identifier: Marin, B. (2021). Caractérisation d'une formulation de bactériophages libres et micro-encapsulés dans un polymère biodégradable poly(ester amide urée) pour traiter les infections d'ulcères diabétiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les ulcères à pression diabétiques, qui sont l'une des principales complications du diabète, sont régulièrement ciblés par des infections résistantes difficiles à traiter. Les infections d'ulcères diabétiques sont très majoritairement traitées avec des antibiotiques, mais ces traitements ne sont pas toujours efficaces et environ un quart d'entre eux échouent, augmentant ainsi les risques d'amputation, de complications et de décès. La morphologie des plaies et des biofilms, ainsi que l'augmentation de la circulation des souches résistantes aux antibiotiques dans l'environnement, limitent l'efficacité des antibiotiques à traiter efficacement ces pathologies. L'augmentation de l'importance de la résistance aux antibiotiques a induit un regain d'intérêt pour les bactériophages (des virus infectant spécifiquement les bactéries) dans la médecine occidentale. Des études ont montré le réel potentiel des bactériophages à éliminer des biofilms bactériens et à traiter des infections d'ulcères diabétiques. Les phages pourraient être une alternative aux antibiotiques pour traiter ce type d'infection. L'utilisation d'une matrice polymérique biodégradable comme véhicule des bactériophages est une stratégie envisageable, car celle-ci permet une libération prolongée de phages sur une plaie tout en les protégeant de cet environnement. Cette technologie a montré des résultats très intéressants sur un autre type de plaie chronique. La présente étude porte sur la formulation F10, développée par Phagelux Canada, composée de 14 bactériophages à la fois libres et micro-encapsulés dans un polymère biodégradable poly(ester amide urée) (PEAU). Les 14 bactériophages sont spécifiques à un grand nombre de souches de Staphylococcus aureus, Klebiella pneumoniae et Pseudomonas aeruginosa. L'objectif principal de ce projet est de mesurer la cinétique de dégradation des microcapsules de PEAU de la formulation F10 et sa capacité à détruire des biofilms profondément ancrés dans la peau. Les objectifs secondaires sont (1) d'identifier dans la composition chimique du polymère PEAU les groupes fonctionnels ester et amide impliqués dans sa dégradation, (2) de mesurer la cinétique de dégradation des microcapsules de PEAU, (3) de mesurer la diffusion transdermique des bactériophages de la formulation dans un modèle de plaie d'ulcère diabétique et (4) de mesurer l'efficacité de la formulation à détruire un biofilm sur un modèle de plaie d'ulcère diabétique.  L'identification des groupes d'intérêt du PEAU est faite par l'analyse de son spectre FTIR. La dégradation des microcapsules de PEAU, en suspension dans un tampon, est étudiée en présence ou non d'élastase de neutrophile (protéase généralement présente sur les plaies d'ulcères diabétiques), et incubée à 32C pendant 72h. La biodégradation des microcapsules est mise en évidence par la libération des phages qu'elles contiennent. Deux modèles de plaie d'ulcère diabétique sont développés : le premier, sur peau humaine et dans une cellule de diffusion (cellule de Franz), pour mesurer le passage des phages à travers la peau humaine avec ou sans épiderme et le deuxième, sur peau de porc, pour évaluer l'efficacité de la formulation. Pour former les modèles, des portions de l'épiderme des peaux sont retirées à l'aide d'un poinçon à biopsie et d'un scalpel, des puits d'environ 0,5 mm de profondeur sont ainsi formés. Pour l'expérience de perméabilité, de l'élastase ou des biofilms de Pseudomonas aeruginosa sont ajoutés sur le modèle de plaie afin d'évaluer leurs effets sur la perméabilité de la peau aux phages. Pour l'expérience d'efficacité, les plaies formées sont infectées par une souche de Pseudomonas aeruginosa.   Les pics de transmittance correspondant aux liaisons des atomes des groupes fonctionnels ester et amide du PEAU sont clairement identifiés sur les spectres FTIR. Les microcapsules de PEAU se dégradent dans le tampon lorsque soumises à une agitation mécanique et libèrent les phages qu'elles contiennent, mais aucune différence n'est mesurée en présence d'élastase comparée au groupe contrôle. La quantité de bactériophages libérés se maintient à un niveau important pendant les 72h d'incubation. Aucun passage de phages à travers les couches de la peau humaine n'est détecté lorsque celle-ci possède un épiderme sain. Cependant, un nombre important de phages parvient à traverser complètement le derme du modèle d'ulcère diabétique sur peau humaine à partir de 24-48h d'incubation. La formulation F10 est efficace contre le biofilm de Pseudomonas aeruginosa du modèle sur peau porcine en 72h d'incubation.  La présence des groupes fonctionnels ester et amide dans le polymère PEAU a été confirmée, ils sont les cibles théoriques des protéases retrouvées sur les plaies d'ulcère diabétique, dont l'élastase. Cependant, nos résultats in vitro suggèrent que la présence d'élastase n'influence pas la cinétique de dégradation des microcapsules de PEAU. Sous l'influence de l'érosion à 32C, la cinétique de dégradation des microcapsules leur permet de se dégrader graduellement pendant au moins trois jours et de libérer de manière prolongée et soutenue des phages qu'elles contiennent. La diffusion transdermique des phages dans la peau est considérablement augmentée lorsque qu'ils sont déposés sur le modèle d'ulcère diabétique (peau sans épiderme) : tous les phages en contact direct avec le derme ont la capacité de le traverser. De plus, la formulation F10 s'est montrée efficace pour détruire un biofilm de Pseudomonas aeruginosa à la surface du modèle d'ulcère diabétique. Les bactériophages semblent aussi limiter la diffusion transdermique des bactéries du biofilm. La cinétique de dégradation des microcapsules, la diffusion transdermique importante des phages dans le derme ainsi que leur bonne efficacité à détruire un biofilm sur un modèle de plaie d'ulcère diabétique, confirment que la formulation F10 est un traitement envisageable pour les infections d'ulcères diabétiques. Ces résultats in vitro encouragent la poursuite des travaux de caractérisation de la formulation F10 et la réalisation d'essais in vivo et cliniques dans l'objectif de la commercialiser. À termes la formulation F10 pourrait proposer une alternative viable aux antibiotiques pour traiter les infections d'ulcères diabétiques, en particulier lorsque celles-ci ne répondent plus aux traitements conventionnels, pour ainsi diminuer le risque de complications, d'amputation et améliorer la survie associée à ces pathologies.  ABSTRACT: Diabetic pressure ulcers are common complications of diabetes and are often targeted by resistant and hard to treat bacterial infection.  These infections are usually treated with antibiotics, but these treatments aren't always effective and about a quarter of them fail. Amputation, complications and death risks increase with treatment failure. Complex wound and biofilm morphology with the increase of multi-drug resistant bacterial strains circulating in the environment limits the overall efficacity of antibiotic therapy in the treatment of diabetic pressure ulcers. Increased resistance to antibiotics has led to the rediscovery of bacteriophages, or simply phages, (virus that only infect bacterial cells) in occidental medicine. Studies show the real potential of bacteriophages in destroying bacterial biofilms and to treat diabetic pressure ulcer infections. Phages could be an alternative to antibiotics to treat these kinds of infections. The use of a biodegradable polymeric matrix as a vehicle for phages is a conceivable strategy because it could allow an extended release of phages in the wound environment while protecting them from this harmful environment. This technology already showed great results with another type of chronic wound. The present study is about formulation F10 developed by Phagelux Canada, a formulation of 14 bacteriophages, free and encapsulated in biodegradable poly(ester amide urea) (PEAU) polymer microcapsules. These 14 bacteriophages are specific to a large specter of Staphylococcus aureus, Klebiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa strains. The main objective is to measure PEAU microcapsules' degradation kinetics and the capacity of F10 formulation to destroy biofilms deeply embedded in the skin. Secondary objectives are: (1) identify in the PEAU's chemical composition the ester and amide functional group implicated in its biodegradation, (2) measure PEAU microcapsules' degradation kinetic, (3) measure transdermal diffusion of F10's bacteriophages in a diabetic pressure ulcer wound model and (4) measure F10's efficacity to destroy a biofilm on a diabetic pressure ulcer wound model.   PEAU functional group are identified with FTIR spectral analysis. Microcapsule biodegradation is performed in a buffer under mechanical agitation, with or without human neutrophil elastase (protease frequently present in diabetic pressure wound fluid) and incubated during 72h at 32C. Microcapsules degradation is highlighted by the release of phages contained in them. Two diabetic pressure ulcer wound models are designed for this study: the first one, on human skin and in a Franz cell, to measure phage transdermal diffusion with or without the epidermis on the skin, and the second, on porcine skin, to measure F10's efficacity on a bacterial biofilm. In order to create these two models, portions of skin epidermis are removed with a biopsy punch and a scalpel, and wells of an approximative depth of 0,5mm are created. For the transdermal diffusion experiment, human neutrophil elastase or Pseudomonas aeruginosa biofilm are disposed on the wound depending on the conditions. For the efficacity study, the wound is infected with a Pseudomonas aeruginosa strain.  Transmittance peaks corresponding to the chemical bonds of the amide and ester functional groups are clearly identified on the FTIR specter. PEAU microcapsules degrade and release encapsulated phages in the buffer when mechanically agitated, but there is no difference with or without human neutrophil elastase. Encapsulated phages are sustainably released during 72h. No phages completely cross the skin are detected in the receptor chamber of the Franz cell when the skin is healthy with an epidermis. But an important number of phages are detected in the receptor chamber when the skin doesn't have its epidermis on the wound model. F10 formulation show a good efficacity to destroy a Pseudomonas aeruginosa biofilm in the wound model in 72h.  Ester and amide presence are confirmed in PEAU composition. They are theoretical targets of the pressure ulcer wound's proteases. However, our in vitro results show that human neutrophil elastase doesn't influence microcapsules degradation kinetics. Under the influence of erosion at 32C, degradation kinetics of the microcapsules allows them to degrade during at least three days and sustainably release encapsulated bacteriophages. Phages' transdermal diffusion is considerably increased when they're put on the diabetic pressure ulcer wound models (skin without epidermis): they all have the potential to cross the dermis when in direct contact with the wound. F10 formulation shows a good efficacity against a Pseudomonas aeruginosa biofilm in our wound model. Furthermore, bacteriophages seem to limit bacteria's transdermal diffusion when they're on the wound. The microcapsules degradation kinetic, the important transdermal diffusion of phages across dermis and their good efficacy against a biofilm on the wound model, show the potential of the F10 formulation as a diabetic pressure ulcer infection treatment. These in vitro results support the pursuit of F10 characterization and future in vivo and clinical trials in order to commercialize this product. In the future, F10 formulation could improve diabetic pressure ulcer infection treatment, particularly when they don't respond to traditional antibiotics treatment, to reduce complications and amputations risks and to improve survival associated with these pathologies.


