identifier: Bourgeois, François-René  (2018). Paramètres opérationnels favorisant le développement d'un biofilm nitrifiant au sein d'un procédé par biomasse fixée : évaluation par qPCR, amorces dégénérées et paramètres intégrateurs en eaux usées.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
biofiltration
biofilm à biomasse fixée
AOB et NOB
nitrification
paramètres opérationnels

abstract:
Dans l'optique de répondre à la règlementation canadienne ou aux exigences québécoises sur les rejets d'azote ammoniacal et de la toxicité à l'effluent, une approche opérationnelle favorisant le développement d'un biofilm nitrifiant est proposée. Cette approche, peu coûteuse, permettrait aux stations d'épuration de type biofiltration une mise à niveau uniquement fondée sur une base opérationnelle plutôt que sur une réfection complète du procédé en place. Ces paramètres opérationnels visés sont l'aération, le lavage à contrecourant ainsi que la régulation du débit. Les études existantes ne permettent pas à ce jour d'évaluer si ces paramètres peuvent favoriser le développement d'une flore nitrifiante dans un procédé qui n'est pas originalement conçu pour soutenir la nitrification. De plus, les etudes existantes ne démontrent pas le lien entre la flore bactérienne et le rendement épuratoire dans le cas d'une biomasse fixée.

L'objectif général de la présente thèse consiste à définir le lien qui existe entre l'état des populations relatives des bactéries nitrifiantes dans un biofilm de type « biomasse fixée » provenant d'un filtre biologique aéré, les caractéristiques d’eaux usées, les conditions opérationnelles ainsi que la capacité de traitement de la matière organique ou de l’azote ammoniacal. Lors de différentes campagnes expérimentales menées en station d’épuration, des échantillons de média filtrant et d'eaux usées ont été prélevés à différentes profondeurs d’un biofiltre existant (0,3; 0,6; 1,2 et 1,5 m) afin de caractériser l'état du biofilm ainsi que le rendement épuratoire tout au long du passage de l’eau dans le filtre biologique, et ce, en fonction des paramètres opérationnels étudiés. Les échantillons de biofilm ont été étudiés par une approche originale utilisant la qPCR avec amorces dégénérées pour l'estimation de la présence relative des principales bactéries responsables de la nitrification : les bactéries oxydant l'ammonium (AOB) et les bactéries oxydants les nitrites (NOB). Ces nouveaux marqueurs moléculaires ont été conçus sur la base des séquences génétiques partielles des gènes amoA (sous unité alpha de l'enzyme « ammonium monooxygénase ») et nxrB (sous unité bêta de l'enzyme « nitrite oxydoréductase »). Une caractérisation tridimensionnelle du biofilm par analyse FISH et par imagerie confocale a également été réalisée afin de confirmer la tendance observée par les résultats qPCR. Les paramètres de CDBO5, de DCO, d'azote total et ammoniacal, de nitrate, d'alcalinité et de sulfures ont été analysés sur les échantillons d'eaux usées prélevés afin d'estimer le rendement épuratoire aux différentes profondeurs des cellules de traitement ainsi que pour confirmer la présence de nitrification.

Les résultats portant sur les effets des paramètres opérationnels ont démontré une augmentation de la population relative des AOB et NOB par rapport à la population bactérienne (article scientifique 1). La présence relative dans les cellules tests avec les amorces amoA et nxrB ont été évalué à 0,50 % et 0,033 % respectivement lors des essais opérationnels d'aération, à 0,21 % et 0,046 % lors des essais de modification des lavages et 0,58 % et 6,3 % lors des essais sur le débit d'eaux usées dirigé sur les cellules de traitement. Les analyses FISH ont démontré qu'il ne semble pas y avoir de colocation obligatoire entre les AOB et NOB soulevant ainsi l'hypothèse que les NOB ne sont pas totalement dépendantes des AOB pour leur croissance.

Le développement de la population relative de AOB et NOB a également été observé lorsque considéré par rapport à l'ensemble du biofilm (article scientifique 2). Les résultats des paramètres d’analyses des eaux ont mis en évidence l'amélioration significative du traitement de la charge carbonée tout en confirmant la présence de nitrification. Le plus haut taux d'enlèvement d'azote ammoniacal observé a été de 49 % lors des essais de modification des lavages des filtres contre 16 % pour le contrôle. La population nitrifiante au sein de tout le biofilm a été évaluée à 0,032 % et 0,008 % pour les AOB et NOB respectivement contre 0,019 % et 0,004 % respectivement pour la cellule test. Les plus fortes valeurs observées de AOB et NOB proviennent des essais sur le débit avec des valeurs respectives de 0,034 % et 0,18 %. Cependant, la nitrification observée lors de ces essais a été évaluée à 21 % d'enlèvement. La consommation énergétique supplémentaire, évaluée en kWh par kilogramme de DBO5 et NH4+ enlevés par jour pour l'enlèvement de la charge carbonée et azotée de la cellule test par rapport à la cellule de contrôle, a été évaluée à 407 kWh/kg/d lors des essais de condition d'aération, à 69 kWh/kg/d lors des essais de paramètre modifié de lavage et 152 kWh/kg/d lors des essais d'ajustement du débit (article scientifique 3). Il apparait que l'oxygène dissous est le paramètre clé pour assurer un bon rendement de nitrification, et ce, en dépit de la population bactérienne nitrifiante présente. Ainsi, l'oxygène dissous devrait être maintenu à au moins 6 mg-O2/L dans le cas des biomasses fixées, et en profondeur s’il y a usage d'un lit biofiltrant.

Finalement, il est possible, par l'action de quelques changements opérationnels, de favoriser le développement d'une flore bactérienne nitrifiante dans un procédé qui n'est pas originalement conçu à cet effet. L'aération, les lavages à contre-courant et le débit ont tous une incidence positive sur le développement des AOB et NOB. Toutefois, pour assurer la nitrification, le maintien d'une aération à 6 mg-O2/L et les lavages moins intenses semblent s’avérer des solutions prometteuses. L'augmentation du temps de résidence hydraulique n'a pas amélioré la nitrification, mais elle a permis d'augmenter la concentration en oxygène dissous dans le liquide interstitiel. Ce paramètre favorise la diffusion de l'oxygène dissous et diminue ainsi la demande énergétique associée. Ces résultats constituent une avancée dans la compréhension du comportement des biofilms de type biomasse fixée dans le domaine de l'épuration municipale et les principales conclusions peuvent être aisément appliquées à tous les procédés de ce type, élargissant ainsi leur potentiel de traitement épuratoire.


identifier: Bernier Racine, Marc-Antoine  (2018). Étude expérimentale sur la formulation des sols-ciment en contexte québécois.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject:
sol-ciment
traitement hydraulique
chaussée
conception
réhabilitation

abstract:
Le présent projet de recherche vise l’étude de la technologie des sols-ciment appliquée au contexte routier québécois. Celle-ci est motivée par les méconnaissances de la technologie et les recommandations antérieures d’explorer une approche d’auscultation in situ, soit l’essai de portance à la plaque française (NF P 94-117-1). Pour ce faire, une revision de la littérature est réalisée afin d’associer les besoins de conception typiquement québécois aux méthodes de conception à l’échelle internationale, aux facteurs d’influence et aux moyens expérimentaux. L’expérimentation fut réalisée dans le cadre d’un partenariat industriel, sur un sol composé de 67% de sable et de silt et de 33% de pierres concassées.

