identifier: Zouggari Ben El Khyat, Chaymaa  (2022). Engineering liposomes using microfluidic devices to model cancer-derived extracellular vesicles (EV).  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
liposomes
vésicules extracellulaires
micromélangeur
plan d’expérience

abstract:
Liposomes are synthetic multivalent nanoparticles that can transport a variety of cargos, from genetic material such as RNA, like the most recent Covid-19 vaccines, to proteins and other molecules of interest. This delivery system was inspired by the naturally occurring extracellular vesicles (EVs), which are derived from all types of cells, including cancer cells. It has been shown that EVs contribute to the process of metastasis by transporting pro tumor factors to different organs, setting the stage for cancer growth. However, studying EVs is a complicated task due to their poor yield when isolating them from cells. The objective is therefore to provide a reliable protocol to produce synthetic liposomes that will mimic the physicochemical parameters of cancerous EVs, particularly their Z-average (diameter) and Zeta Potential (surface charge).

Liposomes were produced using a microfluidic device developed by Lopez (López et al., 2020). This chip uses Dean Flow Dynamics to control the mixing process of lipids and fabricate liposomes under rigorously controlled conditions. In order to further understand how liposomes are formed, a design of experiment (DoE) approach was used. Based on a Rotatable Central Composite Design, the experimental space involving the different factors that affect the Zeta Potential and Z-average of liposomes were explored. A series of models spanning a broad spectrum of size and Zeta Potential were obtained using Response Surface Methodology. This statistical approach has allowed us to successfully fabricate liposomes of the targeted size and Zeta Potential that mimic the naturally occurring cancer EVs that were previously characterized. Finally, a series of experiments were carried out to study the behavior of hepatocytes (liver cells) and fibroblasts (connective tissue) when exposed to liposomes mimicking the cancerous EVs.

The liposome synthesis approach presented in this work has the potential to be further developed by loading the liposomes and creating a tailored delivery system, allowing to further study cell-to-cell communication and metastasis and act as an optimized delivery system.


identifier: Anane, Walid  (2022). BIM-driven computational design for robotic manufacturing in construction: a design-to-manufacturing approach.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject:
conception à la fabrication
interopérabilité
BIM
conception computationnelle
fabrication robotique
construction hors-site

abstract:
As the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry’s digitization accelerates, digital technologies and their relation to design and construction are reaching a new level of complexity. Data integration is becoming the quest of ad hoc digital tools, and workflow automation is gaining momentum. These global developments are forcing the built environment to implement drastic changes in how construction projects are designed and produced. In this context, Building Information Modeling (BIM) gained momentum in design practices through its ability to frame construction workflows in a digital environment. On the other hand, interest in Robotic Manufacturing (RM) for industrialized production has significantly increased thanks to the opportunities it offers to improve productivity. However, the joint use of BIM and RM in construction has not yet been sufficiently studied in the scientific literature. Moreover, each system is characterized by its software and proprietary file formats, implying a lack of technological interoperability between the BIM-RM dyad.

The present article-based thesis investigates the operationalization of robotics in construction. Specifically, it studies the technological integration of BIM and RM tools to operationalize industrial robots in construction systems. The literature review initially found that such integration is achievable through Computational Design (CD) tools. It also found that Off-Site Construction (OSC) is a suitable system for this technological integration. These findings were studied through the Design Science Research (DSR) methodology, which demonstrated the technological interoperability of the BIM-CD-RM triad in OSC systems. This technological convergence gave rise to the Design-to-Manufacturing (DtM) framework, which was validated by a board of 16 evaluators.


identifier: Frezzato, Anthony  (2022). Synthétisation de mouvements de lever du sol pour les personnages basés sur la physique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: synthétisation de mouvements de lever du sol

subject: personnages basés sur la physique

subject: apprentissage par renforcement profond

abstract: Nous proposons une méthode pour synthétiser des mouvements de lever du sol pour un personnage simulé par la physique. À partir d’une position au sol, notre objectif n’est pas d’imiter une séquence de mouvement en particulier, mais de produire des mouvements qui correspondent aux courbes d’entrées décrivant le style du mouvement de lever du sol. Notre cadriciel utilise l’apprentissage par renforcement profond pour entraîner une politique afin de contrôler un personnage simulé par la physique. Un espace latent de poses naturelles est fabriqué à partir d’une base de données de capture de mouvements. Les poses sont conditionnées par des caractéristiques d’entrée qui décrivent le mouvement. Nous démontrons que notre approche peut synthétiser des mouvements qui suivent le style des courbes créées par l’utilisateur, ainsi que des courbes extraites des mouvements de référence. Dans ce dernier cas, les mouvements du personnage basé sur la physique ressemblent aux mouvements de référence originaux. De nouveaux mouvements peuvent être synthétisés facilement en ne modifiant qu’un petit nombre de paramètres qui décrivent le mouvement. Nous démontrons également le succès de nos contrôleurs sur des terrains accidentés et inclinés.


identifier: Choulaei, Mohammad  (2022). Stress analysis of bolted flange joints with different shell connections.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: assemblages à brides boulonnées

subject: assemblages de coques

subject: analyse des contraintes

subject: rotation des brides

subject: contraintes aux jonctions et sur le joint

abstract:
Pressure vessel piping components are widely utilized in a variety of industries, including oil and gas, as well as nuclear power and power plants. Due to the high-pressure and hightemperature conditions, the most critical issue concerning their applications is operational safety. Different shells are joined permanently by welded joints or temporarily by bolted flange connections, also known as bolted flange joints, in pressure vessels and piping systems. A critical task in the design process is to determine the stress concentration level at the point where the shell meets the flange ring. One of the most challenging tasks is the determination of the flange integrity of this junction. In the design process, it is beneficial to employ analytical and finite element techniques to model the general behavior of the bolted flange joint under various loading conditions. The results generated from the analytical solution will be validated by the finite element technique. Furthermore, the performance of various flange connection configurations is not comprehended well. However, the present ASME BPV Code flange design does not incorporate the leakage criteria or flexibility analysis to provide an accurate assessment of various parameters. The purpose of this research is to assess the integrity and leakage tightness of various types of shells connected to the flange ring.

This investigation examines various parameters such as flange rotation, gasket contact stress, and stress distribution at the flange-shell junction using multiple shell theories depending on the form and geometry. Several forms of shell connections have been compared together including cylindrical, spherical, dished, and conical. All shells are directly connected to a raised-face flange ring without a hub. Furthermore, the shell connections have been simulated using a general purpose finite element software to support the analytical method and validate the study. Another significant purpose of this study is to look into the influence of flange dimensions on the results by examining various sizes of flange connections. For this purpose, three different sizes of the flange, namely NPS 26, 48, and 60 ASME B16.47 series A, were modeled and simulated by the ANSYS software to make comparison between numerical and analytical results. It is worth noting that the numerical and analytical results compared well.


identifier: Boucher, Corentin  (2022). Exploration en essaim robotique intégrant un retour visuel pour l’opérateur.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
essaim
robot mobile
expressivité
mouvement expressif

abstract:
L’utilisation de la robotique gagne en popularité dans différentes sphères d’application en raison des nouvelles possibilités qu’offrent les robots. Notamment grâce à leur capacité d’enregistrer de l’information ainsi que la possibilité de travailler dans des endroits difficilement accessibles aux humains, les robots mobiles sont des compagnons idéals pour l’exploration, que ce soit l’exploration de souterrain, sous l’eau ou même d’endroits éloignés comme d’autres planètes.

En raison de leur robustesse et leur modularité, les essaims de robots sont mieux adaptés que les autres systèmes pour effectuer des missions d’exploration. L’utilisation d’un contrôle décentralisé, au coeur de l’essaim, permet à chaque robot de s’adapter de manière autonome et cohérente aux différentes situations et l’homogénéité des robots permet un remplacement rapide et autonome d’un robot fautif. D’abord inspirés des vols coordonnés d’oiseaux ou des déploiements organisés des colonies de fourmis, les essaims de robots se développent rapidement et ils seront déployés dans des scénarios réels prochainement.

Néanmoins, un aspect critique de ces déploiements d’essaims robotiques reste encore peu développé : l’interaction entre ces robots et leur(s) opérateur(s). Le contrôle d’un essaim peut induire une grande charge cognitive sur l’opérateur, notamment parce que la compréhension du comportement d’un essaim n’est pas intuitive. Dans ce travail, nous tentons d’améliorer cette compréhension en créant un retour d’information visuel pour l’opérateur par mouvements expressifs d’essaim. Lors d’une mission d’exploration, les robots doivent communiquer à l’opérateur régulièrement : lorsqu’un événement nécessitant une attention particulière survient, ou au contraire, que la mission se déroule sans problème. Notre approche est de concevoir des mouvements expressifs permettant d’améliorer la lisibilité des robots, c.-à-d. la facilité pour l’opérateur à comprendre les intentions et les actions de l’essaim.

