui n'est normalement synthétisée qu'à l'état de traces dans un milieu de culture standard en fermentation ABE. En effet, la concentration de cette vitamine produite par les Clostridium a pu atteindre 200 mg L-1 suite à un ajout de 60 mM d'acétate de sodium au milieu de culture à l'inoculation.  Dans le but de connaître l'effet de l'ajout d'acétate de sodium sur la production de solvants et de riboflavine par les Clostridium acétobutylicum, différentes concentrations initiales de ce composé ont été testées sur des cultures en bioréacteur opérés en mode cuvée. Le suivi de la croissance cellulaire a également révélé que celle-ci dépendait de la quantité d'acétate de sodium ajoutée dans le milieu. Les résultats des suivis de la concentration de solvants formés ainsi que celle de la riboflavine ont également montré que la concentration de l'additif affectait considérablement les concentrations maximales en produits obtenus ainsi que le taux de consommation du substrat carboné, le xylose.  Une concentration en acétate de sodium de 100 mM aurait un pouvoir tampon relativement élevé au point de faire prolonger significativement la phase acidogène des cellules, et ainsi nuire à la productivité en solvants et en riboflavine. Le suivi de la concentration des métabolites intracellulaires confirmerait cette hypothèse avec des concentrations en nucléotides particulièrement élevées en début de culture, avec consommation considérable lors de la phase solvantogène, les deux phases successives de la fermentation ABE. Les productions en solvants et en riboflavine se sont révélées sensibles à la concentration de l'ajout. Les cellules cultivées à 60 mM ont atteint les concentrations maximales en solvants et en riboflavine en fin de culture.  ABSTRACT: Clostridium acétobutylicum are bacterial microorganisms known by the scientific community for their capacity to produce solvents during a fermentation called ABE (i.e. for acetone, butanol and ethanol). However, although the petrochemical industry is the main source of fuel synthesis, several environmental and economic causes have led to a renewed interest in the production of biobutanol by ABE fermentation in recent years. Moreover, work carried out with the aim to study and tampered culture pH variations adding sodium acetate, allowed to observe the co-production of riboflavin in addition to biobutanol and the other solvents; riboflavin being a vitamin (B2) which is normally synthesized only in trace amounts in ABE fermentation. Indeed, the concentration of this vitamin produced by the Clostridium could reach 200 mg L-1 following an addition of 60 mM of sodium acetate to the culture medium at inoculation.  With the aim to better characterize the effect of adding sodium acetate on the production of solvents and riboflavin in Clostridium acétobutylicum, different initial concentrations of this added compound were tested on bioreactor cultures operated in batch mode. Cell growth, solvents and riboflavin concentrations as well as the consumption rate of the substrate xylose, the carbon source, all revealed being affected by the amount of sodium acetate added to the medium. Results also showed a concentration of 100 mM sodium acetate having a high buffering capacity the acid-forming phase, thus impairing the productivity of solvents and riboflavin in the following solventogenesis phase. Intracellular metabolites concentration confirmed this hypothesis with particularly high energetic nucleotides concentration at the beginning of the culture, without observing their increased consumption in the solventogenesis phase. The cells cultured at an initial sodium acetate of 60 mM reached the maximum concentrations of solvents and riboflavin at the end of culture.


identifier: Lemieux, K. (2017). Microfabrication de tranchées d'isolement et de trous d'interconnexion à travers le silicium (TSV) pour l'amélioration de photomultiplicateurs de silicium(SiPM)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet exposé dans ce mémoire de maîtrise constitue le tout premier pas vers l'intégration 3D pour la compagnie Excelitas, qui investit dans la production, la recherche et le développement de produits optoélectroniques. L'objectif du projet consiste à développer et tester un procédé de microfabrication dans la salle blanche d'Excelitas pour : la formation par DRIE (gravure ionique réactive profonde) de tranchées et de TSV (trous d'interconnexion à travers le silicium) de facteur de forme élevé, leur oxydation, leur remplissage par du polysilicium et la planarisation de ce polysilicium par RIE (gravure ionique réactive). Un tel procédé a été élaboré dans un premier temps pour améliorer les SiPM (photomultiplicateur de silicium) d'Excelitas, mais son utilisation pourra éventuellement s'étendre vers d'autres produits de la compagnie. Les tranchées et les TSV (de type « via-first ») sont formés par DRIE avant les étapes FEOL (« Front-End-Of-Line ») avec des masques de photorésine positive. Les tranchées constituent la première structure formée (par DRIE). Elles sont verticales, de dimensions et entourent chaque cellule de SiPM. Les TSV sont formés au milieu de ces cellules. Leur design comprend une partie cylindrique ( ) et une partie prismatique à base carrée ( ). Pour ce faire, la partie cylindrique est d'abord formée par DRIE. Les dimensions obtenues sont alors , soit un facteur de forme d'environ 14. Ensuite, la partie prismatique à base carrée est formée, aussi par DRIE, de l'autre côté des tranches. Leur gravure s'arrête automatiquement grâce à une technique de détection de fin d'attaque par fuite d'hélium (He-LEPD) lorsque la partie prismatique rejoint la partie cylindrique. L'oxydation des structures (tranchées et TSV) est effectuée dans un tube d'oxydation pour faire croître 540 nm de SiO2. Le polysilicium est ensuite déposé dans les structures par LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur à basse pression), puis aplani par RIE des deux côtés des tranches de silicium. Ce polysilicium sert à préparer les tranches pour les étapes subséquentes de BEOL (« Back-End-Of-Line »), qui incluent la formation des lignes de résistance et de conduction électriques. Ce mémoire expose les résultats obtenus de la formation des tranchées et des TSV, ainsi que quelques défis qui ont dû être surmontés pour y arriver. Des étapes suivantes au projet sont finalement suggérées en vue de l'intégration de ces structures dans les produits d'Excelitas.  ABSTRACT: The project exposed in this master thesis constitutes the first step into 3D integration by the company Excelitas, that invests in production, research and development of optoelectronic devices. The main goal of the project is to develop and test a microfabrication process in the clean room of Excelitas for: the formation by DRIE (deep reactive ion etching) of trenches and high aspect ratio TSV (through-silicon vias), their oxidation, their polysilicon filling and the planarization of that polysilicon by RIE (reactive ion etching). Such a process has been established at first to improve Excelitas' SiPM (silicon photomultiplier), but its use could eventually extend to other products of the company. The trenches and the TSV (of type ―via-first‖) are formed by DRIE before the FEOL (―Front-End-Of-Line‖) steps with positive photoresist masks. The trenches constitute the first formed structure (by DRIE). They are vertical, of dimensions and surround each cell of the SiPM. The TSV are formed in the center of those cells. Their design includes a cylindrical part ( ) and a prismatic square-based part ( ). In order to do so, the cylindrical part is first formed by DRIE. The achieved dimensions are then , that to say an aspect ratio of about 14. Next, the prismatic part is formed, also by DRIE, on the other side of the wafers. Their etching automatically stops thanks to an end point detection technic using helium leakage when the prismatic part meets the cylindrical part. The oxidation of the structures (trenches and TSV) is done in an oxidation tube to grow 540 nm of SiO2. The polysilicon is deposited afterward into the structures by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) and then planarized by RIE on both sides of the silicon wafers. The polysilicon is used to prepare wafers for the subsequent BEOL (―Back-End-Of-Line‖) steps, which include the formation of electrical resistance and conduction lines. This thesis exposes the results obtained from the formation of the trenches and the TSV, as well as some challenges that had to be overcome for the accomplishment. Some project's next steps are finally suggested in order to integrate those structures into the products of Excelitas.