Les résultats réaffirment l’influence notable du traitement sur l’amélioration des propriétés physiques du sol récepteur. La grande hétérogénéité du traitement en chantier fut constatée par les essais in situ. L’étude en laboratoire et la littérature relèvent l’importance de la minéralogie, les propriétés chimiques du sol et de ses proportions granulaires. La teneur en eau et le dosage en ciment sont tous les deux des paramètres à l’influence majeure sur la détermination du dosage optimal. Il fut remarqué que le dosage, en ciment et en eau, et le compactage autour de l’optimum Proctor permettent d’atteindre les meilleures performances en résistances à la compression, au CBR et aux cycles d’altération par gel-dégel et séchagemouillage. Le mélange offrant ces meilleures performances est celui composé de 7% de ciment pour 12,7% d’eau.

Les méthodes ASTM D559 et D560 d’essai au séchage-mouillage et au gel-dégel ne sont pas recommandées comme seuls indicatifs pour conclure à la durabilité du traitement. De plus, l’essai de portance à la plaque française (NF P 94-117-1) est recommandé au détriment de l’essai à la plaque américaine (ASTM D1195 et D1196) pour sa rapidité d’exécution. Le traitement aux liants hydrauliques est recommandé pour le context québécois comme alternative de réhabilitation des sols en place afin d’améliorer les performances mécaniques et diminuer les coûts de relocalisation des matériaux. Finalement, une étude du dosage optimal et une planche de référence sont nécessaires et fortement recommandées.


identifier: Pradhan, Prabin  (2018). Generation and characterization of cylindrical vector beams in few-mode fiber.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
faisceaux vectoriels cylindriques
réseaux à fibre de longue période
fibres multimodes
moment angulaire orbital
modulateur spatial de lumière
vortex optique

abstract:
For the past many decades, the Gaussian laser beam has driven major scientific discoveries that revolutionized the world of optics and photonics. In recent years, there is a burgeoning transformation where significant research has been dedicated in discovering the complex properties of cylindrical vector beams (CVBs). Increasingly, a beam of light with its intensity profile taking the shape of a single doughnut ring has attracted attention of several researchers the world over. Particularly, the so-called CVBs exhibit unique properties when focused owing to their radial and azimuthal distribution of polarization. In comparison to conventional (Gaussian-like) beams inheriting homogeneous polarization, CVBs provide unique light-matter interactions. For example, a radially polarized beam can enhance the imaging resolution of the system significantly with their spatial inhomogeneous polarization by imparting a symmetric and high numerical aperture focus.

Moreover, CVBs with their phase and intensity singularities have found broad applications in quantum optics, optical micro/nano-manipulation, surface plasmon polariton, super-resolution imaging, and high-capacity fiber-optic communication. The studies of most widely used CVBs have been explored both in free space optics as well as in guided fiber optics. Further developments will require reliable techniques to generate these CVBs with strong coupling efficiency, high mode purity and high-power handling. For the past few years, the design, fabrication and study of optical fibers that supports CVBs, vortex and orbital angular momentum (OAM) beams have come to the forefront of research in this area. This is true in a sense that mode division multiplexing (MDM) is considered as a preeminent solution to the data capacity limitations faced by the standard single-mode fiber. In addition, vector beams in optical fibers constitute the fundamental basis set of linearly polarized (LP) modes (within the scalar approximation) as well as modes carrying OAM which represent another potential approach for implementing MDM based communications. Therefore, fundamental information and control over the vector beams is key to unravel future fiber communication links and CVB based fiber-optic sensors. For this purpose, it is essential to develop efficient methods to generate these CVBs. Some of the current methods reported for the generation of CVBs employ spiral phase plate, spatial light modulator (SLM), and offset fiber coupling. This thesis elucidates the generation as well as the optical characterization of such propagating cylindrical vector beams in a few-mode fiber. The ultimate purpose would be to develop simple, flexible and cost-effective photonic devices that will allow the efficient generation and stable propagation of the CVB while reducing the overall losses incurred by the system. Most of the methods reported earlier were limited to the measurements of the scalar LP mode groups of a FMF, thus neglecting the underlying vector beams that require delicate spectral and spatial control in order to be detected.

In this thesis, three different techniques have been utilized for the generation of CVBs and OAM beams with high output purity. Initially, a tunable mechanical mode converter has been fabricated to demonstrate the generation of cylindrical vector beams supported by FMF in the telecom spectral range. This photonic device is utilized to demonstrate the non-destructive nonlinear characterization of CVB by utilizing the phenomenon of stimulated Brillouin scattering for the first time. We showed how the Brillouin gain spectra of the vector beams in some specialty fibers can be independently identified, measured, and subsequently exploited to probe the corresponding effective refractive indices of the vector beam retrieved from the data. This new characterization method of individual vector beam will have an impact in both light-wave and FMF-based optical sensing applications, which at present, mostly rely on the scalar LP modes. Further, a simple and low-cost technique to generate CVBs via long period fiber grating (LPFG) with very small grating pitch is reported. This work demonstrates that the cost-effective electric arc writing method for the fabrication of LPFGs is open to specialty few-mode fiber that often calls for very small pitch values. Finally, the generation of perfect cylindrical vector beams (PCVB) is demonstrated whose beam profile (i.e. transverse intensity profile) can be easily and precisely controlled. The latter novel method was used in-order to increase the free space coupling efficiency demanded by some specialty FMFs. The tailoring of the beam width and radius is performed via an iris and a diffractive phase mask implemented on a programmable SLM. The technique proposed towards the generation of PCVBs is highly adaptable for its robust nature to generate any arbitrary PCBs as well as perfect vortex beams with any topological order, using the same experimental setup. This experimental analysis is supported and validated via a rigorous theoretical framework that is in concordance with the results obtained.