En utilisant le langage de programmation d’essaim Buzz, nous utilisons des algorithmes d’intelligence d’essaim complètement décentralisés pour créer une solution complète. Nous utilisons premièrement un algorithme d’exploration robuste pour remplir la mission. Lorsque requis pour la communication, nous transférons certains robots non essentiels à un algorithme de formation, dans le but de créer les mouvements expressifs. Ces scripts sont finalement testés sur de petits robots de table appelés Zooids dans le but de créer une étude utilisateurs.


identifier: Levesque, Guillaume  (2022). Évaluation de l’utilisation des données des réanalyses ERA5 et ERA5-Land pour la modélisation de l’évapotranspiration.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
données
réanalyses
ERA5
ERA5-Land
évapotranspiration
modélisation hydrologique
représentation physique

abstract: Cette étude se penche sur la valeur ajoutée de l’utilisation de données des réanalyses ERA5 et ERA5-Land pour l’estimation de l’évapotranspiration en modélisation hydrologiques. Les outils de modélisation (modèles et formules internes) doivent être ajustés localement et ne permettent souvent pas d’extraire des résultats intermédiaires à la réponse finale par manque de représentativité physique à l’interne même des modèles. Malheureusement, l’utilisation de ces outils se fait aussi par défaut de disponibilité suffisante en données hydrologiques et climatiques. Dans le but d’explorer le chemin vers des outils plus représentatifs, l’étude utilise de nouvelles données qui sont beaucoup plus exhaustives que les observations, permettant l’essai de formules à bases physiques pour caractériser les processus sous-jacents d’un modèle hydrologique. Plus précisément les données de réanalyses de dernière génération ERA5 et ERA5-Land. À ces données est couplé l’essai de 14 différentes estimations de l’évapotranspiration. Cet agencement permet de tester le potentiel de l’utilisation de formulation d’évapotranspiration potentielle (ETP) plus physique sur les résultats en modélisation hydrologique et donc d’ouvrir la porte vers ces changements. Afin d’assurer une généralisation la plus grande de cette étude, 1169 bassins versants sont analysés. Ils sont répartis sur l’ensemble de l’Amérique du Nord, donc au Canada, aux États-Unis et au Mexique. À cela s’ajoute l’utilisation de deux modèles hydrologiques. L’analyse des résultats se fait par l’entremise de la qualité de la modélisation, qui est jugée par la valeur du critère de performance de Kling-Gupta (KGE). Les observations restent le chef de file si l’on ne considère que les valeurs de KGE obtenues en calibration. Il y a toutefois des exceptions pour les régions montagneuses comme les rocheuses au Canada, les régions plus au nord du Canada et pour le Mexique. Dans ces cas, de meilleurs résultats en calibration avec les données de réanalyses (ERA5 et ERA5-Land) sont observables. Somme toute, la supériorité en calibration des observations ne sous-entend pas de mauvais résultats pour les données de réanalyses. Les résultats en modélisation hydrologique pour les combinaisons utilisant l’ETP à base plus physique montrent qu’il est possible d’obtenir des modèles aussi bien calibrés que par l’entremise de formulations d’ETP plus simples et plus empiriques. En général, certaines formulations plus simples génèrent de meilleurs résultats et il y a une difficulté notable en modélisation dans la région centrale des États-Unis. Somme toute, l’étude montre le potentiel en modélisation hydrologique favorable des réanalyses ainsi que le potentiel des données de réanalyses combinées à des méthodes à base plus physiques afin d’estimer l’ETP.


identifier: Adoungotchodo, Gbéïtè Atma-Luseck  (2022). Conception et caractérisation d'un hydrogel bioactif pour la régénération du disque intervertébral.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
chitosane
hydrogel injectable
disque intervertébral
noyau pulpeux
propriétés mécaniques
gélatine
Link N

abstract:
Le traitement minimalement invasif de la dégénérescence du disque intervertébral constitue une approche intéressante pour pallier les insuffisances des techniques chirurgicales actuelles. Ce type de technologie requiert l’encapsulation de cellules dans des matrices injectables avec ou sans facteurs bioactifs. Idéalement, la matrice injectable doit permettre de renforcer mécaniquement le tissu dégénéré pendant que les facteurs bioactifs stimulent les cellules encapsulées à produire les composants nécessaires pour la régénération du tissu. Pour ce faire, la matrice doit respecter à la fois des spécifications mécaniques et biologiques précises.

Compte tenu de leur teneur élevée en eau et leur versatilité, les hydrogels injectables constituent des candidats très intéressants. Cependant, les hydrogels actuellement développés peinent à respecter à la fois les spécifications mécaniques et biologiques nécessaires à leur performance clinique. Des formulations d’hydrogels de chitosane thermosensibles et une molécule bioactive, le Link N respectivement développés ou évalué dans les laboratoires des professeurs Sophie Lerouge et Fackson Mwale pourraient pallier ces insuffisances. Le Link N est une molécule bioactive favorisant la synthèse de protéoglycanes, un composant important de la matrice extracellulaire du disque responsable de ses propriétés mécaniques en
compression.

L’objectif du projet est de développer et de démontrer le potentiel de ces hydrogels associés au Link N, à restaurer les propriétés biomécaniques du disque notamment sa partie centrale: le noyau pulpeux (NP). Le projet fait l’hypothèse selon laquelle, ces formulations d’hydrogels une fois optimisées et associées au Link N, posséderaient les propriétés mécaniques adéquates et seraient capables de permettre l’encapsulation des cellules, assurer leur survie ainsi que la production d’une matrice extracellulaire appropriée à l’obtention d’un tissu fonctionnel ayant les propriétés proches du NP sain.

Dans un premier temps, une étude d’optimisation a été effectuée et a permis de sélectionner une formulation optimale constituée de 2%w/v de chitosane, 75mM de sodium hydrogénocarbonate et de 100mM de β glycérophosphate. Cette formulation est liquide et stable à température ambiante et injectable à travers une aiguille (22 gauge). Elle présente une vitesse de gélification adéquate et des propriétés mécaniques en compression et en torsion proches de celles du NP humain, après complète gélification. Les propriétés de ce gel permettent l’encapsulation et la survie des cellules du NP (plus de 80% de viabilité après 14 jours de culture). Cependant, la quantité de protéoglycanes produite est sous-optimale. Cette activité de synthèse a été améliorée par l’ajout du Link N (100µ/mL) et de la gélatine (1%w/v) dans une seconde étape du projet. L’efficacité de ces facteurs bioactifs a été évaluée et confirmée dans un milieu de culture répliquant la composition biochimique d’un disque dégénéré et indique donc le potentiel clinique de la méthode.

Dans une troisième étape, des tests ex vivo dans un modèle de disque bovin dégénéré ont été effectués afin d’évaluer la capacité du gel à restaurer les propriétés mécaniques du disque. Cependant, la diffusion de la solution de dégénération en dehors du NP vers le reste du disque nous a empêchée d’aller au bout de cette étape. Néanmoins, un protocole a été mis au point afin de définir les paramètres importants à prendre en compte pour effectuer de façon fiable ce type d’étude.

Finalement, en vue d’évaluer le potentiel de transfert clinique de la technologie, la viabilité des cellules souches/stromales mésenchymateuses (MSC) encapsulées dans ce gel a été étudiée. Ces résultats montrent que la sensibilité de ces cellules et le manque de motifs d’adhésion cellulaire dans le gel de chitosane ne favorisent pas suffisamment la survie des MSC dans le gel. La technologie reste donc à améliorer afin de remédier à ce manque d’adhésion cellulaire, critique pour les MSC qui sont les plus appropriées pour une utilisation clinique de cette technologie.


identifier: Longtin-Martel, Simon  (2022). Optimisation et simulation de l'aile de l'UAS-S45 de Hydra Technologies, ainsi que le développement du simulateur de vol du Raptor de Tristar Multicopters.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
aile déformable
optimisation
simulation
aérodynamique

abstract:
Ce mémoire explique la méthodologie utilisée dans l’implantation numérique d’un système d’aile déformable dans un simulateur de vol pour le Hydra Technologies UAS-S45 ainsi que la création d’un simulateur de vol pour un appareil télépiloté atypique de Tristar, le Raptor, un tricoptère. Des processus d’optimisation sont utilisés pour tenter de déterminer comment optimiser les profils aérodynamiques de l’aile du UAS-S45

Plusieurs techniques sont utilisées pour modéliser le comportement d’une aile déformable, certaines avec plus de succès que d’autres. Il est démontré que l’utilisation de certains logiciels avec la méthode VLM ne permet pas d’obtenir des résultats reproductibles, ce qui fait en sorte que les processus d’optimisation peuvent avoir des problèmes avec l’interprétation des résultats et de leur convergence. La méthode VLM s’est pourtant montrée prometteuse avec la capacité de modéliser l’aile au complet et prendre en considération les tourbillons aux bouts d’aile tout en aillant un temps de calcul par itération raisonnable, celle-ci est délaissée au profit de la technique Xfoil.

La technique Xfoil est utilisée pour la modélisation d’un profil avec un bord d’attaque et de fuite déformés; cette modélisation est basée sur des techniques de déformation existantes. Ainsi, 2 techniques différentes de déformation de bord de fuite sont analysées, et 1 technique de bord d’attaque. Les moyens de modéliser ceux-ci sont expliqués, puis les diverses variables de déformations sont prises en considération, de façon à diminuer de façon graduelle leur nombre et obtenir une déformation pouvant améliorer la performance de l’UAS-S45.

Un simulateur pour le Tristar Raptor est créé de façon à modéliser le comportement d’un tricoptère et de simuler plusieurs phénomènes dans une simulation, y compris sa cinématique sur le sol, c’est-à-dire que l’appareil puisse toucher au sol et réagir de façon réaliste à ce dernier; en plus, une visualisation de la dynamique de vol dans le logiciel FlightGear est possible, ainsi que des différents modes de contrôle adaptés aux appareils télépilotés.

Un simulateur de l’UAS-S45 est bonifié de façon à y inclure divers nouveaux modules. Un premier module consiste à ajouter au simulateur la visualisation et la cinématique au sol, cette dernière étant différente de celle du Tristar Raptor, et finalement y intégrer l’aile à profil déformable déterminé pour optimiser sa performance en vol.


identifier: Guerroudj, Abdesselam  (2022). Approximating contact for multi-end effector grasps.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
simulation
simuluation de la préhension
préhension multi-effecteurs

abstract:
We present a novel approach for simulating a multi-end effector grasp in real-time by approximation. Given a fully grasped and constrained object, we show how multiple contact and friction constraints can be replaced by a single 6DOF that approximates the grasping behavior and significantly improves performance.