identifier: Vuillon, V. (2017). Optimisation par éléments finis de la géométrie de poutres en acier laminées à froid utilisées dans la construction de bâtiments  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les membrures formées à froid sont de plus en plus utilisées dans la construction grâce à leur faible coût de production et leur grande qualité dimensionnelle. Les maisons de l'entreprise partenaire utilisent des structures entièrement formées à froid pour augmenter la vitesse de construction et réduire le coût total de la structure. Les poutres principales, appelées P102, constituent une grande partie des assemblages et sont réalisées à partir de deux plaques d'acier pliées en C puis assemblées afin de former une section en I. Elles semblent cependant pouvoir être optimisées d'avantage. Les marges de sécurité des poutres sont étudiées dans le présent mémoire pour rendre compte des améliorations possibles. Les poutres P102 possédant un nombre fini d'emplacements pour les ouvertures dans l'âme, il est possible de générer tous les types de poutres avec quatre éléments de poutre de base. Une optimisation du profilé et une optimisation topologique des ouvertures dans l'âme des éléments de poutre sont étudiées afin de suggérer un design final. Cette méthode évite d'avoir à optimiser toutes les configurations existantes des poutres de l'entreprise partenaire. Les études sont réalisées avec le solveur Optistruct d'Altair. L'étude des marges de sécurité montre que les poutres P102 sont surdimensionnées en effort tranchant et que la résistance au moment fléchissant est critique. Un profilé en C et en I ont été définis pour réduire la marge de sécurité en effort tranchant jugée trop importante grâce a une épaisseur plus faible au niveau de l'âme. L'optimisation topologique des ouvertures dans l'âme des éléments de poutre utilisant les nouveaux profilés a permis d'obtenir les ouvertures les plus grandes possibles. Elles sont cependant plus petites que celle du design actuel du fait de l'épaisseur moindre au niveau de l'âme et des contraintes de réalisation que nous nous sommes imposées. L'utilisation des designs ainsi définis permet de réaliser des poutres respectant les contraintes de fabrication et de conception et ayant des marges de sécurité adaptées.  ABSTRACT: Cold formed steel members are increasingly used in buildings due to their low cost and high quality. The partner company houses are exclusively made of cold formed steel members in order to speed up the construction and decrease the overall cost. The main beams, called P102, constitute the major part of the building and are made with two steel sheets which are bended into a C section and put together to create a I section. However, it seems that there is still room for extra optimisations. The safety margins of the main beams are studied in this thesis in order to determine possible improvements. P102 beams have a finite number of locations for their web's openings. Thus, it's possible to generate any type of beam using only four basic beam's units. An optimisation of the beam's section and a topological optimisation of the web's openings are used to suggest a final design of the beam's units. This method avoids an optimisation of all the beam's possible configurations. All the studies have been carried out using Optistruct, one of Altair's solver. The study of safety margins shows us that the P102 beams are oversized when considering shear force while the bending moment resistance is critical. A C and a I section are defined thereafter, in order to reduce the high safety margin of the shear force thanks to the web's reduced thickness. The topological optimisation of the web's openings of the beam's units has been used to determine the biggest web's openings. However, they're smaller than the actual ones due to the reduced web's thickness. Finally, it is concluded that the use of such designs can produce beams which have adapted safety margins and still respect all the conception and production constraints.


identifier: De Melo, I. F. (2017). Software Tracing Comparison Using Data Mining Techniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La performance est devenue une question cruciale sur le développement, le test et la maintenance des logiciels. Pour répondre à cette préoccupation, les développeurs et les testeurs utilisent plusieurs outils pour améliorer les performances ou suivre les bogues liés à la performance. L'utilisation de méthodologies comparatives telles que Flame Graphs fournit un moyen formel de vérifier les causes des régressions et des problèmes de performance. L'outil de comparaison fournit des informations pour l'analyse qui peuvent être utilisées pour les améliorer par un mécanisme de profilage profond, comparant habituellement une donnée normale avec un profil anormal. D'autre part, le mécanisme de traçage est un mécanisme de tendance visant à enregistrer des événements dans le système et à réduire les frais généraux de son utilisation. Le registre de cette information peut être utilisé pour fournir aux développeurs des données pour l'analyse de performance. Cependant, la quantité de données fournies et les connaissances requises à comprendre peuvent constituer un défi pour les méthodes et les outils d'analyse actuels. La combinaison des deux méthodologies, un mécanisme comparatif de profilage et un système de traçabilité peu élevé peut permettre d'évaluer les causes des problèmes répondant également à des exigences de performance strictes en même temps. La prochaine étape consiste à utiliser ces données pour développer des méthodes d'analyse des causes profondes et d'identification des goulets d'étranglement. L'objectif de ce recherche est d'automatiser le processus d'analyse des traces et d'identifier automatiquement les différences entre les groupes d'exécutions. La solution présentée souligne les différences dans les groupes présentant une cause possible de cette différence, l'utilisateur peut alors bénéficier de cette revendication pour améliorer les exécutions. Nous présentons une série de techniques automatisées qui peuvent être utilisées pour trouver les causes profondes des variations de performance et nécessitant des interférences mineures ou non humaines. L'approche principale est capable d'indiquer la performance en utilisant une méthodologie de regroupement comparative sur les exécutions et a été appliquée sur des cas d'utilisation réelle. La solution proposée a été mise en oeuvre sur un cadre d'analyse pour aider les développeurs à résoudre des problèmes similaires avec un outil différentiel de flamme. À notre connaissance, il s'agit de la première tentative de corréler les mécanismes de regroupement automatique avec l'analyse des causes racines à l'aide des données de suivi. Dans ce projet, la plupart des données utilisées pour les évaluations et les expériences ont été effectuées dans le système d'exploitation Linux et ont été menées à l'aide de Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng) qui est un outil très flexible avec de faibles coûts généraux.  ABSTRACT: Performance has become a crucial matter in software development, testing and maintenance. To address this concern, developers and testers use several tools to improve the performance or track performance related bugs. The use of comparative methodologies such as Flame Graphs provides a formal way to verify causes of regressions and performance issues. The comparison tool provides information for analysis that can be used to improve the study by a deep profiling mechanism, usually comparing normal with abnormal profiling data. On the other hand, Tracing is a popular mechanism, targeting to record events in the system and to reduce the overhead associated with its utilization. The record of this information can be used to supply developers with data for performance analysis. However, the amount of data provided, and the required knowledge to understand it, may present a challenge for the current analysis methods and tools. Combining both methodologies, a comparative mechanism for profiling and a low overhead trace system, can enable the easier evaluation of issues and underlying causes, also meeting stringent performance requirements at the same time. The next step is to use this data to develop methods for root cause analysis and bottleneck identification. The objective of this research project is to automate the process of trace analysis and automatic identification of differences among groups of executions. The presented solution highlights differences in the groups, presenting a possible cause for any difference. The user can then benefit from this claim to improve the executions. We present a series of automated techniques that can be used to find the root causes of performance variations, while requiring small or no human intervention. The main approach is capable to identify the performance difference cause using a comparative grouping methodology on the executions, and was applied to real use cases. The proposed solution was implemented on an analysis framework to help developers with similar problems, together with a differential flame graph tool. To our knowledge, this is the first attempt to correlate automatic grouping mechanisms with root cause analysis using tracing data. In this project, most of the data used for evaluations and experiments were done with the Linux Operating System and were conducted using the Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng), which is a very flexible tool with low overhead.