identifier: Bourdeau-Goulet, S.-C. (2021). Understanding the Impact of Climate change on a Series of Climate indices Related to Food Security, Infrastructure Resilience, and Human Health in Canada Using the State-of-the-Art CMIP6 Simulations  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les conditions climatiques jouent un rôle important pour les communautés, l'économie et l'environnement d'un pays. Les effets des changements climatiques, causés par l'activité humaine, sont déjà fortement ressentis au Canada altérant les normales climatiques du pays. En effet, la température annuelle moyenne du pays a augmenté de 1.7℃ en soixante ans ce qui est le double de l'accroissement moyen planétaire. Cette augmentation de température est encore plus évidente dans le nord du pays. Le Canada fait aussi face à une accélération de la fréquence et un accroissement de l'intensité des évènements extrêmes tels que les inondations et les vagues de chaleurs. Au même moment que le pays se réchauffe, le Canada devient davantage vulnérable aux changements de températures et précipitations. En particulier, l'agriculture, la résilience des infrastructures ainsi que la santé humaine et environnementale sont à très forts risques de dégradation.  ABSTRACT: Climatic conditions play an important role in shaping countries' society, economy, and environment. Canada has already been affected by the human-induced changes in climate, therefore altering normal climatic conditions in the country. Canada's annual average temperature has increased by 1.7℃ in sixty years, which is double the world average increase. This rise of temperature is even more evident in the Canadian North. The country is also facing more frequent and intense extreme events. As Canada gets warmer, the country becomes vulnerable to changes in temperature and precipitation. Particularly, agricultural production, infrastructure stability, and human and environmental health are at great risks of degradation. Climate models are the most credible tools to project future climate; therefore, their behaviour is critical to quantify climate change impacts. The advancements in computation allowed these models to continuously get updated with a greater goal of better representing physical processes and increasing models' spatial resolution. The simulations of the state-of-the-art Climate Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) have become recently available to the public. Due to important updates in these new models in comparison to their precedent CMIP5 ones, especially in terms of future scenarios, it is crucial to first analyze the behaviour of CMIP6 models over Canada in representing pertinent climate indices during the historical and future period. Second, due to the importance of potential evapotranspiration (PET) for hydrological and agricultural production modelling, it is essential to have a better understanding of changes in PET across Canadian regions in the future using the CMIP6 models. Such analyses considering a large set of CMIP6 simulations are not yet provided in the literature for Canadian regions.


identifier: Thisse, B. (2021). Analysis of Open Innovation Events Outcomes and their Impact on the Ecosystem  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire répond à la nécessité de mieux comprendre les événements d'innovation ouverte pour attirer davantage de financements et créer de meilleurs événements en donnant à leurs organisateurs des recommandations pratiques basées sur des analyses empiriques. Les événements d'innovation ouverte sont d'une durée déterminée et sont organisés pour stimuler l'innovation, les partenariats et la résolution de problèmes. Par exemple, lors d'un hackathon, les participants ont un temps limité pour résoudre un problème et l'équipe qui a la meilleure solution l'emporte. Les promoteurs manquent souvent d'arguments pour prouver l'importance de leurs événements à de nouveaux partenaires et investisseurs. Il y a un manque d'instruments validés empiriquement pour mesurer les résultats des événements et leur impact sur l'écosystème d'innovation. Les relations entre le design et les résultats des événements d'innovation ouverte ainsi que leur impact sur l'écosystème d'innovation sont encore peu étudiées. Ce mémoire vise à participer à combler ces lacunes en analysant les relations entre le design des événements d'innovation ouverte, leurs résultats et leur impact sur l'écosystème d'innovation. Des données empiriques primaires ont été collectées auprès de 122 participants par le biais d'une enquête en français et en anglais. Des analyses statistiques quantitatives ont été effectuées pour valider l'instrument de mesure et mettre en évidence les relations entre le design des événements d'innovation ouverte, leurs résultats et l'écosystème d'innovation. De nouveaux construits ont été validés pour mesurer la poursuite du projet, les opportunités de carrière pour les participants, la satisfaction des participants et leur intention de participer à nouveau. Deux construits ont été assemblés pour mesurer l'impact sur l'écosystème d'innovation en mesurant la création de valeur pour les individus et les organisations. Il a été démontré que certains éléments de design ont un impact sur les résultats des événements, avec le rôle modérateur de la motivation intrinsèque des participants. En particulier, l'impact positif de la présence de mentors sur la continuation du projet, la satisfaction du participant et leur intention de participer à nouveau a été démontré. Les résultats soulignent également l'impact positif des événements d'innovation ouverte sur l'écosystème d'innovation. La satisfaction des participants a un impact positif sur l'écosystème d'innovation et les opportunités de carrière suite aux événements créent de la valeur pour les individus de l'écosystème. Cette thèse ajoute à la littérature sur les événements d'innovation ouverte en donnant des arguments factuels pour organiser de meilleurs événements avec plus d'impact.  ABSTRACT: This thesis follows the need to have a better understanding of open innovation events to attract more funding and create better events by giving their organizers practical recommendations based on empirical analyses. Open innovation events are time-limited events organized to stimulate innovation, partnerships and problem solving. For example, during a hackathon, participants have a limited amount of time to solve a problem and the team with the best solution wins a reward. Promoters often lack arguments to prove the importance of their events to new partners and investors. There is a lack of empirically validated instruments to measure the events outcomes and impact on the innovation ecosystem. The relations between open innovation events design and outcomes and their impact on the innovation ecosystem are still under-studied. This thesis aims to participate to close these gaps by analyzing the relations between open innovation events design, outcomes and their impact on the innovation ecosystem. Primary empirical data have been collected from 122 solvers through a French and English survey. Quantitative statistical analyses have been performed to validate the instrument of measure and highlight the relations between open innovation events design, outcomes and the innovation ecosystem. New constructs have been validated to measure the project continuation, the career opportunities for solvers, the solvers' satisfaction and intention to participate again. Two constructs have been assembled to measure the impact on the innovation ecosystem by measuring the value creation for individuals and organizations. Some design elements have been shown to have an impact on the events outcomes with the moderating role of the solvers' intrinsic motivation. In particular, the positive impact of the presence of mentors on project continuation, participant satisfaction, and their intention to participate again was demonstrated. The results also highlight the positive impact of open innovation events on the innovation ecosystem. The satisfaction of participants has a positive impact on the innovation ecosystem and the career opportunities following the events create value for the individuals in the ecosystem. This thesis adds to the open innovation events literature by giving factual arguments to organize better events with more impact.


identifier: De Wachter, H. (2021). Towards an Integration of Life Cycle Assessment and Material Flow Analysis Databases: an Efficient Estimation and Rebalancing of Iron Flows in Ecoinvent  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse du cycle de vie (ACV) est une méthodologie qui évalue les impacts des produits et activités selon différentes catégories d'impact. Là où d'autres méthodes ne regardent que les impacts directs d'un produit (par exemple les émissions de gaz à effet de serre des voitures pendant leur phase d'utilisation), l'analyse du cycle de vie prend également les impacts indirects (comme la production et la fin de vie de la voiture elle-même) en compte. Ce faisant, les impacts complets d'un produit peuvent être quantifiés et comparés aux impacts complets d'une alternative, évitant le déplacement de l'impact vers, par exemple, différents pays ou étapes du cycle de vie. L'ACV peut ainsi aider des processus de prise de décision en comparant les impacts environnementaux des alternatives possibles pour différentes catégories d'impact. Pour réaliser une ACV, toute la chaîne de valeur d'un produit ou d'une activité doit être modélisée. Pour éviter d'avoir à modéliser la chaîne de valeur complète à partir de zéro pour chaque ACV, des bases de données avec des produits, des processus et des chaînes de valeur prédéfinis ont été développées. Parmi ces bases de données d'inventaires de cycle de vie (ICV), ecoinvent est parmi les plus importantes et utilisées au monde. Jusqu'à présent, le développement de ces bases de données s'est concentré sur la quantification des inventaires et les impacts connectés de chaque produit et activité sans prendre en compte la dimension matérielle. La dimension matérielle n'a pas été prise en compte, car les marchés ont été supposés homogènes. Cela implique que la composition des produits qui permettent la fabrication d'un autre produit n'a pas influencé les impacts dudit produit, rendant la dimension matérielle inutile. En raison de ce manque de concentration sur la composition des matériaux, il était impossible d'utiliser la loi de la conservation de la masse pour évaluer la validité de chaque modèle de processus individuel et la cohérence globale de l'ensemble de la base de données. Pourtant, il reste des preuves anecdotiques que la conservation de la masse, l'une des lois fondamentales de la nature, n'est pas respectée. De plus, l'émergence de notions d'économie circulaire comme le décyclage et le traitement en fin de vie a souligné l'importance de la pureté et de la composition des produits.  ABSTRACT: Life cycle assessment (LCA) is a methodology which assesses impacts of products and activities for different impact categories. Where other methods only look at the direct impacts a product has (for example the emission of greenhouse gases from cars during their use phase), life cycle assessment also takes indirect impacts (like the production and end-of-life of the car itself) into account. By doing so, the complete impacts of a product can be quantified and compared to the complete impacts of a possible alternative, avoiding impact displacement to, for example, different countries or life cycle stages. LCA can thus support decision making processes by comparing the environmental impacts of the possible alternatives for different impact categories. To be able to perform an LCA, the whole value chain of a product or activity should be modelled. To avoid having to model the complete value chain from scratch for every LCA, databases with predefined products, processes and value chains were developed. Of these life cycle inventory (LCI) databases, ecoinvent is the self-proclaimed world's leading. Until now, the focus for developing these databases lied on quantifying the inventories and connected impacts of every product and activity without taking the material dimension into account. The material dimension was not taken into account because markets were assumed to be homogeneous. This implies that the composition of products that enable the production of another product did not influence the impacts of said product, making the material dimension unnecessary. Because of this lack of focus on material composition, it was impossible to use conservation of mass to assess the validity of each individual process model, and the overall consistency of the entire database. Still, there remains anecdotal evidence that conservation of mass, one of the fundamental laws of nature, is not respected. Additionally, the emergence of circular economy notions like down-cycling and end-of-life treatment underlined the importance of the purity and composition of products.