We demonstrate how similar the approximated grasp behavior is to the fully simulated behavior while providing a considerable performance increase by testing our approach in two separate scenarios using a simulated arm and hand grasping two different objects. Furthermore, we show how specific axes of the 6DOF constraint can be relaxed to imitate friction and sliding motions of the target object relative to the end-effectors.


identifier: Buron Yuen, Michael  (2022). Estimation de mesures anthropométrique avec une seule image.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
distance inter pupillaire
rotation de la tête
mesure de la distance
mesures anthropométriques
mesures monoculaires

abstract: Dans cette recherche, nous proposons une méthode pour obtenir des mesures anthropométriques d'un sujet à partir d'une seule image en mettant à l'échelle un avatar morphologique et normalisé du sujet dans le monde réel. Pour acquérir le facteur d'échelle, nous exploitons la distance à laquelle le sujet est placé par rapport à la caméra. Nous proposons donc une méthode pour estimer la distance entre la caméra et le sujet à partir d'une image monoculaire sans restreindre l'orientation de la tête. La distance inter pupillaire du sujet est utilisée comme point d'ancrage pour estimer la taille des pixels dans le plan du sujet et la distance à la caméra est récupérée à partir de cette mesure. L'écart inter pupillaire dans l'image est estimé en utilisant une approche basée sur l'apprentissage qui détecte la tête du sujet et estime l'orientation de la tête par rapport à l'axe optique de la caméra. Elle peut également être utilisée afin d’estimer la distance pupillaire à partir de 2 images dans le cas où cette information n'est pas disponible. Les approches proposées sont validées en comparant les résultats obtenus avec un système de capture de mouvement OptiTrack. Il est démontré que l'utilisation de l'algorithme proposé permet une estimation plus robuste de la distance indépendamment de la rotation de la tête. Il est également démontré que l'estimation de l'écart pupillaire est possible en utilisant seulement deux images. Enfin, la recherche fournit des résultats concluants en générant un avatar à l'échelle qui peut être utilisée pour des mesures anthropométriques.


identifier: Nour, M’Hamed  (2022). Proposition de détection automatique de la prise des repas et de facteurs influençant la prise de repas pour des personnes atteintes de début de troubles neurodégénératifs majeurs, type Alzheimer.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Alzheimer
déficiences mentales
détection de prise de repas
technologies d’assistance
motivation à la prise de repas

abstract:
Un des défis dans le traitement des patients avec des déficiences mentales, est de savoir si les patients ont trop ou pas assez mangé, surtout si ceux-ci vivent seuls. Dans ce contexte, lorsque des techniques d’assistance permettant d’identifier la prise de repas seront utilisées, elles devront l’être sans conflit lié à l’éthique.

Par la suite, en fonction des résultats d’identification de la prise de repas, il faudrait tenter d’influencer les patients suivis pour les inciter à arrêter de manger ou au contraire les encourager à manger davantage.

Afin de répondre à ce défi, l’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie sans conflit lié à l’éthique, de détection automatique de prise de repas. Dans ce but, une nouvelle approche est proposée ainsi qu’une procédure automatique qui utilise des programmes informatiques utilisant l’intelligence artificielle pour influer sur la prise de repas.

Cette nouvelle approche a été testée réellement sur des volontaires (étudiants de l’ÉTS) afin d’avoir des feedbacks et d’améliorer la solution proposée.

Au cours de cette thèse, une application informatique, qui surveille de manière continue l’activité de prise de repas, a donc été testée afin d’envisager une version potentiellement commerciale.


identifier: Fami, Foroutan  (2022). Slicing enterprise WiFi networks for differentiated IoT service provisioning.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
WiFi
IEEE 802.11
tranchement de réseaux d’IdO
réseaux locaux sans fil
association d’utilisateurs
correspondance stable

abstract:
The increasing number of differentiated IoT services introduced to wireless networks are coming with diverse and sometimes conflicting requirements that brought new challenges for controlling and managing such networks. Network slicing is among the most wanted features of the 5G to address these diverse requirements. However, adopting it for Enterprise WiFi networks is challenging due to the lack of wireless virtualization supports in hardware.

This thesis proposes a new slicing solution for enterprise WiFi networks that requires no virtualization support in WiFi access points. Our solution relies on a dynamic user association mechanism that takes into account the amount of network-wide utilization for each slice. To define the association decisions, we formulate an optimization problem to maximize the total throughput of the network with respect to different constraints of each slice. These constraints include the physical limitations for the wireless connections, system integrity limitations related to the WiFi networks, IoT requirements, and the network-wide utilization for each slice.

Due to highly dynamics of user and traffic in Enterprise WiFi networks, this high-complexity optimization should be solved in a timely manner. We propose a heuristic based on a many-to one matching game. We adopt the Deferred Acceptance Algorithm to find the stable matching solution while considering the IoT slice requirements and the time required to find proper association for the existing consumers in the network.

Simulation results show substantial potential for extending the current work, which can hugely impact the WiFi networks’ social and economical growth. Results show that the proposed solution approximates the optimal results and outperforms the traditional RSSI approaches while guaranteeing the requirements of different IoT slices.


identifier: Elelwi, Mohamed  (2022). New concept of multidisciplinary optimization for weight saving and stiffness improvement of a morphing variable span of tapered wing MVSTW - application to the UAS-S4.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: analyses aérodynamiques

subject: performances aérodynamiques

subject: corde à la racine de l'aile

subject: accord de pointe

subject: aile déformable à envergure fuselée variable (MVSTW)

subject: UAV

subject: mécanisme télescopique

subject: optimisation de la taille et de la topologie par l'analyse d'éléments finis

subject: solveur OptiStruct

subject: SoildThinking

subject: MATLAB

abstract: This thesis presents a new approach of multidisciplinary numerical optimization used to develop a lightweight morphing wing based on data from an Unmanned Aerial System (UASS4). The optimal design for the UAS-S4 wing was determined, in order to achieve a high level of performance. The computation and selection of appropriate manufacturing materials were also considered. The methodology, design tools, and results were obtained via ComputerAided Design (CAD), Computer Aided Engineering (CAE), and MATLAB software. The first phase included a design and development comparative study of a Morphing Variable Span of the Tapered Wing (MVSTW) for an Unmanned Aerial System UAS-S4. The main objective was to analyze, and to compare the wing aerodynamic properties for various span lengths and sweep angles, and to determine its most efficient geometric design. This design can be employed for aircraft roll motion control instead of its conventional control mechanism, and is more sensitive to changes in the angle of its inner section influencing the aerodynamic characteristics. The second phase presented the topology optimization and evaluated the feasibility of internal wing components. Topology optimization was performed to place the wing components within its fixed and moving segments done in aluminum alloy 2024-T3. According to research findings, the fixed and moving segments should be designed with two spar and seven ribs configurations with their support components in the high-strain region. The third phase discusses the integration of structural sizing, topology, and aerodynamic optimization for MVSTW with the objective of reducing its weight. The optimization techniques considered the aerodynamic load distribution along the wingspan at its full wingspan extension and maximum speed. The wing components were optimized for size and topology optimization, and were designed using aluminum alloy 2024-T3. Weight savings of up to 51.2% and 55.7% were obtained for the fixed and moving wing sections, respectively, according to the optimization results. The fourth phase is a continuation of earlier phases performed for the multidisciplinary numerical optimization for the of MVSTW design to minimize its weight using composite materials. By integrating simultaneous material, structural size, and topological optimizations according to aerodynamic analyses, a computational environment for multidisciplinary optimization was considered to determine if morphing wings optimization was feasible. The MVSTW weight could be significantly decreased by using of the multidisciplinary numerical optimization methods.


identifier: Bouchard, Louis-François  (2022). Symétrie U(1) et brisure de symétrie dans les couches d’activation de réseaux de neurones convolutifs profonds.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vision par ordinateur
reconnaissance de formes
réseaux de neurones convolutifs

abstract: Nous présentons un nouveau modèle reliant les réseaux de neurones convolutifs (CNNs) à la vision biologique et à la physique fondamentale des particules. La propagation de l’information dans un CNN est modélisée via une analogie avec un système optique, où l’information est concentrée près d’un goulot d’étranglement où la résolution spatiale 2D s’effondre autour d’un point focal 1 × 1 = 1. Un espace 3D (□, □, □) est défini par les coordonnées (□, □) dans le plan image et la couche CNN □, où un rayon principal (□, 0, 0) suis la direction de propagation de l’information à travers à la fois l’axe optique et le pixel central de l’image situé à (□, □) = (0, 0), autour duquel la mise au point spatiale la plus nette possible est limitée à un cercle de confusion dans le plan image. Notre idée est de modéliser le rayon optique principal (□, 0, 0) comme géométriquement équivalent au vecteur médian dans l’orthant positif □(□, □) □ □+ d’un espace d’activation des canaux a □ dimensions, par exemple le long du vecteur de niveaux de gris (ou de luminance) (□,□,□) dans l’espace colorimétrique RVB. L’information est ainsi concentrée dans un potentiel d’énergie □(□, □, □) = □(□, □, □) 2, qui, en particulier pour les couches de goulot d’étranglement □ des CNNs génériques, est fortement concentré et symétrique par rapport à l’origine spatiale (□, 0, 0) et présente le potentiel "Sombrero" de la particule de boson bien connu. Cette symétrie est brisée dans la classification où les couches de goulot d’étranglement des modèles CNN génériques préentraînés présentent un biais cohérent spécifique à la classe vers un angle □ □ □(1) défini simultanément dans le plan image et dans l’espace des caractéristiques d’activation. Les observations initiales valident notre hypothèse à partir de cartes d’activation extraites de CNNs génériques préentraînés et d’un schéma de classification basé sur la mémoire (K-NN), sans entraînements supplémentaires ni réglages optimisés. L’entraînement à partir de zéro à l’aide d’une fonction de perte combinant un composant symétrique et un composant antisymétrique, one-hot +□(1), améliore la classification pour toutes les tâches testées, y compris ImageNet, confirmant notre hypothèse de brisure de symétrie lors de la classification et agissant comme preuve de concept introduisant cette théorie. Nous soulignons également la ressemblance entre une image (réguliere, RVB) et une carte de caractéristique.