identifier: Saliani, A. (2017). Construction d'un atlas de la microstructure de la matière blanche de la moelle épinière chez le rat à partir d'acquisitions histologiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les maladies neurodégénératives telles que la sclérose en plaques multiple affectent les axones de la matière blanche de la moelle épinière et plus précisément induisent une perte de la gaine de myéline qui entoure les axones. Pour pouvoir quantifier cette perte de myéline, il est nécessaire de réaliser des études histologiques de la matière blanche de la moelle épinière pour connaître, à chaque niveau vertébral, les informations sur la microstructure des différents tractus de la matière blanche telles que le diamètre axonal, la densité axonale, l'épaisseur de la gaine de myéline et le g-ratio (ratio du diamètre interne de la fibre myélinisée sur son diamètre externe).  Les objectifs du projet de recherche sont de fournir le premier atlas de la matière blanche chez le rat construit à partir d'images histologiques ex vivo, à haute résolution, acquises le long de toutes les vertèbres et de les mettre en libre accès.  Pour réaliser cette cartographie de la matière blanche de la moelle épinière chez le rat, nous avons optimisé les protocoles histologiques de routine de la matière blanche et utilisé une méthode d'acquisition au microscope électronique à balayage automatique pour pouvoir avoir les coupes de moelle complètes. Puis nous avons utilisé un logiciel de segmentation automatique AxonSeg pour avoir accès aux informations de chaque axone (diamètre, densité …) et développé une méthode pour moyenner les cartes histologiques entre chaque coupe histologique de même niveau vertébral et entre chaque rat et extraire ainsi les statistiques de ces cartes moyennées.  Les résultats montrent un diamètre axonal moyen au niveau cervical pour les tracts fasciculus cuneatus, fasciculus gracilis, dorsal corticospinal, rubrospinal, réticulospinal, et vestibunal respectivement de 2.12±0.25 μm, 2.12±0.14 μm, 1.46±0.11 μm, 1,92±0.26 μm, 2.01±0.15 μm et 2.43±0.24 μm. Pour le niveau thoracique : 1.99±0.19 μm, 1.89±0.14 μm, 1.48±0.15 μm, 1.98±0.28 μm, 1.98±0.17 μm et 2.37±0.20 μm. Pour le niveau lombaire : 1.89±0.25 μm, 1.99±0.18 μm, 1.48±0.15 μm, 1.66±0.18 μm, 1.88±0.09 μm et 2.15±0.21 μm. Pour le niveau sacral : 1.88±0.29 μm, 1.87±0.20 μm, 1.41±0.07 μm, 1.53±0.15 μm, 1.84±0.10 μm et 2.09±0.22 μm. Ces valeurs sont similaires sur les moitiés droite et à gauche de la matière blanche.  Cette étude montre pour la première fois une cartographie ex vivo du diamètre axonal (et d'autres métriques) de la matière blanche de la moelle épinière chez le rat le long des niveaux vertébraux, créant ainsi des opportunités pour des applications dans les maladies affectant la moelle épinière.  ABSTRACT: Target clinical applications multiple sclerosis and a range of other neurological conditions. Many neurological diseases have hallmark histopathology such as neuronal loss, axonal degeneration, which can affect image intensities in different ways potentially allowing microstructure imaging techniques to detect them and grade their severity. Indeed, the ability to characterize the white matter microstructure has important applications in the understanding of neurodegenerative diseases.  To quantify these hallmark histopathology, there is a need to know the white matter microstructural information such as axon diameter, axon density, myelin thickness, and g-ratio.  This project proposes a method for a previously unaddressed problem, namely, mapping axon diameter (and other metrics) across vertebral levels, tracts and rats, using histology. We have develop a digital atlas of the adult rat spinal cords as a comprehensive framework for storing and accessing the myriad types of information about the rat spinal cord. This study shows for the first time ex vivo mapping of axon diameter, axon density, myelin thickness and g-ratio, in the white matter spinal cord across vertebral levels.  In this study, (i) we acquire rat spinal cord (C1-S2) using scanning electron microscopy, (ii) measure microstructure metrics using axon and myelin segmentation, (iii) create maps of averaged metrics across rats, (iv) compute statistics within specific tracts and (v) Study the variability of axon morphology across rats, vertebral levels and tracts.  Results show an average axon diameter for the fasciculus cuneatus, fasciculus gracilis, dorsal corticospinal, rubrospinal, reticulospinal, and vestibunal tracts respectively in cervical level of 2.12±0.25 μm, 2.12±0.14 μm, 1.46±0.11 μm, 1,92±0.26 μm, 2.01±0.15 μm and 2.43±0.24 μm. In thoracic level: 1.99±0.19 μm, 1.89±0.14 μm, 1.48±0.15 μm, 1.98±0.28 μm, 1.98±0.17 μm and 2.37±0.20 μm. In lumbar level: 1.89±0.25 μm, 1.99±0.18 μm, 1.48±0.15 μm, 1.66±0.18 μm, 1.88±0.09 μm and 2.15±0.21 μm. In sacral level: 1.88±0.29 μm, 1.87±0.20 μm, 1.41±0.07 μm, 1.53±0.15 μm, 1.84±0.10 μm and 2.09±0.22 μm. Values are similar across laterality (left-right). This atlas would create opportunities for applications in spinal cord diseases. Indeed, atlases are an invaluable aid in understanding the impact of such manipulations by providing a standard for comparison.