identifier: Corbin, D. (2021). Investigation de biomarqueurs rétiniens pour la cognition et l'Alzheimer à partir du fundus  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Introduction : La maladie d'Alzheimer représente plus de 60% des formes de démence chez la population vieillissante. Il n'existe actuellement aucun traitement disponible pour ralentir ou arrêter la progression de la maladie, principalement parce que le diagnostic n'est pas facile à établir tôt. L'accumulation de bêta-amyloïde dans le cerveau est considéré comme un facteur de risque important menant au développement de la maladie d'Alzheimer. L'imagerie par émission de positrons (TEP) est la seule méthode cliniquement viable qui permet actuellement de confirmer la présence in vivo de plaques d'amyloïdes dans le cerveau. Toutefois, cette modalité est très coûteuse et invasive ce qui la rend inadéquate pour une application à grande échelle. Ainsi, afin de permettre de construire des études cliniques qui pourront tester des traitements préventifs, il faut élaborer un moyen d'identifier les individus à risque de développer la maladie d'Alzheimer le plus tôt possible. Il est possible d'imager le cerveau par l'entremise de l'œil qui offre une vue directe sur le système nerveux central. Selon l'hypothèse que la maladie d'Alzheimer et la cognition se manifestent dans la rétine, les objectifs sont donc de 1) Développer une méthode de segmentation basée sur l'imagerie hyperspectrale pour segmenter/discriminer les artères/veines afin d'améliorer la plateforme de phénotypage Aβ d'Optina Diagnostic et 2) Développer une méthode permettant d'évaluer si la cognition d'un individu peut être prédite à partir d'une image RGB de sa rétine et de métadonnées.  Méthode : Pour le premier objectif, un modèle d'apprentissage profond tirant avantage de l'information hyperspectrale des images d'Optina Diagnostic est développé pour segmenter les vaisseaux. Ce dernier est basé sur la combinaison du LadderNet avec le CRU-Net afin d'obtenir le Cascade-LadderNet. L'entrainement, la validation et la phase de tests s'effectuent sur 172 images hyperspectrales annotées par Optina Diagnostic. Pour le second objectif, un modèle d'apprentissage profond préentrainé sur ImageNet, EfficientNet, est utilisé afin de prédire la cognition à partir d'une image de fundus. L'architecture est également modifiée de manière à inclure les métadonnées dans le processus de prédiction. Cette solution est développée en utilisant les données de l'Étude Longitudinale Canadienne sur le Vieillissement (ÉLCV) qui comporte plus de 60 000 images uniques de fundus. Résultats : Pour le premier objectif, le modèle proposé performe mieux que l'état de l'art pour la segmentation/discrimination d'artères et veines. La métrique Dice atteinte par la méthode proposée est supérieure à l'état de l'art pour les vaisseaux (0.904 vs 0.898) et les veines (0.893 vs 0.833), mais pas pour les artères (0.820 vs 0.860). Pour le second objectif, il a été possible d'obtenir un modèle qui en utilisant les images de fundus et les métadonnées était capable d'expliquer 22,4% de la variance des scores cognitifs dans l'ensemble des données de test. Les métadonnées se sont avérées plus efficaces pour expliquer la variance dans l'échantillon (20,4%) par rapport aux images de fundus (9,3%). Toutefois, les meilleurs résultats ont été obtenus lorsque les deux modalités étaient combinées.  Conclusion : Il a été possible de répondre aux 2 objectifs. D'abord, une nouvelle méthode de segmentation et de discrimination des vaisseaux basée sur des images hyperspectrales a été développée. Ensuite, l'apprentissage profond a permis de relier les métadonnées et les images de fundus aux scores cognitifs de la cohorte de l'ÉLCV démontrant qu'il est possible de prédire la cognition à partir de la rétine. L'atteinte de ces deux objectifs aidera certainement de futures recherches à identifier plus facilement des biomarqueurs permettant de détecter plus tôt la maladie d'Alzheimer.  ABSTRACT: Introduction: Alzheimer's disease accounts for more than 60% of dementia cases in the aging population. There is currently no treatment available to slow or stop the progression of the disease, mainly because diagnosis is not easy to establish early. Accumulation of beta-amyloid in the brain is considered a significant risk factor leading to the development of Alzheimer's disease. Positron emission imaging (PET) is the only clinically viable method currently used to confirm the presence of amyloid plaques in the brain in vivo. However, this modality is very expensive and invasive making it unsuitable for large-scale application. Thus, in order to build clinical studies that can test preventive treatments, a means must be developed to identify individuals at risk of developing Alzheimer's disease as soon as possible. The brain can be imaged through the eyes, which provides a window to the central nervous system. Knowing that Alzheimer's disease and cognition can manifest in the retina, the objectives are therefore 1) Develop a deep learning segmentation method based on hyperspectral imaging to segment/discriminate arteries/veins in order to improve the Aβ phenotyping platform of Optina Diagnostic and 2) Develop a deep learning method able to predict the cognition of an individual from an RGB image of his retina and metadata.  Methods: For the first objective, a deep learning model using hyperspectral information from Optina Diagnostic images is developed to segment vessels. The latter is based on the combination of LadderNet with CRU-Net in order to obtain the Cascade-LadderNet. The training, validation and testing phase is carried out on 172 hyperspectral images annotated by Optina Diagnostic. For the second objective, a pre-trained deep learning model on ImageNet, EfficientNet, is used to predict cognition from a fundus image. The architecture is also modified to include metadata in the prediction process. This solution is developed using data from the Canadian Longitudinal Study on Aging (CLSA) which include more than 60 000 unique fundus images.  Results: For the first objective, the proposed model performs better than the state of the art for segmentation and discrimination of arteries and veins. The Dice score achieved by the proposed method was higher than the state of the art for vessels (0.904 vs 0.898) and veins (0.893 vs 0.833), but not for arteries (0.820 vs 0.860). For the second objective, the proposed model was able to explain 22.4% of the variance of cognitive scores in all test data using fundus images and metadata. Metadata proved to be more effective in explaining variance in the test samples (20.4%) versus fundus images (9.3%).  However, best results were achieved when both modalities were combined.  Conclusion: It was possible to achieve both objectives. First, a novel method for vessel segmentation and discrimination based on hyperspectral images was proposed. Second, a deep learning approach was able to link metadata and retinal fundus to the cognitive scores of the CLSA cohort demonstrating that it is possible to predict cognition from the retina. The achievement of these two objectives will certainly help future research to more easily identify biomarkers for earlier detection of Alzheimer's disease.