identifier: Melanson, Annick  (2018). L'ingénierie de la résilience pour une gestion durable, efficace et efficiente des risques émergents de SST dans le secteur manufacturier québécois.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: ingénierie de la résilience

subject: gestion des risques

subject: risques émergents

abstract:
La prévention des accidents du travail est devenue un enjeu majeur pour les entreprises manufacturières d’aujourd’hui. Le contexte dans lequel ces entreprises évoluent crée des risques émergents de santé et sécurité pour lesquels les moyens de gestion et d’analyse ne sont pas toujours connus. Les méthodes de gestion et d’analyse de risques ont atteint une certainesaturation en ce qui concerne leur efficacité à analyser ces risques émergents. Cette etude expose la problématique de la gestion des risques émergents, principalement ceux issus du contexte organisationnel et humain. Elle considère l’approche de l’ingénierie de la resilience comme une façon novatrice de considérer la sécurité d’un système. L’étude est basée sur l’hypothèse selon laquelle les entreprises manufacturières auraient avantage à utiliser des méthodes complémentaires aux méthodes traditionnelles afin de considérer l’impact des risques émergents de niveau organisationnel et humain sur la sécurité de leur système. Les méthodes traditionnelles étant relativement limitées dans ce domaine.

Il s’agit d’une étude de cas d’une grande entreprise manufacturière québécoise établie depuis plusieurs décennies. Dans un premier temps, des entrevues semi-dirigées ont permis de développer le modèle Functional Resonance Analysis Method (FRAM) pour le secteur de l’entreprise sous-étude. Des observations directes sur le terrain ont permis de compléter le modèle. Les données recueillies ont permis de constater que le FRAM pouvait être utilisé pour modéliser le système manufacturier. Par la suite, une période d’analyse documentaire des données de l’entreprise a été effectuée. Cette analyse a permis d’effectuer une etude comparative entre la méthode utilisée par l’entreprise sous étude et le FRAM. Il en est ressorti l’importance pour les entreprises manufacturières d’aujourd’hui de considérer l’impact des risques émergents organisationnels et humains dans la gestion et l’analyse des risques. L’intégration des principes d’ingénierie de la résilience dans leur mode de gestion de la SST ne peut être que profitable pour mieux comprendre et anticiper le phénomène accidentel.


identifier: Ziabakhsh Shalmani, Soheyl  (2018). New circuits for time-domain signal processing in low-voltage CMOS.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
retard adaptatif
convertisseur de numérique-à-temps
VCDU à deux fronts
unité de retard de demi période
gigue de phase
intégrateur discret sans perte
retroaction négative en mode temporel
mise en forme du bruit
BPΔΣTDC de deuxième ordre
unité de commutation de retard
synchronisation
amplificateur de différence de temps
cellule de mémoire TM
mode Tension

abstract:
Aggressive scaling of CMOS technology in sub-100 nm process motivates the replacement of voltage or current-mode signal processing with time-mode approaches which uses digital circuits to perform signal processing. As the time difference between two signals is independent of the amplitude of either signal, intuitively, a time-mode (TM) signal representation is believed to be more compatible with newer CMOS processes that operate at lower power supply levels. It is the objective of TM circuit architects and researchers to identify new circuit architectures that can perform basic signal processing operations such as adding, subtracting, multiplications, etc. At the heart of these efforts is the need to identify TM circuits that perform such operation at high performance levels; levels that equal or exceed those of voltage-mode (VM) circuits at similar power levels.

In the first phase of this thesis, an intensive review of the literature is presented. The review includes ΔΣ analog-to-digital converter (ADC) specifications and all the major developments in the area of TMΔΣ converters in the last decade. Then we present a rigorous comparison between discrete-time TM circuits and continuous-time VM circuits to identify gaps that need to be filled. As a first contribution, we provide an analytical expression for the noise operation of both a VM and TM PMOS-NMOS transistor stack, leading to the expression of the peak-SNR of both architectures. The proposed noise theory is applied to different CMOS process and compared in Spectre. In addition, we provide IC implementations with measurement results to verify the analysis finding.

Then, as a second contribution, we propose new TM building blocks and extensions to some old ones that alleviate the challenges imposed by modern CMOS technologies, without affecting the performance metrics. The first challenge is the need for half-period delay and full-period delay unit for TM circuits; the second challenge is the need for TM circuits to perform basic arithmetic operations (i.e., addition or subtraction) in wide linear range; and the third challenge is how to realize negative feedback in time-domain and process signals at higher frequency around intermediate frequency (IF).

As a third contribution, an all-digital realization of a TM lossless discrete integrator (LDI)- based resonator is presented. The resonator is constructed by new TM building blocks in a negative feedback configuration. This achieves high-speed time-mode signal processing without the limitations imposed by switched-capacitor (SC) circuit techniques such as the matching of capacitors to realize precise signal gains. Instead, circuit precision is realized using an adaptive delay circuit to adjust the loop delay in a wide range of sampling frequencies. The operation of the TM LDI-based resonator is validated with transistor-level simulations and compared with system-level in Simulink/MATLAB.

Finally, we propose a novel highly-digital BPΔ ΣTDC for IF applications. It first introduces the system architecture of the proposed design and presents the expected performance metrics. The BPΔΣTDC is able to shape the quantization noise in a negative feedback configuration, and it does not require any complex calibration circuit to compensate for timing errors. In addition, for the very first time in TMSP, a direct feed-forward compensation is utilized in the TDC to achieve high signal-to-noise and distortion ratio (SNDR). We demonstrate the proposed TDC in an IBM 130 nm CMOS process, while operating from a supply voltage as low as 1.2 V. A continuous sampling frequency range from 4 MHz to 42.8 MHz is achieved to digitize an input signal that is centered at one-quarter of sampling frequency. It achieves a 39.5 dB peak SNDR over a 0.2 MHz signal bandwidth at maximum sampling frequency fs =42.8 MS/s while consuming lower than 5 mW power. Furthermore, we identify future directions in TM circuit design and high-order realization of BPΔ ΣTDC for research.


identifier: Mhiri, Mohamed  (2018). Apprentissage profond de formes manuscrites pour la reconnaissance et le repérage efficace de l'écriture dans les documents numérisés.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage profond
apprentissage de représentation
repérage d’écriture manuscrite
reconnaissance d’écriture manuscrite
réseaux neuronaux récurrents
réseau de neurones convolutifs

abstract:
Malgré les efforts importants de la communauté d’analyse de documents, définir une representation robuste pour les formes manuscrites demeure un défi de taille. Une telle representation ne peut pas être définie explicitement par un ensemble de règles, et doit plutôt être obtenue avec une extraction intelligente de caractéristiques de haut niveau à partir d’images de documents. Dans cette thèse, les modèles d’apprentissage profond sont investigués pour la representation automatique de formes manuscrites. Les représentations proposées par ces modèles sont utilisées pour définir un système de reconnaissance et de repérage de mots individuels dans les documents. Le choix de traiter les mots individuellement est motivé par le fait que n’importe quel texte peut être segmenté en un ensemble de mots séparés.