identifier: Beaulieu, A. (2017). Emploi d'un réseau de détecteurs Wi-Fi pour l'étude et la modélisation du comportement de piétons  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La densification des villes est la cause d'un besoin grandissant de comprendre les déplacements des gens qui y habitent. La prédiction et la gestion de la circulation automobile sont des domaines bien développés, plus que ces mêmes domaines au sujet des piétons. De plus en plus, les villes réorientent leurs objectifs de développement vers les piétons, ou les cyclistes au détriment des automobilistes. Cela mène à la création de zones réservées aux piétons, qui deviennent de plus en plus des centres commerciaux et culturels importants au développement de la ville. Ce texte porte sur l'analyse d'une nouvelle technologie qui permet de faire la collecte de données de telles zones, et des résultats qui serviront à l'amélioration de zones piétonnes existantes et à la conception de nouvelles.  ABSTRACT: Urban densification is the cause of a growing need to understand the travel behaviours of people living in cities. Prediction and management of automobile traffic are well-developed fields, moreso than those same fields about pedestrians. More and more, cities are reorienting their develpment objectives to gear them towards pedestrians or cyclists at the expense of cars. This has lead to the creation of numerous pedestrian-only zones, that have become important commercial and cultural centers of city development. This document relates the analysis of a new technology that allows data collection of these areas, and the results will benefit the development of existing and new pedestrian-only areas.


identifier: Abdollahi Neisiani, M. (2017). Quantifyng Rare Earth Element Content in High Concentrated Samples by ko-NAA  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les terres rares (REEs) sont représentés par les éléments de la série des lanthanides incluant le scandium et yttrium. Actuellement, une grande attention est donnée aux REEs à cause de leur application dans plusieurs domaines de pointe. Dans ce contexte il y a un besoin accru pour des techniques analytiques capables de caractériser une gamme large de concentrations, en commençant avec les minéraux de faible concentration, jusqu'à leur raffinage; donc ayant des hautes concentrations en REEs. Cet étude se propose d'évaluer la performance de la méthode d'analyse par activation neutronique k0 (k0-NAA) appliquée dans le Laboratoire d'analyse par activation neutronique de Polytechnique Montréal pour la détermination avec précision des REE dans des matrices minérales de haute concentration. Les principaux facteurs qui influencent la méthode ont été investigués, en incluant les données nucléaires, la température dans les sites d'irradiation, les interférences nucléaires et spectrales, l'atténuation mutuelle des rayons gamma ainsi que l'autoprotection contre les neutrons. Afin de réaliser cet objectif, des échantillons mono-élément préparé avec des solutions standard certifiées et des oxydes standard certifiés ont été irradiés, comptés et analysés. Finalement, les protocoles d'analyse ont été optimisés en termes d'irradiation, décroissance et comptage afin de réduire le temps total d'analyse. Les incertitudes introduites par les facteurs mentionnés plus haut ont été évaluées. La capacité globale de la méthode améliorée k0-NAA pour les REEs a été mise en œuvre avec un matériel standard certifié du Projet canadien pour la certification des matériaux de référence (REE-2) avec des concentrations de 7.2 mg kg-1 pour Yb jusqu'à 9610 mg kg-1 pour Ce. Les concentrations des REEs ont été mesurées avec des incertitudes plus faibles que 7% (à 95% intervalle de confiance) et ont été consistantes avec les concentrations spécifiées dans la certification du REE-2.  ABSTRACT: The rare earth elements (REE) are comprised of lanthanide series, from lanthanum to lutetium plus scandium and yttrium. Due to the rising applications of REEs in different fields of technology a lot of attention has been drawn to the extraction of these elements. Therefore, a reliable and accurate characterization technique is required to determine variable levels of REEs starting from mineral matrices all the way to processed samples. The aim of this work is to evaluate the capability of k0-neutron activation analysis (k0-NAA) implemented at Polytechnique Montreal for accurate determination of rare earth elements in high concentrated mineral matrices. Individual factors affecting the measurements including nuclear data used for the calculations, neutron temperature effects, nuclear interferences, spectral interferences, gamma-ray self-attenuation and neutron self-shielding were investigated. Mono rare earth element standard solutions and rare earth oxides were used to investigate these phenomena separately. Several improvements were applied to the current method. Analysis protocols were optimized in terms of irradiation, decay and counting times to obtain accurate results in shorter turnaround times, and uncertainty contributions from aforementioned factors were evaluated. To validate the overall capability of the improved k0-NAA method for REE, a certified reference material (CRM) from Canadian Certified Reference Materials Project (REE-2) with REE content ranging from 7.2 mg kg-1 for Yb to 9610 mg kg-1 for Ce was used. The REE concentration was determined with uncertainty below 7% (at 95% confidence level) and proved to be consistent with the CRM certified concentrations.


identifier: Laliberté, F. (2017). Modélisation et commande d'un drone hélicoptère tandem  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis une quinzaine d'années, le domaine des drones est en plein essor, soutenu notamment par la recherche universitaire. Les drones prennent généralement la forme d'hélicoptères miniatures, de multicoptères, ou encore d'avions, selon les missions auxquelles ils sont destinés. Or, un intérêt grandissant pour le transport de marchandise se fait sentir pour leur usage commercial et industriel, une tâche que les drones actuels peinent à accomplir. C'est dans ce contexte qu'un projet de recherche et de développement, le projet CARIC AUT703_TRL4+, a vu le jour. Ce projet, regroupant des partenaires industriels et universitaires, a pour objectif de mettre au point un drone de type hélicoptère tandem. Cette configuration offre des avantages reconnus pour le transport de charge utile, incluant sa robustesse aux changements de masse, de centrage et d'inertie. Le présent mémoire aborde la modélisation et la commande du drone hélicoptère tandem considéré dans le cadre du projet CARIC, soit le LX300. La recherche effectuée a pour objectif de modéliser un hélicoptère tandem, une configuration souvent peu abordée dans la littérature, et de synthétiser un contrôleur à architecture fixe qui stabilise l'appareil sur l'ensemble de son enveloppe de vol tout en étant robuste aux variations causées par la charge utile. La modélisation du drone est d'abord traitée par une approche classique propre aux hélicoptères; cependant, une attention particulière est accordée à la modélisation de l'influence d'une charge utile décentrée, de l'interaction aérodynamique entre les deux rotors, et du design spécifique aux rotors de l'aéronef considéré. Une modélisation complète de la dynamique des rotors est réalisée afin de pouvoir simuler les comportements plus fins de ceux-ci, puis une simplification est appliquée afin de permettre l'équilibrage et la linéarisation du système. Cette simplification permet aussi d'obtenir des équations très proches de ce qui est présenté dans la littérature, avec pour différence les particularités apportées par la configuration tandem et l'aspect spécifique des rotors considérés. Par la suite, les boucles de stabilisation du drone sont synthétisées en assurant qu'elles soient robustes à des variations de masse, d'inertie et de centrage pour toutes les conditions de vol prévues. L'architecture du contrôleur étant imposée par la plateforme embarquée choisie, la méthode H1 structurée avec séquencement de gains est alors privilégiée afin d'atteindre les objectifs de performances et de robustesse.  ABSTRACT: For the last fifteen years, the drone market has been booming, thanks in part to academic research. Drones can usually be found as miniature helicopters, multicopters, or planes, depending on the tasks they are expected to carry out. A task that today's drones struggle to accomplish is the transport of goods, which is receiving a growing interest from commercial and industrial sectors. It is in this context that the CARIC AUT703_TRL4+ research and development project was born. This project brings together industrial and academic partners in the aim to develop a tandem helicopter drone. This configuration offers recognized advantages for payload transport, including its robustness to weight, balance and inertia changes. This master's thesis covers the modelling and control of the tandem helicopter drone considered in the framework of the CARIC project, the LX300. The goal of this research is to model a tandem helicopter, a configuration that is often neglected in the literature, and to synthesize a fixed-structure controller that stabilizes the rotorcraft over its entire flight envelope while being robust to the variations caused by the payload. The modelling of the drone is first realized using a conventional approach for helicopters. However, particular attention is paid to the modelling of the influence of an unbalanced payload, the aerodynamic interaction between the two rotors, and the design specific to the rotors under consideration. The dynamics of the rotors is fully modelled in order to be able to simulate their finer behaviours, then a simplification is applied in order to allow the trimming and the linearization of the system. This simplification leads to equations that are very close to what is currently found in the literature, with the additions brought by the tandem configuration and by the unique rotors under consideration. The stabilization loops of the drone are then synthesized ensuring robustness to variations in weight, balance and inertia for all the expected flight conditions. Since the controller architecture is imposed by the selected embedded platform, the structured H1 method with gain scheduling is favoured in order to achieve the objectives of performance and robustness. This method being sensitive to the initial conditions, a multi-step approach is used in order to gradually increase the complexity of the problem to be solved. This approach also allows the validation of the selected requirements, before using them for the complete synthesis. The controller is finally validated on the complete nonlinear model, and then on a high fidelity simulator for different types of manoeuvres, according to the presented implementation.