identifier: Fortin, Philippe  (2022). Formulation d’un liant pouzzolanique pour la confection d’un béton végétal hygroscopique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
béton végétal
chanvre
matériaux biosourcés
liant pouzzolanique
comportement hygroscopique
écologique

abstract: Les changements climatiques poussent à revoir la façon de construire les bâtiments afin de limiter les gaz à effet de serre (GES). Un bâtiment émet des GES depuis l’extraction des matériaux, au cours de son opération et jusqu’à sa disposition en fin de vie. L’utilisation des isolants d’origine pétrochimique et minérale va à l’encontre des devoirs sociétaux de réduction des GES. Un matériau au grand potentiel est le béton de chanvre composé d’un liant à base de chaux, de chanvre et d’eau. Le chanvre est une plante qui se récolte lors de chaque saison de culture. Celle-ci permet de séquestrer rapidement le dioxyde de carbone (CO2), un GES, jusqu’à quatre fois plus qu’un arbre selon certaines études. Par ailleurs, le béton de chanvre a la capacité de réguler l’humidité et la température de façon naturelle dans un bâtiment par la capacité d’absorption du béton de chanvre amenant ainsi un confort pour les résidents. Le béton de chanvre est un bon isolant thermique, recyclable, ininflammable, répulsif naturel contre les nuisibles et protège contre les moisissures du bois. Il existe actuellement deux entreprises québécoises qui se spécialisent dans la construction de maisons clé en main en béton de chanvre. Les méthodes de constructions restent toutefois artisanales et nécessitent beaucoup de main-d’œuvre. L’importation de liant formulé ou de chaux hydraulique naturelle commercialisée en Europe rend le matériau de béton végétal de chanvre inaccessible et non viable pour le marché nord-américain. L’objectif visé dans la recherche proposée est d’étudier la possibilité de formuler un liant adapté au béton végétal de chanvre à l’aide des matériaux disponibles en Amérique du Nord limitant toutefois l’ajout de liant hydraulique fort émetteur de GES. Le travail porte sur l’optimisation de la cure par des approches théoriques provenant de la littérature en étudiant les phases hydratées produites dans le liant pouzzolanique formulé ainsi que l’optimisation des proportions des constituants pour répondre aux diverses hypothèses de recherche. Un regard critique sur l’optimisation du liant formulé sera porté sur l’impact du liant sur le caractère hygroscopique de régulation d’humidité du matériau composite final. Les résultats obtenus de l’optimisation du liant renvoient à promouvoir l’utilisation d’un liant pouzzolanique à base de chaux et de métakaolin en formule binaire. Malgré les résultats obtenus supportant l’idée d’un plus grand volume capillaire des pores connectés pour un liant pur pouzzolanique ternaire formulé avec un ratio massique SiO2/Al2O3 (Si/Al) plus élevé, les propriétés hygroscopiques des bétons végétaux de régulation d’humidité ne semblent pas être dépendantes de ce paramètre de conception du liant. Malgré la variabilité dans les proportions de la formulation du liant, la chènevotte de chanvre semble être l’élément prépondérant du caractère hygroscopique du matériau selon l’approche proposée. Dès lors, la retombée de cette recherche permet donc de mieux accepter l’utilisation d’une formulation binaire chaux-métakaolin pour l’élaboration de bétons végétaux de chanvre. La formulation binaire proposée bénéficiera la mise en place par une plus grande cohésion initiale du matériau.


identifier: Gagnon, Jonathan  (2022). Patch-based texture synthesis on 3D fluids.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
synthèse de texture
simulation de fluide

abstract:
We propose three different approaches to synthesise a texture on an animated fluid free surface based on texture exemplars. Overall, our approaches are applied as a post-process to a fluid simulation. We used polygon patches to store texture uv coordinates. We advect trackers or polygon patches to move the texture along the fluid flow. The patches are covering the whole surface every frame of the animation. We use a texture atlas to compute the resulting animated texture.

In the first approach, particle trackers are scattered on the surface of the fluid, and used to track deformations and topological changes. For every frame of the animation, the trackers are advected and rotated coherently with the flow of the fluid. Receiver polygons are identified on the fluid surface and are used to transfer uv coordinates, while ensuring a controllable amount of texture distortion. The density of the trackers is adjusted when constructing a texture atlas used for rendering. Trackers that remain unused when filling the atlas are safely removed, while texels of the atlas without any corresponding tracker identify areas where new trackers will be added. Together with our patch layering approach, this tracker creation and removal process reduces popping artifacts.

In the second approach, we synthesize temporally coherent patch-based textures on the free surface of fluids using deformable patches. We seek to maintain a Poisson disk distribution of patches, and following advection, the Poisson disk criterion determines where to add new patches and which patches should be flagged for removal. The removal considers the local number of patches: in regions containing too many patches, we accelerate the temporal removal. This reduces the number of patches while still meeting the Poisson disk criterion. Reducing areas with too many patches speeds up the computation and avoids patch-blending artifacts.

In the third approach, using lapped textures combined with deformable patches, we successfully remove blending artifact and rigid artifact seen in previous methods. We remain faithful to the texture exemplar by removing distorted patch texels using a patch erosion process. The patch erosion is based on a feature map provided together with the exemplar as inputs to our approach. The erosion favors removing texels toward the boundary of the patch as well as texels corresponding to more distorted regions of the patch. Where texels are removed leaving a gap on the surface, we add new patches below existing ones. The result is an animated texture following the velocity field of the fluid. We show that our approaches provide good results for many fluid simulation scenarios, and with many texture exemplars.


identifier: Béliveau, Louis-Philip  (2022). Développement de l'imagerie à un pixel aux fréquences électromagnétiques térahertz (THz) avec l'utilisation d'un modulateur de type microsystème électromécaniques (MEMS).  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
térahertz TDS
PMUT
spectroscopie térahertz
acquisition à un pixel
acquisition compressée

abstract:
Le domaine des Térahertz (THz) est une technologie dans laquelle les performances et applications se sont multipliées au courant des vingt dernières années. Les énormes progrès réalisés ont ouvert la porte à de nombreuses avancées scientifiques ainsi qu’à de premières applications industrielles THz. Dans ce contexte, la modulation THz est de plus en plus explorée pour de nombreuses applications, telles que l’imagerie, la communication, la spectroscopie, etc.

Ce travail vise à contribuer à l’avancement des méthodes de modulation THz existants en présentant de nouvelles applications de modulation THz par transducteurs ultrasoniques microusinés piézoélectriques (PMUT) ainsi qu’en démontrant une nouvelle méthode de communication THz utilisant un dispositif « digital micro-mirror device » (DMD) ainsi qu’un miroir échelon. L’objectif final de la recherche présenté était de permettre l’imagerie THz en utilisant un modulateur PMUT.

Le texte commence par une revue de la théorie, concepts ou principes de base couvrant différentes méthodes d’émission et de détection d’ondes THz. La revue détaille ensuite la spectroscopie THz, les différentes méthodes de modulations THz existantes et conclut sur la possibilité d’utiliser ces modulations dans un contexte d’imagerie THz.

Ensuite, la fabrication des dispositifs PMUT utilisés, les hypothèses et les configurations expérimentales, ainsi que la conception du circuit et du programme de contrôle de la matrice de PMUT sont présentées dans la section méthodologie du mémoire.

Les résultats des différentes expériences réalisées sont ensuite également présentés dans la section résultats. L'application de l'imagerie par acquisition de pixels compressés n'ayant pu être réalisée pour des raisons techniques, ce chapitre se termine par les résultats de la caractérisation de la matrice de PMUT et de son contrôleur, suivis d’une conclusion sur sa fonctionnalité.

Finalement, ce mémoire se conclut par un résumé des différents résultats de recherche qui y sont présentés, suivi de recommandations sur les améliorations possibles aux divers systèmes conçus afin d’obtenir de meilleurs résultats, de corriger certains défauts ou d’expliquer les applications futures permises par la technologie démontrée dans ce document.


identifier: Seminaro, Juliette  (2022). Développement d’une méthode d’extraction automatique de métriques de performance en boxe basée sur la vision par ordinateur.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
boxe
vision par ordinateur
apprentissage machine
analyse des performances

abstract: En boxe, plusieurs études ont démontré que l’efficience des coups d’un athlète, c’est-à-dire le ratio entre les coups atteignant leur cible sur le total des coups lancés, est un indicateur clé d’une victoire lors d’un combat. Les mouvements des boxeurs et leur contrôle du ring sont également importants puisqu’il s’agit d’éléments considérés dans le système de pointage de la boxe. Il est donc essentiel de faire le suivi de telles métriques afin de mesurer les performances des athlètes ou encore, obtenir de l’information stratégique sur le profil des adversaires. Toutefois, le visionnement des vidéos de combat ainsi que l’annotation des divers événements est une tâche chronophage, principalement effectuée par un expert analyste des performances. Des tentatives d’automatisation de ce processus requièrent de l’équipement spécialisé tel que des caméras à temps de vol, des systèmes de capture de mouvement ou des capteurs inertiels. De plus, il n’est pas pratique pour les athlètes d’être munis de marqueurs réfléchissants ou de capteurs pendant des combats, puisqu’ils peuvent entraver leurs mouvements, être endommagés ou même blesser les boxeurs. Dans le cadre de cette maîtrise, une méthode d’extraction automatique de métriques de performance en boxe basée sur la vision par ordinateur a été développée. Celle-ci permet d’extraire le nombre et le type de coups de poing donnés par un boxeur à partir d’une vidéo de shadow boxing (méthode d’entraînement où l’athlète boxe dans le vide en imaginant un adversaire), en plus de générer des courbes et des cartes de chaleur permettant de quantifier le contrôle du ring par les athlètes. En utilisant uniquement des images enregistrées par une seule caméra vidéo, la méthode est donc accessible puisqu’elle est abordable et ne requiert pas d’équipement spécialisé. Elle permet d’obtenir une exactitude de classification moyenne pondérée de 77 % sur les positions et techniques offensives suivantes : garde ouverte, garde, direct avant, direct arrière, crochet avant, crochet arrière, uppercut avant et uppercut arrière. La méthode d’extraction automatique de métriques de performance permet également de faire le suivi des boxeurs sur l’aire de combat à 12,2 cm près.


identifier: Tiaya Tedonchio, Christian  (2022). Maquettes numériques comme outil de prévention et d’aide à la décision en santé et en sécurité du travail.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
maquette numérique
risque
sécurité du travail
génie des facteurs humains
ergonomie
identification
connaissance
méthode
automatique
règles
Catia V5

abstract:
Les maquettes numériques favorisent l’observation des situations de travail futures grâce à la représentation géométrique des produits/ouvrages. En phase de conception, elles présentent la possibilité d’être couplées à des technologies de gestion des connaissances pour l’identification des risques de sécurité du travail. Ces risques sont des risques majeurs lors des travaux d’exploitation et de maintenance des ouvrages industriels. Dès lors, le couplage des maquettes numériques aux technologies de gestion des connaissances est une approche qui sied aux besoins de prévention à la source des risques des travaux d’exploitation et de maintenance des ouvrages industriels. Par ailleurs, ces approches permettent de combiner le potentiel de visualisation offert par les maquettes numériques à la rigueur des méthodes formelles et structurées d’identification des risques. Parmi ces méthodes structurées, on peut noter les méthodes des arbres de causes, d’analyse des tâches, HAZOP et les listes de vérifications. Ces dernières permettent de garantir la conformité des produits/ouvrages aux règlements de Santé et de Sécurité du Travail (SST) en vigueur.