Dans une première contribution, une représentation non supervisée profonde est proposée pour la tâche de repérage de mots manuscrits. Cette représentation se base sur l’algorithme de regroupement spherical k-means, qui est employé pour construire une hiérarchie de fonctions paramétriques encodant les images de documents. Les avantages de cette représentation sont multiples. Tout d’abord, elle est définie de manière non supervisée, ce qui évite la nécessité d’avoir des données annotées pour l’entraînement. Ensuite, elle se calcule rapidement et est de taille compacte, permettant ainsi de repérer des mots efficacement.

Dans une deuxième contribution, un modèle de bout en bout est développé pour la reconnaissance de mots manuscrits. Ce modèle est composé d’un réseau de neurones convolutifs qui prend en entrée l’image d’un mot et produit en sortie une représentation du texte reconnu. Ce texte est représenté sous la forme d’un ensemble de sous-sequences bidirectionnelles de caractères formant une hiérarchie. Cette représentation se distingue des approches existantes dans la littérature et offre plusieurs avantages par rapport à celles-ci. Notamment, elle est binaire et a une taille fixe, ce qui la rend robuste à la taille du texte. Par ailleurs, elle capture la distribution des sous-séquences de caractères dans le corpus d’entraînement, et permet donc au modèle entraîné de transférer cette connaissance à de nouveaux mots contenant les memes sous-séquences.

Dans une troisième et dernière contribution, un modèle de bout en bout est proposé pour résoudre simultanément les tâches de repérage et de reconnaissance. Ce modèle intègre conjointement les textes et les images de mots dans un seul espace vectoriel. Une image est projetée dans cet espace via un réseau de neurones convolutifs entraîné à détecter les différentes forms de caractères. De même, un mot est projeté dans cet espace via un réseau de neurones récurrents. Le modèle proposé est entraîné de manière à ce que l’image d’un mot et son texte soient projetés au même point. Dans l’espace vectoriel appris, les tâches de repérage et de reconnaissance peuvent être traitées efficacement comme un problème de recherche des plus proches voisins.


identifier: Guillemette, Olivier  (2018). Formation du mélange par injection simple en milieu évaporatif avec une approche RANS.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
dynamique des fluides numérique
jet de carburant
injection en milieu évaporatif
modèles de fragmentation
simulation URANS

abstract:
L’injection numérique d’un jet de carburant est une technique essentielle pour simuler l’écoulement des moteurs à combustion interne. Avec ce type de simulation, il est possible de revoir la conception du moteur, ce qui peut contribuer à une réduction des emissions polluantes ou à une augmentation de la performance globale. Pour y parvenir, la modélisation du jet liquide de carburant est une étape particulièrement importante. Cependant, la plupart des codes commerciaux de CFD disponibles sur le marché sont limités dans les choix de modèles de fragmentation et il est souvent nécessaire de calibrer ces modèles. L’objectif de ce mémoire est de faciliter le processus de calibration grâce à meilleure identification des phénomènes qui affectent la calibration des modèles de fragmentation.

La calibration du modèle de fragmentation nécessite l’utilisation de résultats expérimentaux dans des conditions identiques à celles qui sont utilisées dans la simulation numérique. Cette étude utilise les résultats connus sous le nom de « Spray A » obtenus par le laboratoire de Sandia, qui injecte du dodécane dans des conditions semblables à celles retrouvées dans un moteur à combustion interne. Les simulations numériques utilisées dans cette étude utilisent une approche URANS et deux modèles de fragmentation : KHRT et SSD. La première partie de cette étude consiste en une évaluation individuelle de l’effet du choix de nombreux éléments (maillage, modèle de turbulence, constantes, etc.) sur la simulation numérique. Il a été mis en évidence que le modèle de turbulence κ-ε réalisable est supérieur aux autres modèles de turbulence pour ce type d’application. Également, il est possible de constater qu’un maillage non structuré avec un maillage assez fin (de l’ordre de 0.25mm) permet d’obtenir des résultats semblables à ceux observés avec un maillage structuré. Finalement, il a été possible de montrer l’influence individuelle de chacune des constantes de fragmentation et d’établir un intervalle de variation pour chaque constante lors de la calibration du modèle. Cet intervalle est utilisé lors de la calibration du modèle de fragmentation.

La seconde partie de cette étude consiste à comparer les modèles de fragmentation du jet numérique sur un jet calibré. Cette calibration est effectuée sur six simulations distinctes : trois maillages de tailles distinctes pour chaque modèle de fragmentation. Un plan d’expérience de type Box-Benhken à quatre ou cinq variables est utilisé pour réduire le nombre de simulations nécessaires pour calibrer le modèle KHRT, tandis que le modèle SSD utilise un plan factoriel standard à deux variables. La calibration du jet de carburant a pour objectif d’obtenir une pénétration liquide et vapeur semblable à celle observée dans les expériences en laboratoire. Le résultat de cette calibration est généralement un succès pour la pénétration liquide, mais il est possible d’observer que d’autres critères de comparaison (pénétration vapeur, angle vapeur et SMD) sont éloignés des valeurs observées en laboratoire. Lorsque les différents modèles de fragmentation sont comparés, après calibration, il est possible de constater que le modèle KHRT permet de mieux se rapprocher de la physique du jet de carburant observée en laboratoire. De plus, ce modèle offre un meilleur contrôle de la physique du jet que le modèle SSD. Le modèle KHRT est donc le modèle recommandé pour ce type d’application.


identifier: Hamdi, Rami  (2018). Energy-aware resource allocation in next generation wireless networks : application in large-scale MIMO Systems.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système MIMO à grande échelle
allocation de ressources
énergie récoltée
gestion de l’énergie
réseaux hétérogènes
réseau d’amenée sans fil
gestion de l’interférence

abstract:
In this thesis, we investigate the resource allocation problem for wireless networks that incorporate large-scale multiple-input multiple-output (MIMO) systems. These systems are considered as key technologies for future 5G wireless networks and are based on using few hundreds of antennas simultaneously to serve tens of users in the same time-frequency resource. The gains obtained by large-scale MIMO systems cannot be fully exploited without adequate resource allocation strategies. Hence, the aim of this thesis is to develop energy-aware resource allocation solutions for large-scale MIMO systems that take into consideration network power cost.