identifier: Laviolette, J. (2017). Planification stratégique d'un système de transport par taxi  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le taxi est un mode de transport qui offre un service porte-à-porte sur demande et qui répond donc à un besoin de mobilité essentiel au sein d'une grande ville. Ces dernières années, de nouvelles formes de mobilité appuyées par des outils technologiques sont venues bousculer le mode de fonctionnement et la règlementation de cette industrie qui a peu évolué dans les dernières décennies. Les entreprises de taxi ont choisi d'intégrer il y a plusieurs années des dispositifs de collecte de données GPS à leur flotte de véhicules. Les données générées par ceux-ci sont d'une impressionnante richesse et peuvent être exploitées à des fins d'analyse, de planification et d'amélioration des services de transport par taxi.  ABSTRACT: Taxi is a mode of transportation that offers door to door on-demand services, therefore meeting an essential mobility need in cities. In the last few years, new forms of mobility based on mobile applications have seen a tremendous increase in popularity and have therefore challenged the established taxi market and regulations. The taxi companies, which have been slow to adapt to these newcomers, have been recently providing their fleets with GPS tracking devices. The data collected by those fleets of roaming taxis is rich in information that can be exploited to analyze, plan and improve taxi services. In the province of Québec and in the City of Montréal in particular, this data has yet to be exploited to its full potential.


identifier: Dauphin, L. (2017). Développement d'un test rapide pour prédire la performance d'un réacteur à haute concentration de charbon actif recirculé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les procédés membranaires hybrides (PMH) consistent à combiner les technologies de filtration membranaire et de charbon actif en poudre (CAP). Les membranes à basse pression permettent un enlèvement des particules et pour permettre l'abattement de matières dissoutes celles-ci sont précédées d'une étape d'adsorption sur CAP. Le PMH OpalineTM S de VEOLIA est une option intéressante dans une chaîne de traitement d'eau potable, mais les coûts liés à cette technologie sont importants comparativement à un traitement conventionnel. Il est alors intéressant d'élaborer des outils qui permettent d'optimiser la performance de ce procédé. L'objectif de ce projet de recherche est de développer un outil simple et rapide permettant de prédire la performance d'un réacteur de CAP, l'OpalineTM S, pour l'abattement de la matière organique naturelle (MON).  ABSTRACT: Hybrid membrane processes (HMP) consists in combining membrane filtration and activated carbon. Low pressure membranes allow the removal of particles and powdered activated carbon (PAC) removes dissolved matter by adsorption. The HMP OpalineTM S from VEOLIA is an interesting option in water treatment but the costs associated with this technology are significant compared to a conventional treatment. Therefore, it is relevant to develop tools that optimize the performance of this process. The objective of this research project is to develop a simple and rapid method to predict the performance of a PAC reactor, as found in the OpalineTM S, for the removal of natural organic matter (NOM).


identifier: Cascone, C. (2017). Stateful Data Plane Abstractions for Software-Defined Networks and Their Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: ABSTRACT Software-Defined Networking (SDN) enables programmability in the network. Unfortunately, current SDN limits programmability only to the control plane. Operators cannot program data plane algorithms such as load balancing, congestion control, failure detection, etc. These capabilities are usually baked in the switch via dedicated hardware, as they need to run at line rate, i.e. 10-100 Gbit/s on 10-100 ports. In this work, we present two data plane abstractions for stateful packet processing, namely OpenState and OPP. These abstractions allow operators to program data plane tasks that involve stateful processing. OpenState is an extension to OpenFlow that permits the definition of forwarding rules as finite state machines. OPP is a more flexible abstraction that generalizes OpenState by adding computational capabilities, opening for the programming of more advanced data plane algorithms. Both OpenState and OPP are amenable for highperformance hardware implementations by using commodity hardware switch components. However, both abstractions are based on a problematic design choice: to use a feedback-loop in the processing pipeline. This loop, if not adequately controlled, can represent a harm for the consistency of the state operations. Memory locking approaches can be used to prevent inconsistencies, at the expense of throughput. We present simulation results on real traffic traces showing that feedback-loops of several clock cycles can be supported with little or no performance degradation, even with near-worst case traffic workloads. To further prove the benefits of a stateful programmable data plane, we present two novel applications: Spider and FDPA. Spider permits to detect and react to network failures at data plane timescales, i.e. micro/nanoseconds, also in the case of distant failures. By using OpenState, Spider provides functionalities equivalent to legacy control plane protocols such as BFD and MPLS Fast Reroute, but without the need of a control plane. That is, both detection and rerouting happen entirely in the data plane. FDPA allows a switch to enforce approximate fair bandwidth sharing among many TCP-like senders. Most of the mechanisms to solve this problem are based on complex scheduling algorithms, whose feasibility becomes very expensive with today's line rate requirements. FDPA, which is based on OPP, trades scheduling complexity with per-user state. FDPA works by dynamically assigning users to few (3-4) priority queues, where the priority is chosen based on the sending rate history of a user.  ABSTRACT: Software-Defined Networking (SDN) enables programmability in the network. Unfortunately, current SDN limits programmability only to the control plane. Operators cannot program data plane algorithms such as load balancing, congestion control, failure detection, etc. These capabilities are usually baked in the switch via dedicated hardware, as they need to run at line rate, i.e. 10-100 Gbit/s on 10-100 ports. In this work, we present two data plane abstractions for stateful packet processing, namely OpenState and OPP. These abstractions allow operators to program data plane tasks that involve stateful processing. OpenState is an extension to OpenFlow that permits the definition of forwarding rules as finite state machines. OPP is a more flexible abstraction that generalizes OpenState by adding computational capabilities, opening for the programming of more advanced data plane algorithms. Both OpenState and OPP are amenable for highperformance hardware implementations by using commodity hardware switch components. However, both abstractions are based on a problematic design choice: to use a feedback-loop in the processing pipeline. This loop, if not adequately controlled, can represent a harm for the consistency of the state operations. Memory locking approaches can be used to prevent inconsistencies, at the expense of throughput. We present simulation results on real traffic traces showing that feedback-loops of several clock cycles can be supported with little or no performance degradation, even with near-worst case traffic workloads. To further prove the benefits of a stateful programmable data plane, we present two novel applications: Spider and FDPA. Spider permits to detect and react to network failures at data plane timescales, i.e. micro/nanoseconds, also in the case of distant failures. By using OpenState, Spider provides functionalities equivalent to legacy control plane protocols such as BFD and MPLS Fast Reroute, but without the need of a control plane. That is, both detection and rerouting happen entirely in the data plane. FDPA allows a switch to enforce approximate fair bandwidth sharing among many TCP-like senders. Most of the mechanisms to solve this problem are based on complex scheduling algorithms, whose feasibility becomes very expensive with today's line rate requirements. FDPA, which is based on OPP, trades scheduling complexity with per-user state. FDPA works by dynamically assigning users to few (3-4) priority queues, where the priority is chosen based on the sending rate history of a user.