Au cours de cette étude, nous avons réalisé une analyse comparative des approches de gestion des risques de SST à l’aide des maquettes numériques BIM et PLM. Cette dernière a permis de relever que les outils de vérification automatique des modèles, disponibles à la fois dans les environnements de modélisation BIM et PLM, conviennent à la vérification automatique de la conformité des produits/ouvrages aux règlements de SST. Catia V5 étant le logiciel de modélisation utilisé par les équipes de conception du partenaire industriel, la mise en œuvre des principes de la méthodologie de recherche dite de recherche en conception, nous a permis de tester les outils de vérification automatique disponibles sous Catia V5. Cela nous a permis de proposer une approche d’identification des risques qui consiste à utiliser les codes macro sous Catia V5 pour enregistrer les règles de SST auxquelles les produits/ouvrages doivent se conformer. Cependant ces règles de SST doivent préalablement être : 1) extraites des Guides des Exigences de Maintenabilité et d’Exploitabilité (GEME) < des Ouvrages, 2) convenablement reformulées de manière à être compatibles avec la méthode d’interprétation de textes à l’aide de quatre opérateurs logiques : Requirements, Applicability, Selection et Exception (méthode RASE), 3) l’interprétation en langage machine par la méthode RASE.

L’analyse de la faisabilité de l’approche proposée s’est faite sur le cas d’étude d’un évacuateur de crues du partenaire industriel. Les risques liés aux sources d’énergie apparaissant comme le risque prioritaire du partenaire industriel pour la phase d’exploitation et de maintenance de ses ouvrages, l’étude de cas a consisté à tenter d’utiliser la démarche proposée pour l’identification automatique des sources d’énergie sur la maquette numérique. Cette étude de cas a par ailleurs permis d’identifier deux principales difficultés d’opérationnalisation de la démarche proposée. Celles-ci sont liées au besoin : 1) de standardisation de la nomenclature des objets numériques et des procédures de conception et 2) de réserver des couleurs à affecter aux objets numériques en fonction du niveau de risque que ceux-ci présentent pour la sécurité et la santé des travailleurs. Cependant, l’étude de cas a permis de valider la faisabilité de l’approche proposée et, ainsi, la possibilité d’utiliser les maquettes numériques pour éliminer à la source les risques règlementés liés aux travaux d’exploitation et de maintenance des ouvrages industriels.

Au demeurant, les limites de l’approche proposée sont triples : 1) la non prise en compte des effets des interactions et des liens de renforcement entre les risques, 2) l’impossibilité d’anticiper les situations accidentelles non prévues dans les GEME et 3) la non-intégration des interactions entre les humains et les produits/ouvrages à entretenir. A cet effet, nous proposons d’étudier, dans de futurs projets, la possibilité de coupler les maquettes numériques aux méthodes émergentes d’identification des risques telles que la Méthode d'analyse de résonance fonctionnelle (méthode FRAM) ou le Modèle théorique et systémique d’accidents et de processus (méthode STAMP/STPA) pour être en mesure d’identifier les risques liés à des situations accidentelles non prévues dans les GEME et ceux liés aux effets de renforcement entre les risques. Nous proposons, enfin, d’étudier la possibilité d’utiliser le module d’analyse ergonomique de Catia V5 pour intégrer le génie des facteurs humains/ergonomie à la conception des ouvrages et ainsi contribuer à la réduction de la fréquence d’occurrence des risques ergonomiques, susceptibles de générer notamment des troubles musculosquelettiques chez les travailleurs de la phase d’exploitation des ouvrages industriels.


identifier: Zafarmirmohamadi, Niaz  (2022). Proposition of recommendations for choosing a project manager software for virtual agile small-scale start-ups.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
gestion de projet
start-up
projets agiles
logiciel de gestion de projet

abstract:
Project managers face various challenges regarding managing resources and tasks. One of the greatest challenges is choosing the software they use during the project to set up their scheduled tasks and track their progress within their team. Each software package has different features that can be useful in the project management process.

However, start-ups can find it difficult to choose the most suitable software due to budgetary and time constraints. Start-up’s generally lack the required experience and a clear vision of the future, so they cannot determine their needs and recognize which software would be the most suitable considering their needs.

The recommendations proposed in this study aim to help project managers to make a more informed decision in the selection of their project management software according to the needs and priorities of each team. To do so, this study conducted surveys with 37 individuals from 11 project managers and 26 team members within eight start-ups using agile project management and composed of 5-12 members. They were asked about their needs and satisfaction with software such as Teamwork, Zoho, Asana, Trello and Monday.

According to the survey results in the Chi-Square section and frequency chart, Asana was the best choice for the majority. The results of the chi-square test also indicate that there was no correlation between the role of participants and the best- chosen software (according to the amount of p-value). Finally, five equations were constructed using multiple linear regression to recommend the optimal software based on each new start-up’s preferences and requirements.


identifier: Pichette, Simon  (2022). Diagnostic automatisé en environnement de production à faible volume et haute complexité.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
diagnostique automatisé
émulation matérielle
dictionnaire de pannes
test au niveau carte
modélisation des connaissances
raisonnement par cas
test JTAG

abstract:
Les impératifs commerciaux ayant déplacé la production de cartes électroniques à grand volume vers l’Asie, les fabricants nord-américains n’ont d’autre choix que de se positionner dans les créneaux plus difficiles de la production à bas volume, de systèmes plus complexes, dits « Low-Volume, High-Mix » (LVHM).

Ces produits souvent destinés aux secteurs industriel, médical ou militaire intègrent des dispositifs dispendieux et leur coût unitaire justifie le déploiement d’un effort de diagnostic et de réparation important lors de la détection d’une défectuosité pendant la production. Bien que l’automatisation du diagnostic soit souhaitable, le faible volume limite la quantité de données disponibles et rend impraticables les techniques d’apprentissage machine conventionnelles.

Cette thèse propose une nouvelle approche basée sur la modélisation des connaissances et le raisonnement par cas pour le diagnostic automatisé de cartes de circuits imprimés adapté à l’environnement de production LVHM. Notre approche hybride, dont l’efficacité a été démontrée à l’aide d’un prototype que nous avons développé, permet de surmonter le goulot d’étranglement de l’acquisition des connaissances (knowledge acquisition bottleneck) malgré le fait qu’un environnement pauvre en données soit ciblé. L’approche proposée ne nécessite pas la contribution des concepteurs ou d’experts du produit et est conçue pour opérer uniquement avec l’information disponible lors de la fabrication.

Notre approche repose sur l’utilisation d’un système raisonnant accumulant de l’expérience jumelé à un dépôt de connaissances du produit et du domaine. Afin d’accélérer l’acquisition d’expérience sur un nouveau produit, nous procédons à la génération de cas synthétiques à l’aide d’un émulateur de carte au niveau boundary scan branché à l’équipement de test utilisé en production. Les résultats de nos essais démontrent que ces cas synthétiques permettent au système diagnostic de détecter, localiser et classer toutes les pannes simples ainsi que les pannes multiples touchant jusqu’à trois nœuds voisins avec un meilleur taux de succès que l’outil commercial de référence.

De plus, les données de la base de cas, incluant les informations de disposition physique des cartes (board layout) ainsi que les rétroactions de l’utilisateur après chaque réparation sont utilisées pour alimenter un système recommandeur chargé de faire l’analyse des causes racines des défectuosités pour identifier le composant fautif et proposer une réparation. Un simulateur de données de production et de réparation est décrit et intégré au prototype pour faire la vérification du système recommandeur, dont la performance est évaluée. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent d’envisager l’utilisation du système proposé dans un environnement commercial.


identifier: Salimi, Sina  (2022). How to better take user needs into account in the CK theory using QFD.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: théorie C-K

subject: déploiement des fonctions qualités (DFQ)

subject: méthodologie de conception

subject: demandes des clients

subject: innovation du produit

abstract:
Due to human needs, products play a vital role in our life. For this reason, various products are invented and used for daily needs. With the development of technology and the increment of human needs, researchers found it essential to have design methodologies that consider creativity and innovation to achieve more innovative products for customer satisfaction and market success. So, different design methodologies have been designed and created. For instance, the Concept & knowledge theory (C-K theory) and TRIZ are two methodologies that contain creativity and innovation at their core. Besides, different companies concluded that they need to consider and apply user desires to their product to approach market demand and increase user satisfaction. Eventually, different methodologies like the quality function deployment have been created to understand customer needs and translate their voice to design elements. However, the design theories like the C-K theory have the limitation of considering user expectations in its structure.

Accordingly, this research tends to integrate the C-K theory and the QFD to develop a new methodology in order to use customer demand in the structure of C-K theory thanks to QFD. The new methodology extracts customer demands from the QFD and transfers them to the structure of the C-K theory. Then, the results of the C-K theory are transferred to the QFD to get the customer-based outcomes for new products.

In this research, a home-use lover limb rehabilitation device has been designed as a case study with the proposed methodology based on user needs.

Therefore, the methodology demonstrates that user demands are used from the first design step to the last step.


identifier: Roussel, Yann  (2022). Étude numérique de la production de gaz de synthèse par combustion riche du méthane dans un brûleur poreux.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
brûleur poreux
syngas
modélisation 3D
maille diamant
brûleur étagé

abstract:
Les syngas sont des produits valorisables utilisés en chimie industrielle pour produire des biocarburants ou du méthanol. La combustion d’un mélange air-carburant à forte richesse dans un milieu poreux permet la production de gaz de synthèse. L’objectif de ce mémoire est de modéliser numériquement la production de syngas dans un brûleur poreux, basé sur la maille de diamant, par combustion riche du méthane.

La géométrie de la matrice poreuse est inspirée du travail de Samoilenko et al., 2019 pour obtenir des matrices poreuses régulières avec des structures en maille de diamant (obtenable par impression 3D) avec les mêmes propriétés (perméabilité et porosité) que des mousses industrielles. Les différents paramètres étudiés sont la porosité et la densité de pores. La nouveauté est l’introduction d’un brûleur à géométrie étagée.

La simulation direct 3D à l’échelle des pores est utilisée en raison de la complexité géométrique de la matrice poreuse. La combustion d’un mélange air-méthane d’une richesse de 2 est modélisée, l’écoulement étant laminaire. Le débit est ajusté pour stabiliser la flamme et étudier les syngas produits. Le modèle numérique et la résolution sont réalisés sur le logiciel StarCCM+.