identifier: Omé, V. (2021). Conception et optimisation d'un bras robotique ultraléger pour le déploiement de tâches de contact par drone  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La maintenance d'infrastructures difficiles d'accès, par exemple les éoliennes, les ponts ou encore les sites industriels, est aujourd'hui assurée par le travail de techniciens suspendus dans les airs, appelés techniciens cordistes. Ces interventions demandent un déploiement conséquent en matériel et en temps, elles sont fonction des intempéries et peuvent être dangereuses. Plusieurs applications de robotique aérienne visent à aider les techniciens, mais se limitent pour la plupart à des tâches d'inspection, sans capacités de déployer des procédés nécessitant un contact maintenu avec la structure. En vue du déploiement de tâches de parachèvement en zones difficiles d'accès, la conception d'un robot six axes ultraléger est présentée dans ce mémoire. Le robot est intégré sur un drone d'emport de charges lourdes équipé d'un système d'accostage, nommé Base Attachment Module (BAM). Ce système permet, à la suite d'une phase d'approche, de stabiliser le drone contre une paroi à l'aide de ventouses actives, puis de couper ses moteurs pour maintenir le système en position avec une consommation minime en énergie. Dans cette configuration, un procédé robotique peut être déployé sur la paroi, dans le demi-plan au dessus de la base du robot. Les performances du drone et du BAM permettent d'accommoder la plage d'angle d'accostage de 0 à 180°, modifiant ainsi les chargements subis par le robot. Une architecture du robot modulaire et facilement paramétrable est proposée. La modularité des articulations et des membrures permet de décliner l'assemblage du robot facilement selon son usage, que ce soit pour différents angles d'accostage comme dans ce projet, mais tout aussi bien pour d'autres applications, d'autres outils montés en bout de bras, d'autres efforts maximaux, etc. Les performances du robot dans son espace articulaire sont évaluées en simulation à partir de requis stricts formulés dans l'espace cartésien. La base du robot étant fixe pendant le déploiement du procédé, la portée joue pour beaucoup dans la viabilité du système. Une routine d'optimisation est utilisée dans le but de maximiser la surface de travail du robot sous une limite de masse fixe, pour une valeur d'angle d'accostage du drone. Le choix des moteurs et des réducteurs de deux articulations différentes (attribuées respectivement aux axes 1 à 3 et 4 à 6), ainsi que les longueurs du bras et de l'avant-bras sont optimisés. Une optimisation multi-objectifs par algorithme évolutif permet, dans un premier temps, de maximiser la surface et minimiser la masse du robot conjointement afin d'obtenir un panel de designs optimaux et définir un palier de masse maximale adapté. A partir de cette limite de masse, une conception optimale unique est obtenue pour chaque angle d'accostage, maximisant ainsi les performances du robot dans tous les cas de déploiement.  ABSTRACT: Maintenance operations of structures in heights, such as wind turbines, bridges, industrial plants or silos are nowadays performed by rope access technicians. Such deployments require a lot of security equipment, planning, they are time-consuming and can be harmful. Aerial robotics projects are aiming to help technicians in their missions, but they often limit to inspection tasks, with no capacity to deploy continuous efforts of moderate magnitude on structures. With a view to perform finishing operations on hard-to-reach areas, the design of a six axes ultralightweight robot arm is introduced in this thesis. The robot integrates on a high payload drone equipped with a docking system, named Based Attachment Module (BAM). Following an approach phase, the docking module stabilizes the drone on a surface through active suction cups and keeps the anchor with minimal energy consumption with the drone's rotors shut downed. A robotic process can be deployed in the half plane on the upper part of the base of the robot. The performances of the drone coupled to the BAM in pitch control allow to work on a range of docking angles from 0 to 180°. This heavily changes the loads that are seen on the robot axes. A modular and easily parametrizable architecture is defined. A joints and links modularity allows to decline the assembly of the robot easily, for various usages of the robot, as it is focused in this thesis for different angles of anchoring of the base but it is also adapted to the diversification of maintenance tasks, end effectors or process loads. Performances of the robot in its joint space are computed with simulations of the robot, from strict requirements in Cartesian space.The robot base being fixed during finishing operations, the reach is critical in the viability of the system during its early design. An optimization routine is used to maximize the work surface of the robot in a strict mass allowance, for a specific docking angle. Motors and gearheads choices for two joint modules (respectively designed for axes 1 to 3 and 4 to 6), and the arm and forearm lengths are optimized. A multi-objective genetic algorithm optimization maximizes the work surface while minimizing the total mass of the robot. A range of optimal designs is obtained and is used to define a suitable mass limit. From this mass allowance, a unique optimized robot definition is achieved for every docking angle, allowing to maximize the performances in every scenario. A 3D model of the optimized solution for wall docking is presented as the conclusion of the research of this thesis. A specific attention is brought to the design of the joint modules, integrating specific components and requiring complex assemblies. The progress achieved in the design lead to the fabrication of a prototype and the definition of lightweight arm control algorithms.


identifier: Brzeski, D. (2021). Development of Thermosetting Composite Materials for Producing Multifunctional Coatings by Direct Ink Writing  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La démocratisation du transport aérien rend accessible tant les contrées éloignées que les grandes villes à un nombre croissant de voyageurs. Au vu des défis environnementaux découlant d'une mobilité accrue, de nouvelles normes internationales assujettissent le domaine de l'aviation civile à d'importantes restrictions quant à la pollution sonore et aux émissions de gaz à effet de serre. Ces normes poussent les fabricants de composantes aéronautiques à concevoir des produits d'ingénierie non seulement plus légers, mais aussi énergétiquement plus performants afin de réduire la consommation de carburant des aéronefs. L'amélioration des turbosoufflantes à haut débit de dilution constitue la clé pour réduire les émissions nocives des avions. Dans la soufflante, il est possible d'optimiser la consommation de carburant en limitant les fuites d'air en bout d'aube. À cet effet, des revêtements de composites thermodurcissables, dits abradables, sont appliquées sur la périphérie intérieure du carter-moteur pour contrôler le jeu fonctionnel entre les aubes et la section stationnaire les entourant. Du même coup, il est envisagé d'intégrer une seconde fonctionnalité aux revêtements abradables, soit de structurer le revêtement de manière à obtenir des réseaux filamentaires ordonnés pouvant atténuer le bruit émis par la soufflante. La fabrication additive est un outil de choix pour mettre en forme de tels revêtements en raison de leur complexité. Cependant, il n'existe pas de matériau qui puisse remplir simultanément la fonction d'abradabilité et celle d'atténuation sonore. Ce projet est donc consacré à l'élaboration de matériaux composites thermodurcissables multifonctionnels pouvant être mis en forme par voie de fabrication additive, ici par écriture d'encre directe à haute vitesse. Le produit abradable commercial couramment employé par Safran, le partenaire industriel de ce projet, n'est pas imprimable en raison du fort taux de microsphères de verre creuses dans le matériau. Le développement du nouveau matériau s'appuie ainsi sur la résine de base du produit commercial sans microsphères ajoutées. Différentes proportions de microsphères et/ou de nanoparticules de silice sont incorporées dans le but d'obtenir des formulations pouvant être non seulement extrudées par les buses de 250 µm, mais lesquelles ont aussi l'habileté de conserver leur forme imprimée pendant que le matériau polymérise et fige. Des observations au microscope électronique et des balayages d'imagerie par rayons-X sont utilisées pour analyser la forme des filaments extrudés ainsi que l'intégrité des microsphères post-impression. À l'issue des observations au microscope, les trois formulations présentant la meilleure fidélité géométrique et intégrité microstructurelle sont retenues.  ABSTRACT: The democratisation of travel gives easy access to both remote regions and densely populated areas, bringing them closer than ever to a growing number of passengers. Considering the environmental challenges arising from increased travel, new international policies impose severe restrictions on commercial aviation with respect to noise pollution and greenhouse gas emissions. These policies push aircraft component manufacturers to design products that are not only lighter but also more energy efficient to reduce aircraft fuel consumption. Optimising the efficiency of high-bypass turbofans is paramount for reducing harmful aircraft emissions. Within the fan region, fuel consumption may be optimised by limiting blade tip air losses. To this end, coatings of abradable thermosetting composites are applied to the inner surface of the fan case to reduce the functional clearance between the blades and the shrouding. In addition, giving a second functionality to the abradable coatings could address noise pollution regulations. The abradable coating would have to be arranged in a porous structure to absorb the noise emitted by the fan. Additive manufacturing is a suitable method for shaping such noise-abating coatings due to their intricacy and fine detailing. However, there is no one material on the market that can simultaneously perform both abradable and sound absorption functionalities. It is therefore the aim of this project to develop multifunctional thermosetting composite materials that can be shaped by additive manufacturing, here by high-speed direct ink writing. The commercial abradable product for the fan case used by Safran, the industrial partner of this project, is not printable due to the high filler loading in the material (hollow glass microspheres). Hence, the development of the new multifunctional material is based on the base resin of the commercial product, without fillers. Different loadings of microspheres and/or fumed silica nanoparticles are added in order to obtain blends which can be extruded by the 250 µm nozzles, and to enable printed shape retention until the part cures. Electron microscopic observations and X-ray imaging scans are used to study the shape of extruded filaments as well as filler integrity. Three best blends are retained for further testing based on their ability to keep a circular filamentary shape and the integrity of microspheres after printing. Rheological characterisations yield a complete flow behaviour model, which combines the effects of polymerisation and shear rate induced by the extrusion process. The models thus established find application for (1) calculating the pressure required for each developed blend to achieve a desired print speed at a known time after material mixing, and (2) predicting the speed maximum printing speed corresponding to the limiting pressure of a given extrusion system.


identifier: Ozeir, E. (2021). Amélioration des performances mécaniques de matériaux de fondations routières par calcification chimique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les techniques courantes de construction et de réhabilitation des chaussées reposent sur l'amélioration de l'état géotechnique des matériaux routiers au moyen du compactage ou par l'ajout d'un liant chimique. Malgré leur grande efficacité sur le plan technique, ces opérations de stabilisation mécanique et chimique demeurent coûteuses et engendrent parfois un impact sur l'environnement. Pour pallier ces contraintes, la recherche de solutions alternatives pouvant s'inscrire pleinement dans le contexte du développement durable est en plein essor. Parmi ces solutions, la stabilisation par calcification chimique a très récemment fait son apparition avec le principe de renforcer le sol en place par le biais de précipités chimiquement produits. La calcification chimique consiste à introduire, dans la matrice du sol, des produits réactifs susceptibles de générer une réaction indispensable à la précipitation de carbonate de calcium. Localisés aux points de contact des grains, ces précipités forment des ponts de cimentation liant les particules de sol entre elles de sorte à améliorer leurs caractéristiques mécaniques. Dans cette étude, quatre réactions chimiques potentielles sont impliquées dans le mécanisme de précipitation envisagé. Ces réactions se différencient par la nature des produits chimiques utilisés en tant que sources de calcium et de carbonates.  ABSTRACT: Common pavement construction and rehabilitation techniques are based on improving the geotechnical state of road materials through compaction or addition of a chemical binder. Despite their high technical efficiency, these mechanical and chemical stabilization operations remain costly and can sometimes impact the environment. To overcome these constraints, the search for alternative solutions that can be fully integrated into the context of sustainable development is booming. Among these solutions, the stabilization by chemical calcification has very recently appeared with the principle of strengthening the soil in place by means of chemically produced precipitates. Chemical calcification involves the introduction into the soil matrix of reagents capable of generating an indispensable reaction to calcium carbonate precipitation. Located at grain contact points, these precipitates form cement bridges that bind soil particles together to improve their mechanical characteristics. In this study, four potential chemical reactions are involved in the proposed precipitation mechanism. These reactions differ in the nature of the chemicals used as sources of calcium and carbonates.