identifier: McLaughlin, M. (2017). Méthodes sans factorisation pour la tomographie à rayons-X en coordonnées cylindriques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cet ouvrage s'inscrit à la suite de travaux portant sur l'étude du développement de resténoses par l'entremise de la tomographie à rayons X, ce qui requiert la reconstruction d'images haute résolution. À cette fin, nous considérons un algorithme de reconstruction itératif, basé sur le maximum a posteriori, qui permet une modélisation plus réaliste du processus d'acquisition des données. Soulignons que notre modélisation produit un problème aux moindres carrés régularisé sous contraintes de bornes. Les méthodes de reconstruction itératives sont reconnues pour produire des images de qualité, au détriment d'une augmentation drastique du stockage mémoire nécessaire et du temps de calcul. Afin de pallier la consommation mémoire prohibitive impartie par une discrétisation du sujet en coordonnées cartésiennes, nous utilisons une discrétisation en coordonnées cylindriques, qui permet d'exploiter la symétrie du processus d'acquisition des données. Celle-ci mène à un opérateur de projection bloc-circulant. Le mauvais conditionnement de cet opérateur est mitigé par la mise à l'échelle diagonale dans le domaine de Fourier, mais transforme les contraintes de bornes en inégalités linéaires. Ce travail a donc pour but d'étudier les différents solveurs sans factorisation pouvant résoudre un problème aux moindres carrés régularisé sous contraintes d'inégalités linéaires et d'identifier la méthode la plus performante. Nous émettons l'hypothèse qu'il est possible de projeter efficacement dans l'ensemble d'inégalités linéaires en traitant le dual du problème de projection, qui correspond à un problème aux moindres carrés sous contraintes de bornes. Suivant cette hypothèse, nous nous concentrons sur les méthodes d'ensemble actif à base de projections, notamment le gradient projeté spectral, une méthode d'ordre un, et une variante de l'algorithme TRON, une méthode d'ordre deux. Pour ce qui a trait au problème de projection, nous considérons différentes saveurs de méthodes de Newton projetées pour problèmes bornés. Nos résultats démontrent que notre variante de TRON résout efficacement le problème de reconstruction mis à l'échelle en coordonnées cylindriques. Elle offre même une performance similaire à L-BFGS-B sur le problème (non mis à l'échelle) en coordonnées cartésiennes, tout en ayant une empreinte mémoire considérablement inférieure. Nous discutons également de l'importance de l'exactitude des projections pour des méthodes à base de projection inexactes, telle l'approche que nous avons considérée.  ABSTRACT: This work was done in the context of previously established results relating to restenosis development via X-ray tomography, which calls for the reconstruction of high resolution images. To this effect, we consider an iterative reconstruction algorithm that relies on maximum a posteriori estimation and that describes the physical phenomena occuring during the data acquisition process more accurately. We stress that this procedure comes down to minimizing a regularized least squares problem under positivity constraints. Iterative reconstruction methods are known to produce high quality images at the expense of greater memory requirements and computational time. In order to circumvent the prohibitive memory requirements that occur when the object is discretized under cartesian coordinates, we use cylindrical coordinates, which allows us to exploit symmetries in the data acquisition process. In our algorithm, those symmetries materialize as a block-circulant projection matrix. The poor conditioning of this operator is mitigated by a diagonal scaling in the Fourier domain, but transforms the bound constraints into linear inequalities. Hence, our main objective is to study the various factorization-free solvers that can be applied to convex non-linear problems under linear inequalities and to identify the most efficient approach. Our work revolves around the hypothesis that efficient projections into the constraint set can be designed by considering the dual projection problem, which comes down to a bounded least squares problem. Consequently, we focus our attention on projection-based active-set methods, namely the spectral projected gradient and an adaptation of TRON, respectively first-order and second-order methods. For the projection problem, we consider different flavors of projected Newton method for bounded problems. Our results show that our variant of TRON efficently solves the rescaled reconstruction problem under cylindrical coordinates. It is even competitive with the likes of L-BFGS-B applied to the reconstruction problem under cartesian coordinates, while consuming drastically less memory. We also discuss the importance of the exactness — or accuracy — of the projections for inexact projection-based methods, such as those we considered.