Les syngas obtenus ont un ratio H2/CO proche de 1 dans tous les cas étudiés, mais les quantités de syngas produites sont différentes. L’efficacité de conversion varie de 41 % pour le cas de référence à 43% lorsque la densité de pores augmente. Elle monte à 59% lorsque la porosité diminue (divisé par 2) et atteint même 63% pour la géométrie étagée. L’étude des précurseurs de suie montre également une diminution de 10% pour ce dernier cas. Indépendamment des cas, l’augmentation du préchauffage se traduit par une augmentation de la production de syngas. Également, la réaction à lieu dans une cellule de la structure dans tous les cas.

La conversion en syngas est donc favorisée par la recirculation de la chaleur dans le matériau solide (ici SiSiC). On peut donc influencer cette conversion en jouant sur les paramètres suivants : augmenter la densité de pores ou diminuer la porosité pour maximiser la surface d’échange ou bien avoir une géométrie variable avec des pores denses dans la zone de préchauffage et plus d’espace dans la zone de réaction. La géométrie variable représente une alternative pour améliorer les rendements de conversion sans recourir à un catalyseur tout en étant facilement réalisable par impression 3D.


identifier: Entezaminia, Arezou  (2022). Production control of unreliable systems in the context of green manufacturing and reverse logistics.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: politique de commande de la production environnementale

subject: système de fabrication non fiable

subject: émissions de gaz à effet de serre

subject: taxe carbone

subject: plafonnement et échange

subject: remise à neuf

subject: changement de carburant

subject: optimisation de la simulation

abstract:
Throughout the last century, there has been a growing public awareness about environmental issues and serious effects of greenhouse gas (GHG) emissions, such as global warming and climate change. At the governmental level, the Kyoto Protocol (1997), which was signed by 37 industrialised countries, has urged them to decrease their GHG emissions. Changes in environmental consciousness have also an impact on the industrial sectors. Regarding the environmental concerns and regulations that have been enacted, it is critical for industries to put effort into emission mitigation.

As a result, decision-makers must establish the best environmental management strategies while keeping the economic aspect in mind. In this regard, we focus on the topic of integrating environmental concerns in the management of manufacturing systems using a stochastic optimal control approach. In practice, the manufacturing sector has a particularly dynamic behaviour due to the multiple variables and random events such as random failure and repair times. In this thesis, we address the production planning problem of unreliable manufacturing systems integrated with environmental aspects.

In the first part, we focus on the production planning problem of manufacturing systems consisting of high-emitting machines (HEMs), which are willing to gradually invest in lowemitting machines (LEMs). New cost-effective and environmentally friendly control policies are developed for such companies to help the decision-maker in synchronising HEM and LEM. Accordingly, we develop two new policies under which both HEM and LEM can run at the same time to boost system availability while simultaneously reducing inventory, backlog, and generated emissions. The simulation modeling, experimental approach, and response surface methodology are used to obtain the optimal parameters of these control policies. Finally, various experiments conducted for a wide range of cost and system parameters, revealed that our control policies result in considerable cost saving and GHG emissions reduction.

In the second part, we address the problem of trading and production planning for failure-prone manufacturing systems regulated by cap-and-trade scheme. In the case of the carbon price, which randomly changes in the market, it is difficult and complicated for businesses to determine their production rate and trading volume in order to make a profit from the carbon market. We develop a new joint production and trading control policy to help managers in determining when to buy/sell allowances or increase/decrease the production rate in order to minimize the total cost and reduce GHG emissions. Finally, sensitivity analysis and a comparative study are conducted to demonstrate how our proposed joint policy leads to significant cost savings and emissions decrease when compared to existing policies adapted from the literature.

In the third part, we integrate the environmental considerations into failure-prone manufacturing/remanufacturing systems taking variate quality returns into account. Specific quality conditions (high- or low-quality) are assigned to returned products. The impact of the returns’ quality on GHG emissions and production rates is also taken into consideration. We develop two production control policies to synchronise manufacturing and remanufacturing considering both high- and low-quality returns in order to achieve environmental and economic goals. The optimal value of parameters is calculated using simulation, design of experiment, and response surface methodology. Based on the results, our proposed policies outperform the existing policies adapted from the literature in terms of both optimal total costs and emissions reduction.

In the fourth part, we focus on unreliable manufacturing systems which consume high-emitting fuels (e.g., coal) and tend to reduce emissions by switching to cleaner fuels (e.g., natural gas (NG)). Indeed, production using a cleaner fuel type reduces GHG emissions but results in higher fuel cost. We also take the random fluctuation of NG price into account. We developed production control policies for failure-prone manufacturing systems with the possibility of fuel switching to minimize total costs while reducing GHG emissions. In this vein, two production control policies are developed to achieve both economic and environmental goals. According to our proposed policies, decisions on fuel switching are made based on the random fluctuation of NG price, and the key elements of the system including its state, inventory, and emissions level. Our proposed policies could reduce emissions while minimizing total costs including inventory, backlog, fuel, and emission costs. The optimal value of control factors is determined using simulation, design of experiment, and response surface methodology. Our proposed control policies surpass the policies derived from the literature in terms of both optimal total costs and emissions reduction.

In conclusion, this thesis contributes to the field of production planning and control of unreliable manufacturing systems in several ways. Indeed, we look at the environmental aspects of such systems from multiple perspectives (low-emitting technologies, carbon trading, reverse logistics, fuel switching). Efficient structures of production control policies are developed, contributing to a better understanding of the dynamic and stochastic behavior of such systems. Comparative study and in-depth sensitivity analysis are performed to validate the structure of developed control policies.


identifier: Chapotard, Vincent  (2022). Développement d’un modèle structural simplifié d’analyse en fatigue d’une pale d’éolienne de 2.05 MW en conditions nordiques basée sur des données partielles.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
pale d’éolienne
chargement
durée de vie en fatigue
climat nordique

abstract:
La transition énergétique est un enjeu qui se décompose sur plusieurs fronts à l’échelle mondiale. Au Canada, une meilleure intégration des énergies renouvelables et, particulièrement de l’éolien, en milieu nordique est nécessaire pour décroître l’empreinte carbone. Ce projet de recherche s’intègre donc dans la caractérisation de l’éolien en milieu nordique en proposant une approche simplifiée d’analyse structurale, basée sur des données partielles, pour évaluer le chargement et la durée de vie en fatigue des pales d’éoliennes pour une période d’opération désirée.

Les méthodes d’analyse structurale d’une pale, lors de la conception, requièrent une multitude de données, qui ne sont généralement pas accessibles aux opérateurs de parcs éoliens. De ce fait, ce travail vise à modéliser une approche simplifiée et accessible qui permettra d’obtenir le chargement perçu par les pales ainsi que l’endommagement sur l’entièreté de la pale pour une période d’opération. Pour ce faire, les généralités du secteur éolien ainsi que la caractérisation de l’éolienne de référence (2.05 MW) utilisée dans ce travail sont d’abord détaillées. L’étude du chargement est faite selon l’approche simplifiée utilisant les données SCADA de l’éolienne, selon la théorie de l’élément de pale et selon la théorie des poutres en flexion. Afin de caractériser la distribution de rigidité en flexion dans les axes principaux de flexion, on s’intéresse par la suite à l’estimation des propriétés élastiques par méthode d’optimisation et par la théorie classique des stratifiés (avec des échantillons provenant d’une pale). La recherche se conclue avec l’étude de durée de vie en fatigue, selon la norme Germanischer Lloyd. L’objectif y est d’étudier la différence d’endommagement entre deux périodes de temps avec un minimum de données.

L’étude du chargement s’avère concluante avec un écart moyen de 15 % pour les moments fléchissants évalués selon l’approche simplifiée et ceux trouvés à l’aide de capteurs. La difficulté à caractériser le coefficient de poussée explique la divergence entre la méthode simplifiée, la théorie de l’élément de pale et l’acquisition dans la pale. Ensuite, pour l’évaluation de la distribution de rigidité en flexion, la méthode d’optimisation numérique, basée sur les propriétés modales, permet de converger vers une multitude de solutions qui satisfont les fréquences propres ciblées en raison du manque de contraintes dans le modèle. L’évaluation de la rigidité en flexion par les échantillons prélevés résulte en un écart respectif pour les trois premières fréquences propres de 19.9 %, 19.5 % et 6.0 %. La reconstruction structurale de la pale mène à une erreur avoisinant les 23 % pour ce qui est de la masse totale de la pale. Finalement, les résultats d’étude pour une période de trois heures tendent à indiquer que la validité de la rigidité en flexion influence grandement la durée de vie en fatigue, dont le point critique est localisé au bord de fuite.


identifier: Heibati, Seyedmohammadreza  (2022). Combining energy, indoor air quality and moisture models for assessing the whole building performance.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
modèle combiné
efficacité énergétique
qualité de l'air intérieur
performance hygrique

abstract: In most studies, energy efficiency, indoor air quality and moisture performance measures are considered separately as a criterion of the building performance. Comparing the results of the energy efficiency, indoor air quality and moisture performance measures simulated by single model tools can have positive and negative interactions with each other. To provide realistic and comprehensive solution that calculates the impact of energy efficiency, indoor air quality and moisture performance criteria on the whole building performance, it is necessary to use a combined model. Therefore, in this research, a new model has been developed that combines all three e.g. energy, indoor air quality and moisture models. The advantage of this combined model is that in addition to predicting the performances of the building in the three areas of energy, indoor air quality and moisture, it will also be able to consider the impact of positive and negative interactions of these three criteria on the output results. Therefore, in combined model the simulated results show the actual performance of the building. The accuracy of combined model is verified using the paired sample t-test method. The development of the combined model has been performed in three phases. In the first phase, the feasibility of coupling EnergyPlus with CONTAM has been analyzed. In the second phase, the feasibility of coupling CONTAM with WUFI has been evaluated, and in the third phase, the feasibility of combining EnergyPlus, CONTAM and WUFI has been concluded. To analyze the differences of the simulated results by the combined and single models methods, four scenarios are defined for a case study of the three-story house. These scenarios include: 1- airtight fanoff, 2- airtight fan-on, 3- leaky fan-off and 4- leaky fan-on. To select the optimal scenarios, the ASHRAE Standard 90.1 for energy efficiency, ASHRAE Standard 62.1 for indoor air quality, ASHRAE Standard 160 and 55 for moisture performance and thermal comfort criteria have been used. Then, the results simulated by combined and single models for four scenarios are presented in the percentage differences with an acceptable level of ASHRAE Standards 90.1, 62.1, 160 and 55. The comparison of the results for the combined model with the single models have been performed for different climates of Montreal, Vancouver, and Miami. The results of this research show that the simulated measures by the combined model are different from the single models. The reason for this difference is that in single models, airflows, temperatures, and heating/cooling flow are defined as input data by the user but in the combined model, the control variables of airflows, temperatures and heating/cooling flows are exchanged in a cyclic loop between all three sub-models of EnergyPlus, CONTAM and WUFI. Since the accuracy of the combined model has been validated based on the paired sample t-test method, this new model can be used as a benchmark tool for the whole building performance analysis.