identifier: Gamache, J.-F. (2021). On Topology Optimization in the Generative Design Framework : use on Aircraft Structure design  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La conception des ailes d'avion est un projet pluridisciplinaire complexe qui demande une collaboration importante entre tous les groupes de développement. Un des membres principaux de cette équipe pluridisciplinaire est l'équipe de conception structurelle. Depuis quelques années, l'optimisation topologique est de plus en plus utilisée par les ingénieurs structuraux puisque c'est un outil qui leur permet de diminuer significativement la masse des composantes structurelles. Ce projet de doctorat s'inscrit dans le cadre du projet de grande envergure MuFox, qui regroupe plusieurs partenaires académiques et industriels du domaine aéronautique canadien. L'objectif de MuFox est de développer un cadre d'optimisation multidisciplinaire pour les caissons de voilure d'avions commerciaux. C'est dans ce contexte que ce projet cherche à développer des méthodes et des outils pour intégrer l'optimisation topologique dans le processus de conception des caissons de voilure et plus spécifiquement des panneaux raidis. En effet, plusieurs tentatives dans la littérature et dans l'industrie ont démontré que l'utilisation actuelle de l'optimisation topologique sur les panneaux raidis ne permet aucun gain de masse significatif et que son utilisation dans le processus de conception reste laborieux. Dans cette thèse, nous avons identifié plusieurs limitations au niveau du processus de conception basé sur l'optimisation topologique pour l'optimisation de structures aéronautiques. C'est pourquoi nous proposons un cadre de conception générative (generative design), afin de mieux étudier l'effet de l'optimisation topologique, qui est alors considéré comme un système génératif (generative system). La conception générative peut être décrite comme l'automatisation du design conceptuel par des règles implémentées sur ordinateur. Les systèmes génératifs ont trois propriétés clefs, soit la génération, la représentation et l'exploration. Nous notons un déséquilibre de ces trois propriétés pour l'optimisation topologique appliquée aux structures aéronautiques, principalement lors de la prise en compte de l'instabilité liée au flambement. L'inclusion du flambement amplifie ce déséquilibre relié à l'utilisation de la génération implicite qui rend l'implémentation d'analyses de plus haute fidélité très difficile. C'est ce que nous mettons de l'avant dans deux articles qui discutent des méthodes basées sur la densité et sur le « Ground-Structure ». Dans les deux cas, il apparaît primordial d'inclure un processus de validation pour être capable d'évaluer la performance réelle des solutions que l'optimisation topologique génère. Les résultats de ces études montrent aussi que la complexité des solutions proposées rend la validation difficile. Nous avons aussi mis de l'avant la taille impressionnante de l'espace de conception lors de l'optimisation topologique. Afin de faciliter le processus d'interprétation et de validation de la performance au travers de ce large espace de conception, nous proposons un algorithme basé sur la vision par ordinateur qui peut automatiquement reconnaître une structure explicite, donc d'identifier le graphe de connexions, à partir de la distribution de matière implicite. Finalement, pour parer les déséquilibres des algorithmes d'optimisation topologique actuels, nous proposons un nouvel algorithme qui tient en compte la complexité des solutions et la taille de l'espace de conception. Le développement de cet algorithme a pour but de développer une manière efficace d'utiliser une génération explicite et une exploration axées sur la diversité. Nous avons nommé cet algorithme « Complexity-Driven Conceptual Exploration for Aircraft Structures » (CD-CEAS). C'est donc un algorithme qui vise d'abord l'aide à la conception puis l'optimisation, contrairement à l'optimisation topologique classique qui vise un résultat "optimal", avec des contraintes de conception. CD-CEAS est basé sur plusieurs disciplines de l'ingénierie, incluant le design axiomatique pour évaluer la complexité fonctionnelle, les systèmes génératifs axés sur la performance, la grammaire basée sur les graphes et la recherche stochastique. Les résultats de deux études de cas sont présentés et montrent un avantage marqué par rapport à l'optimisation topologique autant au niveau de la vitesse d'exécution que de l'exploration. Par exemple, dans un cas de design de panneau de type « bulkhead », on peut faire apparaître un compromis de 1% de masse, pour une réduction de 70% de complexité. Pour la génération de panneau compressé avec contrainte de flambement, 500 solutions ont été créés et dimensionnées en seulement 6 heures. Pour l'équivalent avec l'optimisation topologique par densité, le temps de calcul est plutôt de 3 à 4 jours.  ABSTRACT: Aircraft wing design is a complex multidisciplinary task which requires a close collaboration between multiple engineering groups. A main actor of aircraft design is the team of design and analysis of the structure. Engineers have come to rely on many structural optimization tools, and more recently topology optimization has seen an increase usage. Topology optimization has shown to be an effective tool to significantly reduce the weight of simple structural components. This doctoral project is part of the multidisciplinary optimization project MuFox, which is a large partnership with the Canadian aeronautic industry and academic partners. The objective of MuFox was to develop a multidisciplinary optimization framework for the design of aircraft wing box. It is in this context that we developed our work of wing box topology optimization for aircraft design, and more specifically for stiffened panel design. There exists several publications in academia and industry for stiffened panel topology optimization but current results show no significant reduction of weight with respect to conventional designs, as well as they are unable to demonstrate either time reduction or simplification of the design process. In our work, we have identified multiple limitations in the design process based on topology optimization for aircraft structural component. This is why we propose to use a generative design framework to categorize topology optimization as a generative system and improve its capabilities within this framework. Generative design can be summarized as the automation of conceptual design via the use of a generative system. Generative systems have three key properties: generation, representation and exploration. We note that these properties are not balanced for topology optimization when used for the design of aircraft structures, which is mainly driven by buckling instabilities prevention. Buckling analysis amplifies the unbalance of the implicit generation used in topology optimization when trying to use high-fidelity models. This is put forward in two articles of this thesis which concern two algorithms: the density-based approach and the ground-structure approach. In both cases, the importance of validation with high-fidelity models is put forward to ensure performance is conserved when the topologies are interpreted and designed. The results have shown that validation and interpretation is made more difficult by the complexity of material distributions. Another challenging aspect is the enormous size of the design space of topology optimization, which requires many evaluations to understand. Exploration with these algorithms is minimal. To automate validation and exploration of this large design space, we propose a tool based on computer vision. The algorithm we have developed allows the computer to automatically translate the implicit model used in continuous topology optimization towards an explicit model that can be used directly for high-fidelity validation modeling. Finally, with the identified unbalance of topology optimization as a generative system, we propose a new algorithm for aircraft structural optimization. This new algorithm takes into account the complexity and size of the design and solution space to help designers navigate and reach optimal solutions. We have named the algorithm “Complexity-Driven Conceptual Exploration for Aircraft Structures” (CD-CEAS). The main development driver was to build an explicit generation method that can easily consider high-fidelity models and an exploration algorithm that is focused on diversity rather than intensification. Consequently, CD-CEAS is focused on design first and optimization second, whereas topology optimization is focused on optimization first and design second. CD-CEAS includes many engineering methods, as in axiomatic design, performance-based generative systems, graph-grammars and stochastic search. Results from two case studies have shown a clear advantage of CD-CEAS with respect to current topology optimization approaches in terms of speed of execution (including all aspects of generation, representation, and exploration) and in terms of solution diversification. We have found that by adapting the balance of generation, representation and exploration to the specific problem of stiffened panel design, we can obtain a better tool for supporting the design process. For example, in the case of the pressurized bulkhead, CD-CEAS showed a compromise of about 1% of weight, with a reduction of 70% of complexity. Furthermore, in the case the compressed stiffened panel CD-CEAS generated and sized 500 feasible layouts in only 6 hours. An equivalent exploration had taken multiple days with a commercial software.


identifier: Bissonnette, J. (2021). Développement de méthodes d'échantillonnage de particules de poudre modifiées lors d'impressions par FSL de l'alliage de titane Ti64  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La fusion de lit de poudre par laser (FSL) est une méthode de fabrication additive (FA), souvent appelée impression 3D, qui offre plusieurs avantages comparativement à des méthodes plus conventionnelles telles que la coulée et l'usinage. Notamment, les pièces imprimées peuvent avoir des géométries plus complexes qui permettent l'optimisation des propriétés des pièces tout en minimisant la masse de celles-ci.   Un autre avantage de taille est la minimisation des retailles de fabrication par rapport à ce qui se produit avec des méthodes conventionnelles. En effet, à la suite de la fusion du lit de poudre lors de la fabrication de la pièce, une grande partie de la poudre n'ayant pas été fondue peut être récupérée pour des impressions subséquentes.  Cependant, la poudre récupérée et recyclée peut avoir été modifiée durant l'impression par FSL. En effet, le passage du laser sur le lit de poudre engendre la génération de particules projetées ailleurs sur le lit de poudre. L'élévation de la température localement près du laser peut aussi affecter thermiquement les particules de telle sorte que leur état soit modifié.  L'effet des différentes particules modifiées lors d'une impression sur les propriétés des pièces imprimées n'est pas très bien connu. Il est important de bien caractériser chaque type de particules modifiées (nombre, forme, taille, couleur, composition chimique) pour pouvoir ensuite établir un lien avec des effets sur les pièces imprimées.  Dans le cadre de cette étude, deux méthodes d'échantillonnage des projections et des particules affectées thermiquement près des zones du lit de poudre fusionnée ont été développées en collaboration avec Safran Tech et Tekna. La poudre utilisée est de la poudre de Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial) de grade 23.  Les échantillons recueillis permettent la caractérisation d'un grand nombre de particules. Quatre types de projections et un type de particules affectées thermiquement ont été identifiés. Parmi les types de projections, on trouve les particules soufflées et non affectées, les particules oxydées et colorées, les particules sphériques de grande taille et les agrégats.  ABSTRACT: Selective Laser Melting (SLM) is an Additive Manufacturing (AM) or 3D printing method that offers a variety of advantages compared to more conventional fabrication methods such as casting and machining. In fact, the printed parts can reach higher geometric complexity that allows to optimize the properties of the parts while minimizing their weight.  Another advantage is the minimisation of the disposal of material compared to conventional methods. Indeed, after the SLM process, a large proportion of the powder that was not melted can be recycled for subsequent printings.  However, the recycled powder can be modified during the SLM printing. Indeed, the scanning of the laser on the powder bed causes the generation of projected particles, or spatters, elsewhere on the powder bed. The local temperature elevation can also heat affect surrounding particles and modify their state.  The effect of the various types of modified particles on the properties of the printed parts is not well known. It is important to thoroughly characterize each type of modified particles (amount, shape, size, color, chemical composition) in order to establish a relation between those particles and the effects on the properties of the printed parts.  In this study, two sampling methods of spatters and heat affected particles near areas of the powder bed that was melted were developed in collaboration with Safran Tech and Tekna. The powder that was used during those printings is a Ti-6Al-4V ELI (grade 23) powder.  The gathered samples allow the characterization of a large number of particles. Four types of spatters and one type of heat affected particle were identified. Among the spatter types, there is the unaffected and blown, the oxidized and colored, the large and spherical and the aggregates. The oxidized and colored spatters have an oxygen concentration at their surface (for an electron penetration depth of about 220 nm under the surface) of more than 8 wt% whereas the large and spherical spatters have an oxygen concentration at their surface of more than 5 wt%. The unaffected and blown spatters are oxidized similarly to the particles from the virgin powder and the oxygen concentration at the surface of the aggregates depend on the particles of the powder bed that contributed to the formation of the aggregate.