Firstly, this thesis investigates the downlink of a base station equipped with large-scale MIMO system while taking into account a non-negligible transmit circuit power consumption. This consumption involves that activating all RF chains does not always necessarily achieve the maximum sum-rate. Thus, we derive the optimal number of activated RF chains. In addition, efficient antenna selection, user scheduling and power allocation algorithms in term of instantaneous sum-rate are proposed and compared. Also, fairness is investigated by considering equal receive power among users.

Secondly, this thesis investigates a large-scale MIMO system that incorporates energy harvesting that is a promising key technology for greening future wireless networks since it reduces network operation costs and carbon footprints. Hence, we consider distributed large-scale MIMO systems made up of a set of remote radio heads (RRHs), each of which is powered by both an independent energy harvesting source and the grid. The grid energy source allows to compensate for the randomness and intermittency of the harvested energy. Optimal on-line and off-line energy management strategies are developed. In addition, on-line energy management algorithm based on energy prediction is devised. The feasibility problem is addressed by proposing an efficient link removal algorithm and for better energy efficiency, RRH on/off operation is investigated.

Thirdly, wireless backhauling was proposed as an alternative solution that enable low-cost connection between the small base stations and the macro base station in heterogeneous networks (HetNets). The coexistence of massive MIMO, HetNets and wireless backhauling is a promising research direction since massive MIMO is a suitable solution to enable wireless backhauling. Thus, we propose a new transmission technique that is able to efficiently manage the interference in heterogeneous networks with massive MIMO wireless backhaul. The optimal time splitting parameter and the allocated transmit power are derived. The proposed transmission technique is shown to be more efficient in terms of transmit power consumption than the conventional reverse time division duplex with bandwidth splitting.

In this thesis, we developed efficient resource allocation solutions related to system power for wireless networks that incorporate large-scale MIMO systems under different assumptions and network architectures. The results in this thesis can be expanded by investigating the research problems given at the end of the dissertation.


identifier: Belaidouni, Somia  (2018). Adaptation de services dans un espace intelligent sensible au contexte.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
informatique ubiquitaire
intelligence ambiante
environnement intelligent
systèmes intelligents
sensibilité au contexte
auto-adaptation
apprentissage par renforcement
apprentissage supervisé
mesure de similarité

abstract:
Grâce à l’apparition des paradigmes de l’intelligence ambiante, on assiste à l’émergence de nouveaux systèmes intelligents ambiants visant à créer et gérer des environnements intelligents d’une façon intuitive et transparente. Ces environnements sont des espaces intelligents caractérisés notamment par l’ouverture, l’hétérogénéité, l’incertitude et la dynamique des entités qui les constituent. Ces caractéristiques soulèvent ainsi des defies scientifiques considérables pour la conception et la mise en place d’un système intelligent adéquat. Ces défis sont principalement au nombre de trois : l’abstraction et la gestion du contexte, la sensibilité au contexte et l’auto-adaptation face aux changements imprévisibles qui peuvent se produire dans un environnement ambiant.

Dans cette thèse, nous avons proposé une architecture d’un système intelligent capable d’adapter les services selon les besoins des utilisateurs en tenant compte, d’une part, du contexte environnemental et de ses différents équipements et d’autre part, des besoins variables exprimés par les utilisateurs. Ce système est construit suivant un modèle sensible au contexte, adaptatif et réactif aux évènements. Il se repose sur des entités modulaires de faible couplage et de forte cohésion lui permettant d’être flexible et efficace. Ce système integer également un module d’adaptation de services afin de repérer le contexte et de l’ajuster dynamiquement suivant les attentes des utilisateurs. Cette adaptation est réalisée via deux algorithmes : le premier est un algorithme par renforcement (Q-learning), le deuxième est un algorithme supervisé (CBR). L’hybridation de ces deux algorithmes permet surmonter les inconvénients de Q-learning pour aboutir à une nouvelle approche capable de gérer le contexte, sélectionner et adapter le service.


identifier: Habibimarekani, Maryam  (2018). Mode selection in device-to-device communications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Device-to-Device
sélection de mode
MDP
QoS
gestion de la mobilité

abstract:
Device-to-Device (D2D) communication refers to a technology that enables devices to communicate directly with each other, without sending data to the base station and the core network. This technology has the potential to improve system performance, enhance the user experience, increase spectral efficiency, reduce the terminal transmitting power, reduce the burden of the cellular network, and expand cellular applications.

In D2D communication UEs are enabled to select among different Transmission Modes (TM)s which are defined based on the frequency resource sharing. Dedicated mode where the D2D communication is direct and data is transmitted through the D2D link by the orthogonal frequency resources to the cellular users so there is not any interference. Reuse mode where data is transmitted through the D2D link by reusing the same frequency resources that are considered for a cellular user or another D2D link so reused mode causes interference at receivers however, the system spectrum efficiency and user access rate may be increased. Cellular mode where the D2D communication is relayed via eNB and it is treated as cellular users.

In this work, we aim to reach the optimal mode selection policy, and we use the Markov Decision Process (MDP) method with the objective of maximizing the total expected reward per connection. We present and analyse optimal mode selection policy for several scenarios with different rewards and cost for cellular, dedicated and reused mode.

In our study of mode selection issues in D2D enabled network we propose an algorithm for the case when the cellular UE moves in the network. We use QoS parameters, mobility parameters and Analytic Hierarchy Process (AHP) method to define new mobility based mode selection algorithm. To evaluate our proposed algorithm, we considered SNR and delay.


identifier: Gagnon, Stéphanie  (2018). L'innovation ouverte en support à la phase d'expansion de la startup.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
innovation ouverte
startup
expansion
gestion de l’innovation
dimensions comportementales

abstract:
Cette recherche se penche principalement sur les activités d’innovation ouverte, dans un contexte de startup. Est-ce que les activités d’innovation ouverte peuvent soutenir la startup dans son ascension vers la phase d’expansion et ainsi éviter un passage prématuré de cette dernière.