identifier: De Leener, B. (2017). Development of an MRI Template and Analysis Pipeline for the Spinal Cord and Application in Patients with Spinal Cord Injury  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La moelle épinière est un organe fondamental du corps humain. Étant le lien entre le cerveau et le système nerveux périphérique, endommager la moelle épinière, que ce soit suite à un trauma ou une maladie neurodégénérative, a des conséquences graves sur la qualité de vie des patients. En effet, les maladies et traumatismes touchant la moelle épinière peuvent affecter l'intégrité des neurones et provoquer des troubles neurologiques et/ou des handicaps fonctionnels. Bien que de nombreuses voies thérapeutiques pour traiter les lésions de la moelle épinière existent, la connaissance de l'étendue des dégâts causés par ces lésions est primordiale pour améliorer l'efficacité de leur traitement et les décisions cliniques associées. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) a démontré un grand potentiel pour le diagnostic et pronostic des maladies neurodégénératives et traumas de la moelle épinière. Plus particulièrement, l'analyse par template de données IRM du cerveau, couplée à des outils de traitement d'images automatisés, a permis une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents de maladies comme l'Alzheimer et la Sclérose en Plaques. Extraire automatiquement des informations pertinentes d'images IRM au sein de régions spécifiques de la moelle épinière présente toutefois de plus grands défis que dans le cerveau. Il n'existe en effet qu'un nombre limité de template de la moelle épinière dans la littérature, et aucun ne couvre toute la moelle épinière ou n'est lié à un template existant du cerveau. Ce manque de template et d'outils automatisés rend difficile la tenue de larges études d'analyse de la moelle épinière sur des populations variées. L'objectif de ce projet est donc de proposer un nouveau template IRM couvrant toute la moelle épinière, recalé avec un template existant du cerveau, et intégrant des atlas de la structure interne de la moelle épinière (e.g., matière blanche et grise, tracts de la matière blanche). Ce template doit venir avec une série d'outils automatisés permettant l'extraction d'information IRM au sein de régions spécifiques de la moelle épinière. La question générale de recherche de ce projet est donc « Comment créer un template générique de la moelle épinière, qui permettrait l'analyse non biaisée et reproductible de données IRM de la moelle épinière ? ». Plusieurs contributions originales ont été proposées pour répondre à cette question et vont être décrites dans les prochains paragraphes. La première contribution de ce projet est le développement du logiciel Spinal Cord Toolbox (SCT). SCT est un logiciel open-source de traitement d'images IRM multi-parametrique de la moelle épinière (De Leener, Lévy, et al., 2016). Ce logiciel intègre notamment des outils pour la détection et la segmentation automatique de la moelle épinière et de sa structure interne (i.e., matière blanche et matière grise), l'identification et la labellisation des niveaux vertébraux, le recalage d'images IRM multimodales sur un template générique de la moelle épinière (précédemment le template MNI-Poly-AMU, maintenant le template PAM50, proposé içi). En se basant sur un atlas de la moelle, SCT intègre également des outils pour extraire des données IRM de régions spécifiques de la moelle épinière, comme la matière blanche et grise et les tracts de la matière blanche, ainsi que sur des niveaux vertébraux spécifiques. D'autres outils additionnels ont aussi été proposés, comme des outils de correction de mouvement et de traitement basiques d'images appliqués le long de la moelle épinière. Chaque outil intégré à SCT a été validé sur un jeu de données multimodales. La deuxième contribution de ce projet est le développement d'une nouvelle méthode de recalage d'images IRM de la moelle épinière (De Leener, Mangeat, et al., 2017). Cette méthode a été développée pour un usage particulier : le redressement d'images IRM de la moelle épinière, mais peut également être utilisé pour recaler plusieurs images de la moelle épinière entre elles, tout en tenant compte de la distribution vertébrale de chaque sujet. La méthode proposée se base sur une approximation globale de la courbure de la moelle épinière dans l'espace et sur la résolution analytique des champs de déformation entre les deux images. La validation de cette nouvelle méthode a été réalisée sur une population de sujets sains et de patients touchés par une compression de la moelle épinière. La contribution majeure de ce projet est le développement d'un système de création de template IRM de la moelle épinière et la proposition du template PAM50 comme template de référence pour les études d'analyse par template de données IRM de la moelle épinière. Le template PAM50 a été créé à partir d'images IRM tiré de 50 sujets sains, et a été généré en utilisant le redressement d'images présenté ci-dessus et une méthode de recalage d'images itératif non linéaire, après plusieurs étapes de prétraitement d'images. Ces étapes de prétraitement incluent la segmentation automatique de la moelle épinière, l'extraction manuelle du bord antérieur du tronc cérébral, la détection et l'identification des disques intervertébraux, et la normalisation d'intensité le long de la moelle. Suite au prétraitement, la ligne centrale moyenne de la moelle et la distribution vertébrale ont été calculées sur la population entière de sujets et une image initiale de template a été générée. Après avoir recalé toutes les images sur ce template initial, le template PAM50 a été créé en utilisant un processus itératif de recalage d'image, utilisé pour générer des templates de cerveau. Le PAM50 couvre le tronc cérébral et la moelle épinière en entier, est disponible pour les contrastes IRM pondérés en T1, T2 et T2*, et intègre des cartes probabilistes et atlas de la structure interne de la moelle épinière. De plus, le PAM50 a été recalé sur le template ICBM152 du cerveau, permettant ainsi la tenue d'analyse par template simultanément dans le cerveau et dans la moelle épinière. Finalement, plusieurs résultats complémentaires ont été présentés dans cette dissertation. Premièrement, une étude de validation de la répétabilité et reproductibilité de mesures de l'aire de section de la moelle épinière a été menée sur une population de patients touchés par la sclérose en plaques. Les résultats démontrent une haute fiabilité des mesures ainsi que la possibilité de détecter des changements très subtiles de l'aire de section transverse de la moelle, importants pour mesurer l'atrophie de la moelle épinière précoce due à des maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques. Deuxièmement, un nouveau biomarqueur IRM des lésions de la moelle épinière a été proposé, en collaboration avec Allan Martin, de l'Université de Toronto. Ce biomarqueur, calculé à partir du ratio d'intensité entre la matière blanche et grise sur des images IRM pondérées en T2*, utilise directement les développements proposés dans ce projet, notamment en utilisant le recalage du template de la moelle épinière et les méthodes de segmentation de la moelle. La faisabilité d'extraire des mesures de données IRM multiparamétrique dans des régions spécifiques de la moelle épinière a également été démontrée, permettant d'améliorer le diagnostic et pronostic de lésions et compression de la moelle épinière. Finalement, une nouvelle méthode d'extraction de la morphométrie de la moelle épinière a été proposée et utilisée sur une population de patients touchés par une compression asymptomatique de la moelle épinière, démontrant de grandes capacités de diagnostic (> 99%). Le développement du template PAM50 comble le manque de template de la moelle épinière dans la littérature mais présente cependant plusieurs limitations. En effet, le template proposé se base sur une population de 50 sujets sains et jeunes (âge moyen = 27 +- 6.5) et est donc biaisée vers cette population particulière. Adapter les analyses par template pour un autre type de population (âge, race ou maladie différente) peut être réalisé directement sur les méthodes d'analyse mais aussi sur le template en lui-même. Tous le code pour générer le template a en effet été mis en ligne (https://github.com/neuropoly/template) pour permettre à tout groupe de recherche de développer son propre template. Une autre limitation de ce projet est le choix d'un système de coordonnées basé sur la position des vertèbres. En effet, les vertèbres ne représentent pas complètement le caractère fonctionnel de la moelle épinière, à cause de la différence entre les niveaux vertébraux et spinaux. Le développement d'un système de coordonnées spinal, bien que difficile à caractériser dans des images IRM, serait plus approprié pour l'analyse fonctionnelle de la moelle épinière. Finalement, il existe encore de nombreux défis pour automatiser l'ensemble des outils développés dans ce projet et les rendre robuste pour la majorité des contrastes et champs de vue utilisés en IRM conventionnel et clinique. Ce projet a présenté plusieurs développements importants pour l'analyse de données IRM de la moelle épinière. De nombreuses améliorations du travail présenté sont cependant requises pour amener ces outils dans un contexte clinique et pour permettre d'améliorer notre compréhension des maladies affectant la moelle épinière. Les applications cliniques requièrent notamment l'amélioration de la robustesse et de l'automatisation des méthodes d'analyse d'images proposées. La caractérisation de la structure interne de la moelle épinière, incluant la matière blanche et la matière grise, présente en effet de grands défis, compte tenu de la qualité et la résolution des images IRM standard acquises en clinique. Les outils développés et validés au cours de ce projet ont un grand potentiel pour la compréhension et la caractérisation des maladies affectant la moelle épinière et aura un impact significatif sur la communauté de la neuroimagerie.  