identifier: Boutin, V. (2021). Modélisation et conception d'un simulateur 5G grande échelle  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire aborde les enjeux concernant la simulation à grande échelle de réseaux 5G. L'objectif de la recherche est de modéliser et implémenter un simulateur à l'échelle d'une ville permettant de refléter les impacts de l'utilisation de la 5G. Afin de réaliser cet objectif, un simulateur de référence est utilisé comme base de développement. Ce simulateur de référence est un simulateur LTE permettant la simulation à grande échelle. Ce simulateur fait abstraction des paquets de contrôle en implémentant des fonctionnalités de contrôle de manière stochastique, par exemple, en modélisant la procédure de connexion aléatoire par un délai aléatoire, tout en considérant les collisions. Une base de données contenant des informations d'emplacement de mobiliers urbains de la ville de Montréal est utilisée dans ce simulateur. Cette base de données nous permettra de simuler l'emplacement de senseurs clés pour le bon fonctionnement d'une ville intelligente. De plus, l'emplacement véritable d'antennes 4G est aussi considéré. Le projet Axionaut5G effectué en collaboration avec l'industrie, consistant à déporter le calcul d'un véhicule autonome sur un réseau 5G, est utilisé afin de comparer les résultats simulés avec un cas d'usage utilisant un réseau 5G expérimental. Les spécifications techniques du 3GPP sont explorées afin de caractériser quels sont les innovations significatives qu'apporte la 5G au niveau de la simulation. Une des innovations amenées par la 5G est l'ajout de fréquences plus élevées via la bande de fréquences FR2 (24,25 à 52,6 GHz). Ces nouvelles fréquences apportent le besoin pour de nouveaux modèles de propagations tirés des spécifications techniques et de la littérature. Plus spécifiquement, des antennes à 28 GHz sont étudiées. La position de ces nouvelles antennes est déterminée en considérant le positionnement des antennes sur les feux de circulation existants dans le centre-ville et en ajustant la puissance afin d'obtenir une puissance de -80 dBm à une distance de 50 m sans être en ligne de vue. Plusieurs éléments de l'accès sont aussi altérés permettant l'ajout de l'état de connexion inactive, la considération des fonctionnalités des nouveaux types de préambules lors de l'accès aléatoire, l'utilisation de FDD (non implémentée dans le simulateur de référence), la gestion des formats de trame dépendent du SCS et bien d'autres fonctionnalités d'accès. Trois autres éléments sont implémentés. La considération d'applications URLLC, permettant aux paquets d'être dans une file d'attente prioritaire dans l'ordonnanceur. Les applications de type edge, permettant de communiquer avec un serveur situé à la station de base. Les tranches réseaux, permettant de réserver des ressources dans l'ordonnanceur et une distribution de délais spécifique est assignée au niveau du réseau cœur.  ABSTRACT: The subject of this thesis is 5G simulations, more precisely, large scale 5G simulations. 3GPP technical specifications are explored to retrieve innovations which have large impacts on simulations. Based on these innovations and other research on 5G applications and LTE and 5G simulators, a 5G large scale simulator is developed. The goal of this thesis is to model an implement a large scale simulator reflecting the innovations brought by the 5G technology. To accomplish this goal, the 5G simulator is build upon another simulator. This reference simulator is a large scale LTE simulator. It doesn't considers control packets and models control routines with stochastic distributions. In this work, the city of Montreal is used as reference. One of the innovation brought by the 5G is making use of the FR2 frequency band (24.25 to 52.6 GHz). To properly use these new frequencies, new propagation models found in the literature and in technical specifications must be used. More specifically, 28 GHz antennas are considered. The position of these new antennas must be determined. They are considered placed on traffic lights in downtown Montreal. The power is adjusted so that the receiving power is -80 dBm at 50m in non line of sight. Many access elements are also implemented such as inactive connection status and FDD. Three other elements of 5G are considered. The first one is URLLC packets, which have a dedicated priority queue in the scheduler. The second one is edge applications. In this case, a server is considered to be located at the base station. The third one is network slicing. Slices are modelled as reserved resources in the scheduler and a common delay distribution for the core network transition. Following the implementation, large scale tests are conducted with 3 applications with different requirements. The maximum number of UE generated is 19 487 UE, 718 of them which where considered to have high network requirements. Test results are coherent with implemented 5G features. In particular, we observe resources increase when using FR2 frequencies, low connection time due to inactive connection mode, priority of URLLC packets and low total latency for edge type application. These tests also analyze performances of the 3 hypothetical applications, showing that applications with high throughput and latency requirements are not suited for FR1 frequencies with the selected network layout and parameters. A use case for a 5G antenna is explored. More precisely, an autonomous miniature vehicle application named Axionaut5G was tested on the experimental 5G network of ENCQOR. Results of field tests with this application are used to model this application in the simulator and simulation results are compared with field results.


identifier: Mohammadi, M. (2021). Improving Performance Characteristics of Poly (Lactic Acid) (PLA) Through Blending With Poly (Butylene Adipate-Co-Terephthalate) (PBAT) And Incorporation of Cellulose Nanocrystals (CNCs)  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette recherche, notre objectif était de développer des nanocomposites poly (acide lactique) (PLA) et poly (butylène adipate-co-téréphtalate) (PBAT)/ cellulose nanocristaux (CNC) et des mélanges PLA/PBAT (75% wt/25% wt) contenant 1 wt % CNC aux propriétés très améliorées par rapport à celles des PLA de base (semi-cristallins (sc) et amorphes (a)) et des PBAT. Du PBAT d'origine pétrolière, mais biodégradable, a été mélangé avec du PLA et des nanocristaux de cellulose biosourcée (CNC) comme charge pour produire un mélange hybride biodégradable de nanocomposites. Les CNC ont des propriétés intrinsèquement hydrophiles qui limitent leur utilisation à quelques polymères hydrosolubles ou à base de latex. En tant qu'agent de renforcement dans les polymères hydrophobes ou les mélanges de polymères, la modification de surface ou la compatibilité est nécessaire pour obtenir une bonne dispersion et distribution, qui à leur tour entraînent une amélioration des propriétés des polymères ou des mélanges de polymères. Cependant, dans cette thèse, nous avons utilisé des CNC vierges qui ont été dispersées dans des PLA et des PBAT grâce à une nouvelle méthode basée sur la sélection thermodynamique des solvants pour la dispersion et la distribution des CNC et la dissolution des polymères, respectivement.  ABSTRACT: In this research, our objective was to develop poly (lactic acid) (PLA) and poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT)/ cellulose nanocrystal (CNC) nanocomposites and PLA/PBAT (75 wt%/25 wt%) blends containing 1 wt% cellulose nanocrystals (CNCs) with highly improved properties in comparison to those of neat PLAs (semicrystalline (sc) and amorphous (a)) and PBAT. Petroleum-sourced, but biodegradable PBAT was blended with PLA and bio-based CNCs as a filler to produce biodegradable hybrid blend nanocomposites. The CNCs are intrinsically hydrophilic properties that limit their usage to a few water-soluble or latex-based polymers. As a reinforcing agent in hydrophobic polymers or polymer blends, Surface modification or compatibilization is necessary to achieve a good dispersion and distribution, which in turn result in improvement in polymers or polymer blend properties. However, in this thesis, we used pristine CNCs that were dispersed in PLAs and PBAT through a novel method based on the thermodynamic selection of solvents for dispersion and distribution of CNCs and dissolution of polymers, respectively.