identifier: Shiboub, Itad Eissa  (2022). Development and validation of a recycling system policy for construction and demolition materials.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: gestion des déchets de construction et de démolition

subject: évaluation

subject: entretien

subject: réhabilitation

subject: changement climatique

subject: conditions économiques et physiques des routes

subject: durabilité

subject: modélisation dynamique des systèmes

subject: pays en développement

subject: économies circulaires

subject: recyclage

subject: production et consommation de ciment

abstract:
This thesis addresses the lack of proper management of reusable materials known as Construction and Demolition Waste (CDW) in developing countries. Construction and demolition waste refers to concrete, brick, asphalt, gravel, and angular sand. These materials are currently considered as waste and often, more likely always in developing countries, disposed of in dumping sites. This is regardless of the fact that they may be fully or partially reclaimed or recycled in new construction projects, saving valuable, scarce, and non-renewable resources. In addition to the depletion of natural resources, the disposal of construction and demolition waste causes substantial clogging of disposal sites with associated social and severe environmental impacts. It is in this context that this thesis first identifies and characterizes construction and demolition waste in Libya and Tunisia as two sample developing nations, and then develops and validates a basic recycling strategy called the Virgin-Material-for-UsedMaterial. The thesis then proposes avenues to consider for incentivizing the construction sector stakeholders, in developing countries, to use it; and finally, it carries out an environmentally and economically sustainable road intervention using recycled construction and demolition waste.

System dynamics simulation is the main methodological approach used considering its versatility to define and analyze complex dynamic systems using computer models that include both qualitative and quantitative variables. Three models were thus created, each addressing a distinct research objective. The first model depicted and analyzed the composition and characteristics of Libya’s annual construction and demolition waste production as a function of mainly cement production, cement consumption, population and its growth, and gross domestic product. The second model establishes an initial model of a recycling framework for construction and demolition waste in a case study of the construction sector in Nalut, Libya. The cost savings and convenience of using the recycling framework tend to motivate stakeholder participation. The third model predicts the future distress of the recycled pavement as a function of the characteristics and composition of the construction and demolition waste and is validated on rehabilitated roads in the Port of Rades in Tunisia.

The findings of the research are threefold. Since it is difficult to determine the exact amount of construction and demolition waste, and it is easy to estimate it instead, this study identified appropriate and relevant parameters that adequately describe and examine construction and demolition waste quantities generated on reasonable grounds. Cost savings are, for stakeholders, an effective motivator for recycling construction and demolition waste. Besides, the system dynamics model analyzing Libyan construction and demolition waste management is validated. It is also observed that sustainable road rehabilitation interventions can employ recycled materials successfully without compromising the technical quality of infrastructure, less so the economic cost-effectiveness and the social impact. Overall validation essentially consists of sensitivity analyses and a brief socio-political analysis.


identifier: Bellil, Mohamed  (2022). Contribution à l’estimation des incertitudes sur un assemblage assisté par la métrologie tridimensionnelle sans recours à des gabarits.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
assemblage assisté par la métrologie 3D
incertitude de mesure
torseur des petits déplacements
simulation Monte-Carlo
iGPS
laser tracker

abstract: L'utilisation des systèmes de mesure 3D évolue et remplace les méthodes d'assemblage traditionnelles de composants d'avions de grande taille qui reposent généralement sur l'utilisation de gabarits d'assemblage. Ces derniers sont critiqués pour leurs coûts de fabrication et ne sont pas généralement flexibles : à chaque modification de la conception, des ajustements sont nécessaires, ce qui se traduit par une carence de productivité. Par contre, les instruments 3D garantissent la flexibilité et un processus d'assemblage automatisé. Dans le cadre de l’assemblage assisté par la métrologie 3D (MAA), les incertitudes de mesure des instruments utilisés et leurs propagations dans la chaine de mesure, ainsi que la méthode suivie et l’utilisation des artéfacts ont un rôle important sur le résultat final de l’assemblage. Bien que le processus MAA ait été bien étudié, l’évaluation de l’incertitude et son influence sur le requis fonctionnel demeurent des problématiques peu abordées dans la littérature. Ce travail présente une évaluation de l'incertitude du processus MAA avec l'utilisation de deux systèmes de mesure : un iGPS et un laser de poursuite. Un modèle d'évaluation de l'incertitude basé sur des simulations de type Monte-Carlo, combiné avec le concept du Torseur de Petit Déplacement (TPD) et la Loi de Propagation de l'Incertitude, est présenté et appliqué aux deux dispositifs. Les résultats sont comparés aux résultats de mesure de comparateur à cadran. Les tests de simulation ont démontré une erreur négligeable par rapport aux résultats expérimentaux.


identifier: Mehregan, Payam  (2022). The effect of leading-edge tubercles on airfoil aerodynamic performance.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: tubercules du bord d'attaque

subject: aérodynamique

subject: tourbillons dans le sens du courant

subject: la force et l'interaction des tourbillons dans le sens du courant

abstract:
In this research, the effect of leading-edge tubercles on the aerodynamic performance of symmetric NACA 0010 and high-cambered RAF-19 airfoils (2D wings) is numerically analyzed using the software ANSYS/CFX and the k-ɛ turbulence modeling at the Reynolds number of 2.5 × 105 .

On the NACA 0010 airfoil, these tubercles cause to reduce the pre-stall lift coefficient while improving the post-stall lift coefficient. Besides, the airfoils with the largest wavelength and amplitude sizes of tubercles are shown to have the highest value of lift coefficient at post-stall angles of attack. However, on the modified RAF-19 airfoils, the performance improvements in the case of lift coefficient are only observed in the shortest wavelength and amplitude airfoils which could increase the CLmax, as well as the pre-and post-stall lift coefficient. On both airfoil types, the leading-edge tubercles cause the increase in drag coefficients on all the modified airfoils.

The wall shear stresses and streamwise vortices results show that on all the modified airfoils, the boundary layer is energized by the counter-rotating streamwise vortices generated by the tubercles. In this research, the effect of amplitude, wavelength, and amplitude to wavelength ratio size of tubercles on the strength and interaction of the streamwise vortices and consequently their effect on the lift and drag coefficient of the modified airfoils are discussed. It is concluded that while increasing the amplitude of tubercles causes to increase the strength of the streamwise vortices, increasing the wavelength of tubercles causes to reduce the intensity of interaction of the streamwise vortices. Thus, between the modified NACA 0010 airfoils with close values of amplitude and wavelength ratio sizes, higher values of lift coefficient are observed at post-stall angles of attack on airfoils having larger-amplitude and wavelength of tubercles.

In this research, the relation between the streamwise vortices and the separated flow regions generated behind the trough section of the modified airfoils at pre-stall angles of attack are also discussed. These separated flow regions are responsible for the lift coefficient reduction on the modified airfoils at pre-stall angles of attack.

Moreover, in this study, the effect of spanwise bumps generated along the chord of the modified airfoils and their influence on the interaction of the streamwise vortices are discussed. These spanwise bumps are generated due to preserving the thickness to chord ratio while designing the modified airfoils.


identifier: Miclette, Olivier  (2022). Conception, fabrication et validation d’une imprimante 3D pour les mélanges poudre-liant.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: fabrication additive par extrusion de pâte métallique (MEAM-HP)

subject: impression 3D métallique

subject: mélange poudre-liant

subject: technique de chevauchement

abstract: La fabrication additive par extrusion de polymère hautement chargé (MEAM-HP) est un procédé récent qui permet de fabriquer des pièces métalliques denses en quatre étapes. La mise en forme de la pièce est réalisée par impression 3D où le mélange fondu poudre-liant est déposé par une buse sur un plateau d’impression de façon similaire au procédé de fil fondu pour les polymères. Plusieurs études se sont concentrées sur l’optimisation des paramètres d’impression dans le but d’éliminer les défauts intercouches dans les pièces. Ces défauts situés à la jonction des lignes d’impression sont en réalité des trous qui diminuent la masse volumique des pièces et affectent négativement les propriétés mécaniques. L’optimisation des paramètres d’impression permet de réduire la taille de ces défauts, mais ne permet pas de les éliminer complètement. Peu d’études ont investigué l’utilisation des mélanges à basse viscosité qui ont pourtant le potentiel de réduire l’occurrence des défauts en permettant au mélange de mieux épouser la forme des lignes d’impression précédemment déposées. Ce travail a pour objectif de développer une nouvelle imprimante capable d’imprimer des pièces en utilisant des mélanges poudre-liant à faible viscosité, de démontrer ses performances et d’ultimement confirmer si l’utilisation de tels mélanges à faible viscosité permet de réduire ou même d’éliminer les défauts intercouches. D’abord, une imprimante munie d’un extrudeur à piston a été conçue et fabriquée. Puis, la précision de déplacement du plateau d’impression et le contrôle du débit de l’extrudeur ont été validés. Ensuite, la température d’extrusion et du plateau d’impression ainsi que le volume de retrait de l’extrudeur ont été optimisés pour réduire les défauts d’impression. Pour terminer, six pièces complexes ont été imprimées pour déterminer si les mélanges à faible viscosité peuvent être utilisés pour l’impression de pièces fonctionnelles. Le mélange utilisé dans cette étude est composé de 65 vol. % de poudre d’acier inoxydable 17-4PH, 23 vol. % de cire de paraffine, 10 vol. % d’éthylène-acétate de vinyle et 2 vol. % d’acide stéarique. Durant la préparation du mélange, le brassage sous vacuum d’une minute s’est avéré suffisant pour atteindre la densité relative maximale de 99.8%, soit 1.2% de plus que celle sans dégazage. Le volume de retrait optimal permettant d’éviter l’écoulement naturel du mélange par la buse lorsque l’extrudeur est à l’arrêt et de contrôler précisément les départs et arrêts des séquences d’extrusion est de 3.6 mm3 . Les températures d’extrusion et de la surface d’impression de 85°C et 52.5°C respectivement ont permis d’éliminer les défauts extérieurs et intercouches pour une pièce imprimée simple. Durant ces impressions, une technique de chevauchement des lignes d’impression novatrice a été utilisée pour éliminer la présence de défauts intercouches. Finalement, l’impression de pièces avec des caractéristiques telles que des parois minces, des murs à 45°, des zones non supportées et des surfaces complexes a démontré que les mélanges à faible viscosité peuvent être utilisés dans le procédé MEAM-HP.