Dans le but de faire la lumière sur le sujet, nous avons soulevé trois hypothèses : la première étant que les comportements de la startup peuvent être catégorisés sous différentes dimensions qui doivent permettre de couvrir les activités d’innovation ouverte. Deuxièmement, les activités d’innovation ouverte devraient pouvoir soutenir chacune des dimensions comportementales, dans chacune des phases du cycle de vie de la startup. Notre troisième hypothèse, propose qu’un outil de diagnostic et un tableau de bord devrait pouvoir soutenir la startup dans sa croissance en mode innovation ouverte. Pour ce faire, cette recherche s’appuie sur une revue de littérature riche en notions d’innovation ouverte, de méthodes de développement employant les principes d’innovation ouverte, et de qu’est-ce qui caractérise les startups à proprement parler. Ces notions sont mises en lien dans un effort d’apporter un éclaircissement sur l’apport de l’innovation ouverte à chacune des dimensions comportementales, et ce, au fil des différentes phases du cycle de vie jusqu’à l’expansion. Basé sur ces dernières propositions, un outil de diagnostic, pouvant aussi servir de tableau de bord, a été élaboré afin de permettre de valider les hypothèses proposées auprès de participants.

Il n’a pas été possible de prouver que l’outil en question permettait d’augmenter les chances de la startup de passer au travers la phase d’expansion avec succès, cependant nous avons pu mener une évaluation du tableau de bord afin de valider les éléments qui le compose. Nous avons découvert que les éléments mis en lien dans l’outil étaient pertinents et pouvaient être un support aux startups dans le but d’intégrer les meilleurs pratiques en innovation ouverte dans leur organisation.


identifier: Jhimi, Khouloud  (2018). Adsorption du pentachlorophénol par des nanomatériaux à base d'argile.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
bentonite
argile organophile
nanocomposite carboné
graphène
pentachlorophénol
adsorption
caractérisation

abstract: La technique de stabilisation/solidification (S/S) est généralement incapable d’immobiliser les polluants organiques lorsqu’elle repose sur une simple utilisation du ciment Portland comme liant hydraulique. L’utilisation d’agents préadsorbant comme additifs au ciment représente une voie possible d’utilisation de la S/S pour traiter les sols contaminés par des polluants organiques. Ce projet de recherche traite de la possibilité de synthèse des agents préadsorbants à partir des argiles ayant la capacité d’adsorption des polluants organiques en vue de S/S. Dans ce contexte, l’adsorption d’un pesticide organique très toxique, le pentachlorophénol, a été étudiée sur deux nanomatériaux hybrides d’argile. Les deux matériaux ont été synthétisés, caractérisés et leur adsorption du PCP a été évaluée en laboratoire. Les nanomatériaux à base d’argile sont une argile organophile (Bt-HDTMA) synthétisée à partir de bentonite et d’un tensioactif, le bromure d’hexadecyltrimethylammonium (HDTMA) et un nanocomposite carboné (Bt-GL) synthétisé à partir de saccharose et de bentonite. La caractérisation des matériaux a été réalisée par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et l’analyse thermogravimétrique (ATG), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), la détermination de l’hydrophobicité par la mesure de l’angle de contact ainsi que la mesure de la charge de surface par le potentiel zêta. Cette caractérisation nous a permet de confirmer l’intercalation de tensioactif dans l’espace interfoliaire et la formation du graphène entre les particules argileuses. L’étude d’adsorption montre que les deux matériaux étudiés possèdent une capacité d’adsorption de PCP importante. L’étude de la cinétique montre que le processus d’adsorption suit le pseudo-second ordre et les résultats d’équilibre d’adsorption sont décrits par le modèle de Langmuir pour les deux matériaux. L’influence du pH de la solution a également été étudiée. L’augmentation de pH affecte négativement le processus d’adsorption en raison de la charge nette négative de l’adsorbant et de l’adsorbat à un pH plus élevé. La présence d’arsenic As (V) avec une concentration de 50 mg·g-1 a amélioré le processus d’adsorption. Les mécanismes d’adsorption peuvent être décrits par l’interaction π-π et la liaison d’hydrogène pour Bt-GL et l’interaction hydrophobe, électrostatique et la liaison d’hydrogène pour Bt-HDTMA.


identifier: Letarte, Antoine  (2018). Simulation des réponses vibroacoustiques de substrat de panneaux solaires destinés à l'espace.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
simulation
vibroacoustique
essais expérimentaux
corrélation
VAOne
NX Nastran
substrat de panneau solaire

abstract:
Les analyses vibroacoustiques d’équipement satellitaire sont primordiales à la réussite d’une mission. Ces analyses sont souvent simplifiées et même ignorées lorsque l’équipement est surdimensionné et que celui-ci subit le processus de qualification par essais expérimentaux. Le problème avec cette approche est qu’il est difficile d’optimiser les structures par manque d’informations lors de la conception. De plus, il est très dispendieux d’effectuer une optimization par itération grâce a des tests vibroacoustiques. L’objectif de cette étude est d’établir une method d’analyse numérique concrète afin de simuler l’effet du son sur un substrat de panneau solaire de satellite.

Le mémoire a été divisé en deux sections principales. La première section présente les essais expérimentaux servant à valider les modèles de calculs tandis que la deuxième partie enchaîne avec les analyses numériques effectuées à l’aide d’outils logiciels et de modèles mathématiques. Dans chaque section, l’assemblage du substrat de panneau solaire est divisé en deux parties : le panneau lui-même ainsi que le système de fixation de celui-ci. C’est en vérifiant individuellement ces sous-ensembles que la validation du modèle est effectuée, et ce dans le but d’obtenir une analyse représentative.

La partie expérimentale porte principalement sur l’extraction des propriétés modales de l’assemblage du panneau et du système de fixation. Au niveau du système de fixation, c’est la rigidité de celui-ci qui est à l’étude. Grâce à une corrélation itérative, un modèle simplifié de type ressort et amortisseur est obtenu. Cette étape a permis de bien identifier les proprieties des conditions aux frontières afin d’éliminer certaines sources d’erreurs. Au niveau du panneau, la méthode de régression linéaire multiple a été utilisée afin de caractériser ses proprieties modales. Pour ce qui est de la partie numérique, deux méthodes d’analyses ont été utilisées. La méthode par éléments finis ainsi que la méthode par éléments de frontière. L’outil NX de Siemens ainsi que VA-One de ESI ont été utilisés pour ces fins. Pour valider les modèles numériques, une corrélation des propriétés modales des essais et des modèles numériques a été effectuée. Les résultats montrent que les modèles développés sont valides puisqu’ils représentantes relativement bien l’assemblage du substrat de panneau solaire tel que fabriqué et testé.


identifier: Haouas, Elyes  (2018). Modélisation et commande d'un dirigeable gros porteur dédié au transport de matières premières.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
dirigeable
modélisation
linéarisation
contrôl
non linéaire
backstepping
action intégrale
robustesse

abstract:
L’objectif de notre travail est la modélisation et la commande d’un dirigeable. La première étape concerne le développement d’un modèle incluant la cinématique et la dynamique du dirigeable. La cinématique est présentée en utilisant la méthode des angles d’Euler, qui décrit l’orientation d’un corps rigide par rapport à un système de coordonnées fixes. La modélisation dynamique consiste à la dérivation du modèle mécanique de vol non linéaire du dirigeable. Il incorpore les lois classiques de la mécanique newtonienne utilisées pour la derivation des équations du mouvement. Considéré comme un corps rigide, le modèle du dirigeable est composé de six degrés de liberté (6DOF), trois translations et trois rotations.