identifier: Valenchon, N. (2021). Développement d'un système de stimulation en temps réel de l'activité cérébrale  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Près d'un tiers de notre vie est consacré au sommeil, et pourtant la connaissance que nous en avons est encore limitée. Que se passe-t-il vraiment pendant cet état inconscient ? L'avancée des technologies du siècle dernier a permis de grandes découvertes dans ce domaine avec le développement de l'électroencéphalographie et les premières analyses de l'activité cérébrale, afin de comprendre au mieux les fonctions cognitives et les états cérébraux. Certaines oscillations, comme les «sleep spindles», jouent un rôle dans le processus de consolidation de la mémoire. Cependant, un lien de causalité reste encore à étudier : la stimulation des «sleep spindles» va-t-elle avoir un impact sur cette consolidation ? Pour répondre à cette question, il faut être capable de stimuler ladite oscillation pendant sa période d'apparition. Cette durée, inférieure à 2,5 secondes, rend la tâche difficile. Un appareil précis et rapide est nécessaire, qui pourra s'adapter à d'autres applications. De plus, pour permettre des expériences à plus long terme et dans un environnement plus familier pour les sujets, à savoir chez eux, le système doit être portable. Enfin, pour permettre son utilisation par le plus grand nombre, le coût n'est pas à négliger. Il doit aussi être en libre accès pour tous. Aucun appareil ne répond actuellement à ces critères. C'est pour cela que ce projet de maîtrise existe. Pour concevoir le Portiloop : un appareil de stimulation en temps réel de l'activité cérébrale, à faible coût et portable. Trois étapes le composent : l'acquisition du signal EEG, la détection de l'oscillation et sa stimulation. La première et la troisième sont des fonctionnalités nécessaires de l'appareil, mais ne représentent pas une avancée scientifique. La deuxième a été étudiée par de nombreux chercheurs, avec différentes approches. Cependant, le critère temps-réel, ainsi que la volonté de précision et le coût du projet, réduit l'ensemble des solutions applicables. Pour répondre au mieux à toutes ces problématiques, le détecteur est un réseau de neurones artificiel (ANN) implémenté en circuit logique programmable (FPGA).  ABSTRACT: Sleeping represents a third of our life, yet our knowledge of it is still limited. What really happens during this unconscious state ? Technological advances in the last century have led to major discoveries in this area with the development of electroencephalography and the first analyses of brain activity, in order to understand better brain state and cognitive functions. Certain waves, like sleep spindles, are known to play a role in the process of memory consolidation. However, a causal link has yet to be studied : will stimulation of the oscillation have an impact on this consolidation ? To answer this question, we must be able to stimulate sleep spindles during its onset period. This duration, less than 2.5 seconds, makes the task difficult. A precise and fast device is needed, and should be adaptable to other applications. Moreover, to allow long-term experiments in an environment more familiar to the subjects, i.e., at home, the system must be portable. Finally, to permit a global use of the device, the low cost is not to be neglected, nor its open access. No previous device meets these criteria. It is the reason why this thesis project exists. To create the Portiloop : a device capable of stimulating in real time the cerebral activity, at low cost and being portable. It is composed of three main functionalities : the acquisition and processing of the EEG signal, the detection of the pattern of interest and its stimulation. The first and third are necessary functions of the device, but do not represent a scientific breakthrough. The second one has been studied by many researchers, with different approaches. However, the real-time criterion, as well as the desire for precision and the low-cost of the project, limit the applicable solutions. To answer all these problems, the detector is an artificial neural network (ANN) implemented in programmable logic circuits (FPGA).


identifier: Trottier, É. (2021). Évaluation économique de technologies émergentes par la méthode Large Block Analysis  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Lorsqu'une entreprise cherche à diversifier son portefeuille de produits, elle doit tout d'abord choisir vers quelle(s) option(s) se tourner si plus d'une combinaison de produits et de procédés est envisageable. Or, la présence de diverses incertitudes complexifie cette prise de décision, puisqu'il est difficile de déterminer, au début du processus de conception, quelles options seront les plus viables économiquement. Parmi ces incertitudes, l'expérience et le niveau d'optimisme des développeurs de technologie ainsi que le niveau de maturité de chaque technologie sont susceptibles de varier selon les options envisagées. La méthode Large Block Analysis (la « méthode LBA ») permet d'obtenir des estimations de coûts relatifs pour différentes options à un stade préliminaire de la conception. Par conséquent, elle apparaît prometteuse pour faciliter la prise de décision. Toutefois, la systématisation de l'application de cette méthode est essentielle afin qu'elle puisse être utilisée dans un contexte industriel.  ABSTRACT: When a company seeks to diversify its product portfolio, it must first decide which option(s) to pursue if more than one combination of products and processes is possible. However, the presence of various uncertainties complicates this decision making, since it is difficult to determine, early in the design process, which options will be the most economically viable. Among these uncertainties, the experience and level of optimism of technology developers and the level of maturity of each technology are likely to vary among the options considered. The Large Block Analysis ("LBA") method provides relative cost estimates for different options at an early stage of design. Therefore, it appears to be a promising tool to facilitate decision making. However, the systematization of the application of this method is essential so that it can be used in an industrial context.


identifier: Lauch, K.-S. (2021). Self-healing of fibre reinforced concretes containing various admixtures under laboratory and outdoor conditions  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les fissures présentes dans le béton, qui sont inévitables, accélèrent la pénétration d'agents agressifs comme le CO2 ou les chlorures, causant des dégradations et réduisant ainsi la durabilité des structures. En Amérique du Nord, 40% des ponts sont dans un état déficient et des milliards de dollars sont investis chaque année pour leur réparation. Des bétons avec des propriétés auto-cicatrisantes constituent une solution prometteuse aux problèmes de durabilité et de sécurité des structures de plus en plus préoccupants. Ce projet de recherche a pour but d'évaluer la capacité d'auto-cicatrisation de bétons contenant différents agents cicatrisants (ajout cristallin AC, agent expansif CSA, polymère superabsorbant SAP et combinaisons de deux ajouts AC+SAP et AC+CSA), exposés dans des conditions de laboratoire (immersion sous eau, cycles de mouillage/séchage, air pendant 3 mois, écoulement d'eau continu pendant 1 semaine) et en condition réelle à l'extérieur (pendant 1 an à Montréal). La cicatrisation a été évaluée par des mesures de perméabilité à l'eau, de regain mécanique, d'observations visuelles et d'analyses de la microstructure (MEB-EDS) sur le même spécimen. Les résultats du Programme Expérimental 1 ont démontré la robustesse (répétabilité et fiabilité) du nouveau dispositif de perméabilité à l'eau développé pour des prismes présentant une fissure de flexion. Le coefficient de perméabilité s'est avéré être le paramètre le plus sensible à la fissuration et donc idéal pour évaluer l'évolution de la cicatrisation.  ABSTRACT: The presence of cracks in concrete, which are inevitable, accelerates the penetration of aggressive agents such as CO2 or chlorides, causing deteriorations and hence reducing the durability of the structures. In North America, 40% of concrete bridges present some degradation and billions of dollars are spent every year for their repair and maintenance. As the durability and safety of structures are raising concerns, concretes with self-healing capacities are a promising solution in line with sustainable development. This research project aims to evaluate the self-healing capacity of concretes containing various admixtures (crystalline admixture CA, expansive agent CSA, superabsorbent polymer SAP and combinations of two agents CA+SAP and CA+CSA), exposed in different laboratory (water immersion, wet/dry cycles, ambient air for 3 months, continuous water flow for 1 week) and long-term outdoor (1 year in Montreal climate) conditions. The self-healing capacity was assessed through water permeability measures, mechanical recovery evaluations, visual observations of crack closure and microscopic analyses (SEM-EDS) on the same specimen. Results from Experimental Program 1 demonstrated the robustness (repeatability and reliability) of the new water permeability set-up developed for prisms with a flexural crack. The permeability coefficient was found the most sensitive parameter to cracking and is thus ideal for evaluating the evolution of self-healing.


identifier: Humeniuk, D. (2021). A Search-Based Framework for Automatic Generation of Testing Environments for Cyber-Physical Systems  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nombreux systèmes cyber-physiques modernes intègrent des technologies de vision par ordinateur, des capteurs complexes, et des logiciels de contrôle avancés, leur permettant d'interagir de manière autonome avec l'environnement. Les exemples incluent les essaims de drones, les véhicules autonomes, les robots autonomes, etc. Tester de tels systèmes pose de nombreux défis : non seulement les entrées du système doivent être variées, mais également l'environnement doit être pris en compte. De nombreux outils ont été développés pour tester les modèles de tels systèmes pour les entrées possibles falsifiant leurs exigences. Cependant, ils ne sont pas directement applicables aux systèmes cyber-physiques autonomes, car les entrées pour de tels systèmes sont générées à partir d'environnements virtuels. Dans ce travail, nous proposons AmbieGen, un cadriciel pour la generation de scénarios de test défiant, pour les systèmes cyber-physiques autonomes. Les scénarios représentent un environnement dans lequel un agent autonome navigue. Ce cadriciel est applicable à la génération de différents types d'environnements. Pour générer les scénarios de test, nous utilisons l'algorithme NSGA-II avec deux objectifs. Le premier objectif évalue l'écart du comportement du système observé par rapport à son comportement attendu. Le deuxième objectif vise a maximiser la diversité des cas de test, calculée comme une distance de Jaccard avec un cas de test de référence. Pour guider le premier objectif, nous utilisons un modèle de système simplifié plutôt que le modèle complet. Le modèle complet est utilisé pour exécuter le système dans un environnement de simulation et peut prendre un temps considérable à exécuter (plusieurs minutes pour un scénario). Le modèle de système simplifié est dérivé du modèle complet et peut être utilisé pour obtenir une approximation des résultats à partir du modèle complet sans exécuter la simulation.  ABSTRACT: Many modern cyber-physical systems incorporate computer vision technologies, complex sen- sors and advanced control software, allowing them to interact with the environment autonomously. Examples include drone swarms, self-driving vehicles, autonomous robots, etc. Testing such systems poses numerous challenges: not only should the system inputs be varied, but also the surrounding environment should be accounted for. A number of tools have been developed to test the system model for the possible inputs falsifying its requirements. How- ever, they are not directly applicable to autonomous and vision based cyber-physical systems, as the inputs to their models are generated while operating in a virtual environment. In this work, we aim to design a search-based framework, named AmbieGen, for generating diverse fault-revealing test scenarios for vision-based and autonomous cyber-physical systems. The scenarios represent an environment in which an autonomous agent navigates. The framework is applicable to generating different types of environments.To generate the test scenarios, we leverage the NSGA-II algorithm with two objectives. The first objective evaluates the deviation of the observed system's behaviour from its expected behaviour. The second objective is maximization of the test case diversity, calculated as a Jaccard distance with a reference test case. To guide the first objective we are using a simplified system model rather than the full model. The full model is used to run the system in the simulation environment and can take substantial time to execute (several minutes for one scenario). The simplified system model is derived from the full model and can be used to get an approximation of the results obtained from the full model without running the simulation.