ABSTRACT: The spinal cord plays a fundamental role in the human body, as part of the central nervous system and being the vector between the brain and the peripheral nervous system. Damaging the spinal cord, through traumatic injuries or neurodegenerative diseases, can significantly affect the quality of life of patients. Indeed, spinal cord injuries and diseases can affect the integrity of neurons, and induce neurological impairments and/or functional disabilities. While various treatment procedures exist, assessing the extent of damages and understanding the underlying mechanisms of diseases would improve treatment efficiency and clinical decisions. Over the last decades, magnetic resonance imaging (MRI) has demonstrated a high potential for the diagnosis and prognosis of spinal cord injury and neurodegenerative diseases. Particularly, template-based analysis of brain MRI data has been very helpful for the understanding of neurological diseases, using automated analysis of large groups of patients. However, extracting MRI information within specific regions of the spinal cord with minimum bias and using automated tools is still a challenge. Indeed, only a limited number of MRI template of the spinal cord exists, and none covers the full spinal cord, thereby preventing large multi-centric template-based analysis of the spinal cord. Moreover, no template integrates both the spinal cord and the brain region, thereby preventing simultaneous cerebrospinal studies. The objective of this project was to propose a new MRI template of the full spinal cord, which allows simultaneous brain and spinal cord studies, that integrates atlases of the spinal cord internal structures (e.g., white and gray matter, white matter pathways) and that comes with tools for extracting information within these subregions. More particularly, the general research question of the project was “How to create generic MRI templates of the spinal cord that would enable unbiased and reproducible template-based analysis of spinal cord MRI data?”. Several original contributions have been made to answer this question and to enable template-based analysis of spinal cord MRI data. The first contribution was the development of the Spinal Cord Toolbox (SCT), a comprehensive and open-source software for processing multi-parametric MRI data of the spinal cord (De Leener, Lévy, et al., 2016). SCT includes tools for the automatic segmentation of the spinal cord and its internal structure (white and gray matter), vertebral labeling, registration of multimodal MRI data (structural and non-structural) on a spinal cord MRI template (initially the MNI-Poly-AMU template, later the PAM50 template), co-registration of spinal cord MRI images, as well as the robust extraction of MRI metric within specific regions of the spinal cord (i.e., white and gray matter, white matter tracts, gray matter subregions) and specific vertebral levels using a spinal cord atlas (Lévy et al., 2015). Additional tools include robust motion correction and image processing along the spinal cord. Each tool included in SCT has been validated on a multimodal dataset. The second contribution of this project was the development of a novel registration method dedicated to spinal cord images, with an interest in the straightening of the spinal cord, while preserving its topology (De Leener, Mangeat et al., 2017). This method is based on the global approximation of the spinal cord and the analytical computation of deformation fields perpendicular to the centerline. Validation included calculation of distance measurements after straightening on a population of healthy subjects and patients with spinal cord compression. The major contribution of this project was the development of a framework for generating MRI template of the spinal cord and the PAM50 template, an unbiased and symmetrical MRI template of the brainstem and full spinal cord. Based on 50 healthy subjects, the PAM50 template was generated using an iterative nonlinear registration process, after applying normalization and straightening of all images. Pre-processing included segmentation of the spinal cord, manual delineation of the brainstem anterior edge, detection and identification of intervertebral disks, and normalization of intensity along the spinal cord. Next, the average centerline and vertebral distribution was computed to create an initial straight template space. Then, all images were registered to the initial template space and an iterative nonlinear registration framework was applied to create the final symmetrical template. The PAM50 covers the brainstem and the full spinal cord, from C1 to L2, is available for T1-, T2- and T2*-weighted contrasts, and includes probabilistic maps of the white and the gray matter and atlases of the white matter pathways and gray matter subregions. Additionally, the PAM50 template has been merged with the ICBM152 brain template, thereby allowing for simultaneous cerebrospinal template-based analysis. Finally, several complementary results, focused on clinical validation and applications, are presented. First, a reproducibility and repeatability study of cross-sectional area measurements using SCT (De Leener, Granberg, Fink, Stikov, & Cohen-Adad, 2017) was performed on a Multiple Sclerosis population (n=9). The results demonstrated the high reproducibility and repeatability of SCT and its ability to detect very subtle atrophy of the spinal cord. Second, a novel biomarker of spinal cord injury has been proposed. Based on the T2*-weighted intensity ratio between the white and the gray matter, this new biomarker is computed by registering MRI images with the PAM50 template and extracting metrics using probabilistic atlases. Additionally, the feasibility of extracting multiparametric MRI metrics from subregions of the spinal cord has been demonstrated and the diagnostic potential of this approach has been assessed on a degenerative cervical myelopathy (DCM) population. Finally, a method for extracting shape morphometrics along the spinal cord has been proposed, including spinal cord flattening, indentation and torsion. These metrics demonstrated high capabilities for the diagnostic of asymptomatic spinal cord compression (AUC=99.8% for flattening, 99.3% for indentation, and 98.4% for torsion). The development of the PAM50 template enables unbiased template-based analysis of the spinal cord. However, the PAM50 template has several limitations. Indeed, the proposed template has been generated with multimodal MRI images from 50 healthy and young individuals (age = 27+/- 6.5 y.o.). Therefore, the template is specific to this particular population and could not be directly usable for age- or disease-specific populations. One solution is to open-source the templategeneration code so that research groups can generate and use their own spinal cord MRI template. The code is available on https://github.com/neuropoly/template. While this project introduced a generic referential coordinate system, based on vertebral levels and the pontomedullary junction as origin, one limitation is the choice of this coordinate system. Another coordinate system, based spinal segments would be more suitable for functional analysis. However, the acquisition of MRI images with high enough resolution to delineate the spinal roots is still challenging. Finally, several challenges in the automation of spinal cord MRI processing remains, including the robust detection and identification of vertebral levels, particularly in case of small fields-of-view. This project introduced key developments for the analysis of spinal cord MRI data. Many more developments are still required to bring them into clinics and to improve our understanding of diseases affecting the spinal cord. Indeed, clinical applications require the improvement of the robustness and the automation of the proposed processing and analysis tools. Particularly, the detection and segmentation of spinal cord structures, including vertebral labeling and white/gray matter segmentation, is still challenging, given the lowest quality and resolution of standard clinical MRI acquisition. The tools developed and validated here have the potential to improve our understanding and the characterization of diseases affecting the spinal cord and will have a significant impact on the neuroimaging community.