Le contrôle du dirigeable a été traité selon deux différentes approches. La première approche consiste à concevoir un correcteur linéaire basé sur une approximation linéaire du modèle non linéaire. La deuxième approche repose sur des changements de variables au niveau des variables d’états et des entrées permettant d’obtenir un modèle linéaire. Un contrôleur utilisant la technique de backstepping basé sur la théorie de Lyapunov et sur une boucle de retroaction pour la stabilisation avec planification de trajectoire pour le ballon dirigeable a été conçu. La robustesse du contrôleur a été étudiée en présence de perturbations en utilisant une commande PI-backstepping.

Des simulations ainsi que des analyses portant sur les résultats obtenus ont été effectuées pour les deux types de commande. Le pouvoir de contrôle des surfaces de contrôle et les temps de réponses des modèles d’état longitudinal et latéral ont été décelés. Les performances du contrôleur par backstepping ainsi que l’effet de l’action intégrale ajoutée ont été mis en évidence.


identifier: Zakane, Hiba  (2018). Towards local classifier generation for dynamic selection.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de tecnologie supérieure.

subject:
apprentissage ensembliste
sélection dynamique
reconnaissance de formes
classificateurs linéaires

abstract:
Multiple Classifier Systems (MCS) focus on the combination of classifiers to achieve better performance than a single robust one. These systems unravel three major phases: pool of classifiers generation, Static or Dynamic selection and integration. Dynamic Selection (DS) is an active research topic in the field of MCS. It’s based on the selection of the most competent classifier(s), on the fly, for every test sample. To operate, the DS scheme needs to be provided with a pool of classifiers, it will then compute the region of competence defined as a set of the test sample’s nearest neighbors (in most of DS techniques) that determines the competence of the classifiers. The regions of competence located on the decision boundaries are called "indecision regions" and usually contribute into the struggle of DS technique into always selecting the most competent classifiers. On the other hand, Dynamic Selection relies on classifier generation techniques that are meant for static combinations. In other words, these methods adopt a global approach into generating the classifiers, which contradicts the local aspect that defines the dynamic selection scheme.

Therefore, in this work we address the problem of covering the indecision regions with locally competent classifiers in the context of dynamic selection. We propose a system that exploits local information to build classifiers that cross the indecision regions of competence guaranteeing a separation between the samples from different classes (frienemies). We also proposed five novel local selection strategies to construct pools of these classifiers, that is adapted to the Dynamic selection system. In generalization, we rely on the recommendations of our previous work, where an investigation was conducted on the reasons behind the out-performance of the DS techniques over the K-NN classifier even though, most of the techniques rely on the definition of the nearest neighbors as a competence region. It was concluded that DS techniques deal better with instances located in indecision regions according to an instance hardness measure whereas the K-NN is well suited for the samples with a low degree of instance hardness. Therefore, we exploited the concept of the hardness of samples to determine whether to use the K-NN of DS techniques for classification.

Experiments were conducted using several DS techniques under the five proposed pool generation approaches. The results of this research have shown that focusing on a local approach to generate classifiers for Dynamic Selection is a promising path into guaranteeing the existence of locally competent classifiers as it outperformed the results of the literature for certain techniques. When there is no improvement, the results remain comparable to the literature’s. Yet, there is still room for improvement for such approaches and further investigations will be lead towards the local pool generation for Dynamic Selection.


identifier: Turcot, Catherine  (2018). Application d'une méthode d'élaboration d'un réseau cyclable utilitaire et fonctionnel en milieu urbain.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vélo utilitaire
réseau cyclable
infrastructures cyclables
classification fonctionnelle
culture du vélo
transport actif
aménagement urbain

abstract: Les infrastructures cyclables québécoises présentent de nombreuses déficiences fonctionnelles connues. Au niveau réseau, le manque de connectivité et la discontinuité des tronçons, les détours, la quantité insuffisante de liens ou leur absence défavorisent le choix modal du vélo, qui était d’à peine 1,5% au Québec en 2016 (Statistiques Canada, 2016). Les pratiques québécoises actuelles à la base de la planification et de la conception des infrastructures cyclables semblent donc en décalage avec une utilisation pratique du vélo. Ce mémoire s’intéresse à la problématique des déplacements à vélo en milieu urbain, et en particulier, à la fonctionnalité des voies cyclables dans le cadre d’un usage utilitaire du vélo par différents groupes de la population. L’objectif de ce mémoire est de mettre en application une method d’élaboration d’un réseau cyclable utilitaire et fonctionnel dans un contexte québécois. La méthode suivie s’inspire des pratiques néerlandaises en matière de planification et de conception d’infrastructures cyclables, et a été appliquée dans l’arrondissement de Verdun, à Montréal.


identifier: Boulares, Manel  (2018). Détection et analyse de données aberrantes pour l'adaptation de ressources dans des environnements virtualisés.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
infonuagique
réseau IMS
virtualisation
SIP
charge de travail
adaptation des ressources
système IMS
détection d’outliers
distance de Mahalanobis

abstract: L'intégration de l’infonuagique aux technologies de télécommunications a apporté plusieurs avantages aux opérateurs des réseaux et les fournisseurs de services de communication. En effet, l’utilisation de plusieurs noeuds virtuels d’une plateforme de services déployés sur une même machine physique permet de réduire considérablement les coûts et la consummation d’énergie. Avec l’élasticité et l’extensibilité offertes par cette nouvelle technologie, le contrôle des charges de travail dans les systèmes virtualisés est devenu une nécessité afin d’assurer une bonne qualité de service. Dans ce travail de recherche, nous abordons le problème de gestion de la charge de travail dans des infrastructures déployées dans des environnements virtualisés. Notre objectif est de proposer et valider un mécanisme d'adaptation qui assure une gestion dynamique et efficace des ressources dans des environnements virtualisés. L’approche proposée consiste tout d’abord, à tester et analyser les performances d’une plateforme IMS virtualisée que nous avons installée en nous basant sur OpenIMS Core. Ensuite, à analyser les données collectées d’IMS afin de détecter les données aberrantes « Outliers potentiels ». Nous proposons également d’effectuer la mise en correspondance entre les métriques de niveau service et celles de niveau ressource à travers l’analyse de leur variation en utilisant la method de Modified z-score. Cette analyse est basée aussi sur des données extraites d’autres environnements virtualisés tels que Google Cluster et le cloud de l’ÉTS afin d’avoir une solution générique adaptée à plusieurs systèmes virtualisés. En plus, nous effectuons une comparaison entre les deux méthodes de détection des « Outliers » à savoir le « Modified zscore » et le « Mahalanobis ». Notre analyse montre que le « Mahalanobis » donne de meilleurs résultats par rapport au « Modified z-score ». Les résultats obtenus permettent de repérer les variations importantes pouvant nécessiter une adaptation de ressources dans le système. Ces résultats nous ont permis de concevoir et de développer un algorithme d’adaptation des ressources en nous basant sur la méthode de Mahalanobis.