identifier: Tardy, Adrien  (2022). Conception d’un stockage d’énergie éolienne pour une entreprise minière isolée du réseau : faisabilité du stockage par pompage hydraulique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
décarbonation
stockage hydraulique
éoliennes
hors-réseau
mine

abstract: Ce travail de mémoire étudie la faisabilité technique et économique de l’intégration d’énergie renouvelable intermittente dans le réseau carboné de la Mine Raglan. L’objectif est de dimensionner un parc éolien et un système de stockage hydraulique par pompage (STEP) afin de réduire la consommation de diesel et les émissions de GES. Pour ce faire, le fonctionnement et la consommation des réseaux d’électricité et de chaleur sont détaillés, fournissant les besoins de la mine. Pour y répondre, on dimensionne un parc éolien, en utilisant les données historiques des deux unités déjà existantes, ainsi qu’une STEP en passant par la recherche de sites potentiels. Ainsi, à travers un algorithme MATLAB, on simule la mise en marche du couplage génératrices thermiques + éoliennes + STEP, ce qui fournit les performances du réseau. En établissant des indices de faisabilité techniques et économiques, on évalue alors la viabilité des diverses simulations. Les résultats obtenus indiquent qu’il existe trois sites potentiels pouvant accueillir une STEP tout en assurant la rentabilité du projet. La simulation la plus probante estime un retour sur investissement en 2033 avec une balance finale dépassant les 100 millions de dollars en 2037. En résulte notamment une réduction des émissions de GES annuelles passant de 105 500 à 37 000


identifier: Torres Medina, Yaniel  (2022). Étude des facteurs contributifs à l’erreur humaine dans l’assemblage manuel complexe: le cas d’une usine de fabrication de moteurs d’avions.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
erreur d’assemblage
problèmes de qualité
complexité
charge de travail
charge cognitive
fatigue

abstract:
L’étude de l’erreur humaine est devenu un sujet pertinent pour l’ergonomie/génie de facteurs humaines (HF/E) et la sécurité industrielle depuis plusieurs décennies, particulièrement en lien avec des domaines dits critiques pour la sécurité (pétrochimique, nucléaire, aérospatial). Pour ce qui est du secteur de la manufacture, les aspects physiques du travail semblent avoir attiré la majorité de l’attention de la recherche en HF/E. Cependant, dans la manufacture aérospatiale les erreurs d’assemblage peuvent entrainer de pertes économiques importantes (problématique de qualité, productivité réduite) ou même compromettre la sécurité de l’aéronef. L’assemblage de moteurs d’avions, objet d’étude de cette thèse, est un travail qui se fait largement de manière manuelle et qui comporte des exigences cognitives importantes en raison de la complexité des tâches. Bien que certaines technologies liées à l’industrie 4.0 peuvent, à l’avenir, soutenir la performance humaine, il demeure toujours important d’étudier les conditions de réalisation de ce travail. La conception ou l’amélioration du système d’assemblage, avec ou sans soutien des technologies 4.0, doit tenir compte de facteurs qui exercent une influence sur la performance humaine afin de minimiser le risque d’erreurs.

Dans cette thèse nous visons à réaliser une étude de l’erreur humaine dans un centre de production de moteurs d’avions. On s’intéresse, en premier lieu, à identifier les principaux types d’erreurs possibles dans l’assemblage manuel complexe, évaluer le risque de celle-ci et l’influence de certains facteurs contributifs. Par la suite, on se focalise dans l’évaluation de la fatigue et la charge de travail pour terminer par l’illustration des influences organisationnelles sur les erreurs d’assemblage chez les travailleurs. De cette manière notre étude se concentre non seulement sur le travailleur et son environnement immédiat, mais aussi sur le système de production dans son ensemble. L’étude a été réalisée en collaboration avec un partenaire industriel et comporte un volet terrain important. La méthodologie utilisée comme cadre de référence dans cette thèse répond à une méthodologie de type mixte ce qui explique le choix de méthodes et techniques très variées : empiriques qualitatives, empiriques quantitatives et analytiques. Nous avons suivi une approche de type bottom-up en commençant par l’analyse du travail des assembleurs et leur environnement de travail pour ensuite étendre l’analyse à des éléments du système organisationnel.

Nos résultats montrent que certaines tâches sont particulièrement vulnérables aux erreurs comme c’est le cas de l’installation des supports de fixation (bracket), l’installation des colliers de serrage coussinés (cushioned loop clamp) et l’installation de capuchons d’entrée (capscovers). Selon l'analyse statistique des registres de qualité, ces trois tâches étaient responsables de deux tiers des problèmes de qualité au cours de la période de 36 mois choisie. L’analyse de la fiabilité humaine semble indiquer que la géométrie de certaines pièces d’assemblage (support de fixation et colliers de serrage coussinés) accompagnée d’une conception et affichage des instructions de travail sous-optimales (dessins 2D statiques, incohérences dans l'ordre des étapes présentées dans les dessins, dimensions réduites de l'écran, écran éloigné de la position d’assemblage), peut avoir un impact négatif sur la performance des assembleurs (augmentation du risque d’erreur). Dans d’autres cas, le manque de rétroaction immédiate du système ou de moyens évidents afin de suivre l'évolution de la tâche, peut nuire également à la performance. Ceci est le résultat du nombre et de la variété élevée de pièces d’assemblage ce qui rend difficile de garder la trace tout au long de l’activité de travail. À cela s’ajoutent les distractions et les interruptions qui représentent également des facteurs d’influence sur la probabilité d’erreur dans le contexte étudié. Certaines interruptions plus longues sont liées à la discontinuité des tâches par manque de pièces (problèmes avec les fournisseurs) tandis que d’autres, plus courtes, sont liées aux va et vient entre le banc de travail (ordinateurs, bacs de pièces) et la position d’assemblage. D’un autre côté, l’analyse des résultats de l’étude de la fatigue et la charge de travail réalisée auprès de 14 travailleurs pendant une période de deux semaines montre que la perception de la charge de travail globale, le fait de travailler le quart de soir et la fatigue ressentie au début de la journée de travail sont des prédicteurs des niveaux de fatigue potentiellement nuisibles à la performance (niveau de fatigue ≥ 5 dans l’échelle Samn Perelli). Les participants ont déclaré également avoir dormi moins de sept heures pendant 60 % des nuits évaluées. De plus, les travailleurs perçoivent la composante cognitive de la charge de travail comme la plus importante parmi les six composantes évaluées. Ce qui semble être le résultat de la nature complexe de l'assemblage aéronautique.

Finalement, les méthodes d’analyse systémique nous ont fourni une vision holistique du système de production à la lumière de l’erreur humaine et l’assemblage manuel complexe. Nous avons identifié, par exemple, que l’instabilité dans l’approvisionnement de pièces provoque une discontinuité du flux de production qui à son tour génère des périodes de faible et de forte production. Alors qu’une forte production entraine le recours à des heures supplémentaires et à des horaires de travail atypique, une faible production peut mener à plus de distractions et d’interruptions. En plus, la politique de rémunération des heures supplémentaires convenue par la négociation collective peut inciter les travailleurs à accumuler un nombre important d’heures de travail qui dépasse la limite généralement établie de 40h par semaine. De manière semblable, la stratégie technologique de l’entreprise en liaison avec des aspects budgétaires a une influence sur le système informatique de soutien à la manufacture présentement en place. La conception des instructions de travail qui ne tient pas en compte les besoins de l’utilisateur final est un autre exemple des facteurs organisationnels qui exercent une influence sur la performance des travailleurs de ligne d’assemblage. On peut ainsi constater que les erreurs d’assemblage sont aussi associées à de facteurs du niveau macro du système de travail.

En conclusion, nos résultats suggèrent que différents facteurs liés à la conception et à la gestion du système d’assemblage ont un impact potentiel sur la performance des travailleurs. Ces facteurs peuvent augmenter le risque d’erreurs d’assemblage. Une attention particulière doit être accordée à la charge de travail cognitive à cause de l’impact potentiel sur la fatigue dans le contexte de l’assemblage complexe. Cela devrait se traduire par une stratégie d’intervention qui tient compte de l’interaction entre les travailleurs et les instructions de travail (contenu, mode d’affichage, réalisme des images) et des moyens pour assurer une rétroaction immédiate et le suivi de l’évolution de la tâche. Dans ce sens, l’adoption et l’intégration de certaines technologies de soutien de l’humain dans un contexte d’industrie numérique représentent une piste de solution à explorer (système de guidage de l’assemblage). Il est à noter qu'une surcharge des heures de travail, accompagnée des horaires de travail atypique, pourraient contribuer également à la fatigue et à une possible détérioration de la performance. De telles pratiques de gestion du temps de travail devraient être évitées ou minimisées (ex. en assurant des niveaux de production stables) à défaut du quoi un guide clair sur certaines limites serait nécessaire. La sensibilisation de travailleurs au sujet de l’hygiène du sommeil est aussi importante. Il est à noter que dans tous les cas, les solutions doivent être axées sur une perspective de système, c’est-à-dire prendre en compte les facteurs d’influence à plusieurs niveaux dans la structure organisationnelle. Des technologies 4.0 comme la réalité augmentée offrent un potentiel intéressant, d’autres solutions de type "classique" sont également importantes. Dans les deux cas, l'analyse avec l’approche systémique constitue un élément essentiel afin de réussir le processus de mise en place de solutions pour augmenter la performance et diminuer le risque d’erreurs.