identifier: Vaezi, Z. (2021). Comparing Clustering Methods in Recognition of Temporal Travel Pattern of Public Transport  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les organismes de transport en commun doivent étudier les habitudes de déplacement afin d'élaborer des stratégies et des plans plus conformes aux habitudes d'utilisation de leur réseau. De nombreuses études ont été réalisées sur le comportement des passagers pour aider les autorités de transport à mieux comprendre leurs services. En facilitant la collecte des données, les systèmes de paiement par cartes à puce a rendu possible l'exploration de ces précieuses données sur les déplacements. Pour reconnaître les comportements de déplacement, des méthodes de clustering sont utilisées. En regroupant les passagers ayant le comportement le plus similaire dans un même cluster, nous pouvons alors adapter les stratégies de transport en fonction de ces groupes plutôt que les appliquer à tous les usagers . Les données des cartes à puce ayant des caractéristiques de séries temporelles, le développement de la méthode la plus appropriée pour traiter ces séquences permettra d'obtenir un processus de segmentation plus précis et pertinent. Le choix d'une mesure de distance appropriée, ainsi que de la méthode elle-même, est crucial dans les algorithmes de clustering de séries temporelles. Dans les études précédentes sur les données des cartes à puce, les distances euclidiennes et Manhattan sont le plus souvent utilisées avec les méthodes de clustering. Cependant, toutes deux ignorent les caractéristiques des séquences et les comparent dans leurs calculs comme des données statiques, sans tenir compte de leur ordre ou de leurs corrélations. Certains auteurs ont tenté de résoudre ce problème dans leurs recherches. En proposant une méthode de projection pour transférer les données de séries temporelles vers des espaces tridimensionnels et en appliquant ensuite des techniques de clustering (Ghaemi et al., 2017) ou en choisissant la distance de corrélation croisée (CCD) comme mesure de distance plus appropriée pour la comparaison de séries temporelles (He et al., 2018). Cependant, comme ils ont utilisé le clustering hiérarchique avec CCD, ils ont été obligés d'utiliser une stratégie d'échantillonnage en raison de la limitation du clustering hiérarchique avec de grands ensembles de données. La mesure de distance dynamic time warping (DTW) est une autre distance appropriée pour la comparaison de séries temporelles, mais elle souffre d'une complexité temporelle. L'objectif de cette étude est de combler cette lacune. Pour ce faire, un nouveau clustering k-shape avec une mesure de distance basée sur la forme (SBD) est testé et appliqué pour la première fois aux données des cartes à puce dans les transports publics. Cette méthode a été proposée par Paparrizos and Gravano (2017) pour le regroupement de séries temporelles.  Elle est précise, efficace et rapide. Nous développons un cadre de comparaison entre les résultats de cette nouvelle méthode, le DTW et les mesures de Distances Euclidiennes (ED) sur le même ensemble de données afin d'explorer leurs avantages et leurs inconvénients. Ce faisant, nous utilisons le regroupement k-means ainsi que les distances DTW et ED pour avoir une comparaison significative entre les performances des mesures de distance. Nous appelons nos trois méthodes DTW, SBD et ED. Notre cadre de comparaison comporte trois critères, mais avant cela, nous avons utilisé le résultat de DTW comme vérité de base pour construire une comparaison plus structurée. Tout d'abord, DTW est comparé à SBD et ED sur la base de la distance moyenne entre les centroïdes des clusters. Celui dont la distance est la plus courte est donc considéré comme le plus compatible avec DTW. Deuxièmement, la comparaison est basée sur deux indices externes de validation des clusters : l'indice Rand ajusté (ARI) et l'indice de variation de l'information (VI). Plus l'ARI est élevé, plus les deux approches sont en accord. Un VI plus faible, en revanche, indique que les deux techniques sont plus identiques. Enfin, en plus des mesures statistiques, nous comparons les approches en fonction des modèles qu'elles ont identifiés et de la distribution de leurs clusters sur chaque jour, ainsi que de la distribution des produits tarifaires. En outre, comme le type de vecteurs, ainsi que la méthode, ont un impact significatif sur les résultats finaux, nous utilisons trois types de profils différents pour comparer les performances des méthodes. Les données d'entrée de nos trois approches sont des vecteurs carte-jour (utilisateur-jour), arrêt-jour et itinéraire-jour, et nous pouvons voir si la comparaison est restée la même lorsque les vecteurs ont changé. Ces vecteurs sont basés sur le temps d'embarquement, c'est-à-dire le moment où les passagers effectuent une transaction lorsqu'ils utilisent les transports publics au quotidien. Les données de cette étude proviennent du Réseau de transport de la Capitale (RTC), une agence de transport qui offre des services de transport en commun à Québec, et ont été recueillies sur le réseau d'autobus pendant un mois, en février 2019. Les résultats de cette recherche contribuent non seulement à la littérature croissante sur les données des cartes à puce, mais confirment également que la distance euclidienne, malgré sa popularité, ne fonctionne pas bien dans la reconnaissance de modèles bien définis lorsqu'il s'agit de données de séries temporelles. En outre, bien que le clustering k-means avec la distance DTW soit une approche appropriée pour la segmentation des séries temporelles, il souffre de sa complexité temporelle. Le clustering K-shape avec SBD est une méthode puissante de reconnaissance des formes, qui a été testée pour la première fois pour le clustering de données de cartes à puce. Cependant, elle ne prend pas en compte le décalage temporel, ce qui pourrait avoir pour conséquence de mettre des séries temporelles de même forme dans le même groupe alors qu'elles pourraient avoir un décalage temporel. Il a cependant produit des résultats compétitifs dans la création de clusters de routes lorsque le décalage temporel était moindre. Dans l'ensemble, cette constatation démontre qu'il n'existe pas de solution unique au problème du regroupement des séries chronologiques. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients qui doivent être examinés en fonction du type et du volume de données, du type de distorsions imposées aux données, de l'objectif de l'étude et de la durée d'application de la méthode. SBD est une nouvelle méthode de regroupement de séries temporelles qui a été introduite dans cette thèse et qui peut être utilisée pour une variété d'objectifs dans le domaine du transport, comme l'étude des fluctuations. Elle peut également être réglée pour être contrainte au décalage temporel ou même combinée avec d'autres méthodes.  ABSTRACT: Transit agencies need to investigate travel patterns in order to develop strategies and plans that are more in line with usage patterns. There has been a lot of study done on passenger behaviour to help transportation authorities gain a better understanding of their services. By facilitating data collection, smart card system has made these studies more possible to explore valuable detailed travel data. For recognizing travel behaviour, clustering methods are used. By grouping passengers with the most similar behaviour in the same cluster, we can then adapt the transport strategies based on these groups rather than a large number of individuals. Since smart card data has the characteristics of time-series, developing the most suitable method to handle these sequences will results in more accurate segmentation process.  Choosing a proper distance measure, as well as the method itself, is crucial in time-series clustering algorithms. In previous studies of smart card data, Euclidean and Manhattan distances are most often used with clustering methods. However, both of them ignore the characteristics of sequences and compare them in their calculations as static data without considering their order or correlations. Some authors have tried to address this problem in their research. By proposing a projection method to transfer time-series data to three dimensional spaces and then applying clustering techniques (Ghaemi et al., 2017) or by choosing Cross Correlation Distance (CCD) as a more suitable distance measure for time-series comparison (He et al., 2018). However, since they used hierarchical clustering with CCD, they were forced to plan a sampling strategy due to the limitation of hierarchical clustering with large dataset. DTW distance measure is another suitable distance for time-series comparison, but it suffers from time complexity.  The purpose of this investigation is to address this gap. To do this, a novel k-shape clustering with Shape-Based Distance measure (SBD) is tested and applied to smart card data in public transit for the first time. This method has been proposed by Paparrizos et al. (2017) for time-series clustering, which is accurate, efficient, and very fast with large dataset. We develop a comparison framework among the results of this novel method, DTW, and Euclidean distance (ED) on the same dataset in order to explore their advantages and drawbacks. In doing so, since k-shape clustering is based on k-means principles, we used k-means clustering along with DTW as a suitable distance metric for time-series, and ED as a most used distance in the literature, to have a meaningful comparison between distance measures' performance. For simplicity, we call our three methods as DTW, SBD, and ED.   Our comparison framework has three criteria, and in order to build a more structured comparison we used DTW result as the ground truth. First, DTW is compared with SBD and ED based on the average distance between cluster centroids. The one with the shortest distance was therefore considered the most compatible with DTW. Secondly, the comparison is based on two cluster validations external indices: Adjusted Rand Index (ARI) and Variation of Information (VI) index. The higher the ARI, the closer the two approaches agree. Less VI, on the other hand, indicates that two techniques are more identical. Finally, in addition to statistical measurements, we compared the three approaches based on the usage patterns of their resulted clusters.  Furthermore, because the type of vectors, as well as the method, has a significant impact on the final outcomes, we employed three different types of profiles with different time-shifting patterns to compare the performance of the methods. The input data for our three approaches were card-day (user-day), stop-day, and route-day vectors, and we can see whether the comparison remained the same when the vectors changed. These vectors are based on the boarding time, which is when passengers make a transaction when using public transportation on a daily basis. The data for this study came from the Réseau de transport de la Capitale (RTC), a transportation agency that offers transit services in Québec City and was gathered from the bus network over one month in February 2019. Results of this research not only contribute to the growing literature on smart card data, but also confirm that ED in spite of its popularity does not work well in recognition of well-defined patterns when it comes to time-series data. Besides, although k-means clustering with DTW distance is a proper approach for time-series segmentation, it suffers from the time complexity. K-shape clustering with SBD is a powerful method in pattern recognition, which was tested for the first time for smart card data clustering, however, it does not take into account time shifting which could result in putting time-series of the same shape in the same group while they might have a time difference. It however, produced competitive results in the creation of route clusters when the shifting in time was less. On the other hand, the application time of this method was faster than DTW impressively.