identifier: Ben Trad, Mohamed Aziz  (2018). Simulation numérique et caractérisation expérimentale de la phase d'injection du moulage par injection à basse pression des poudres métalliques.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: rhéologie

subject: chaleur spécifique

subject: conductivité thermique

subject: ségrégation

subject: simulation numérique

abstract:
Le moulage par injection des poudres métallique à basse pression est l’une des technologies de fabrication de pointe les plus intéressante afin de produire des pièces de forme complexe possédant des propriétés élevées tout en étant rentable économiquement lorsqu’elles sont produites en faible volume. L’injection est l’une des étapes les plus importantes du procédé de moulage des poudres métalliques à basse pression. Pendant cette étape, plusieurs défauts peuvent se produire tels que les marques de remplissage ou la ségrégation des poudres et des liants. Ainsi, la mauvaise compréhension de l’influence des paramètres d’injection sur la formation de tel défaut limite encore aujourd’hui l’utilisation de ce procédé à grande échelle dans l’industrie. L’objectif principal de ce projet est donc de simuler numériquement l’étape d’injection dans une cavité de moule simple et de valider ces résultats expérimentalement. Pour ce faire, certaines propriétés du mélange comme la viscosité, la chaleur spécifique, la densité et la conductivité thermique ont été caractérisées puis implémenter dans le logiciel de simulation Autodesk Moldflow Synergy 2019 afin de simuler par la méthode d’éléments finis la longueur injectée, la vitesse frontale du coulé, le temps de remplissage, le taux de cisaillement et l’ampleur de la ségrégation des poudres après une injection qui ont tous été validés expérimentalement par des injections à l’échelle réelle. Ces différentes proprieties thermiques et rhéologiques du mélange ont été obtenues pour différentes tailles des particules de poudre (3, 7 et 12 μm) et différentes morphologies de la poudre (sphérique et quasisphérique, atomisée respectivement au gaz et à l’eau) en utilisant la même formulation de liant polymérique (à base de cire, d’acide stéarique et d’éthylène vinyle acétate) et la même nature chimique pour la poudre métallique en acier inoxydable de grade 17-4 PH.

Il a été montré que les profils rhéologiques de tous les mélanges et l’intensité de la segregation dépendent de la forme et de la taille de la poudre utilisée dans la formulation du mélange. La longueur injectée, les temps de remplissage et la vitesse du front prédite par le modèle numérique étaient en bon accord avec les observations expérimentales avec une difference relative faible inférieure à 4.4%. Comme les injections ont été effectuées et simulées à debit volumétrique constant dans une cavité de moule de section transversale constante, les résultats du remplissage du moule confirment que la température de la charge n'a aucune influence sur les longueurs injectées. La ségrégation survenant lors de l'injection a également été simulée avec succès confirmant que la fraction volumique de la poudre demeurait constante à travers la pièce injectée. Les injections à l’échelle réelle de validation du modèle confirment que le progiciel Autodesk Moldflow Synergy 2019 est un outil performant afin de prédire le comportement d’un mélange poudre-liant lors du remplissage d’une cavité de moule de forme simple. Ainsi, il a été montré que le meilleur candidat pour l’injection est celui produit avec la poudre atomisée à gaz car il admet une moulabilité élevée et un faible potentiel de segregation par rapport au mélanges avec les poudres atomisées à l’eau. Au meilleur des connaissances de notre équipe de recherche, la démonstration des performances de simulation numérique des mélanges métalliques à base de cire a été effectuée pour la première fois dans le cadre de cette étude (i.e., pour tous logiciels confondus).


identifier: Lachance, Enric  (2018). Validation expérimentale d'un modèle de vieillissement de batterie lithium-ion.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
validation expérimentale
batterie
lithium-ion
vieillissement
modélisation

abstract:
Le stockage de l’énergie électrique est un enjeu important  pour la mise en oeuvre d’un projet énergétique propre. Par sa grande densité de stockage électrique, la technologie des batteries au lithium est habituellement favorisée. La faisabilité d’un projet utilisant des accumulateurs au lithium prend en considération le dimensionnement nécessaire, les conditions d’opération et l’usure des composantes. Pour ce faire, les concepteurs doivent être munis d’outils de modélisation simulant les paramètres dynamiques des batteries. Un système d’analyse prenant en compte l’usure et les conditions de fonctionnement doit être pris en compte pour le stockage électrique viable à long terme.

Les modèles de simulations électrochimiques et physiques sont complexes à résoudre et nécessitent de nombreux paramètres internes des cellules chimiques. Pour contrer ces difficultés, un modèle électrique de vieillissement des batteries au lithium a été développé. Cet outil simple permet de modéliser le vieillissement en plus de l’évolution des paramètres des piles. Ce document porte sur la validation expérimentale du modèle de vieillissement de batterie au lithium-ion.

Un protocole de vieillissement est établi pour obtenir les paramètres nécessaires à la validation du simulateur. L’usure accélérée des batteries se fait à deux températures et à plusieurs taux de recharges et de décharges sur cinq piles LiFePO4 et sur cinq piles LiNiMnCoO2. L’identification des paramètres a nécessité de 40 jours à 6 mois d’essais en laboratoire pour la pile LFP et en 1 mois pour la pile NMC. Ces résultats expérimentaux sont ensuite comparés aux sorties du modèle de vieillissement pour en vérifier sa capacité de prédiction jusqu’à la fin de vie des piles (10 à 20 % de perte de capacité).

La validation a démontré que le modèle fournit des résultats dans une marge d’erreur relative de moins de 2 % lorsqu’il est comparé aux essais expérimentaux. De plus, le modèle de vieillissement proposé est comparé au modèle Ah-throughput. Les résultats obtenus montrent une meilleure précision du modèle proposé face à la méthode Ah-throughput au niveau du DOD et du taux de recharge.


identifier: Brault, François  (2018). Dépistage de pathologies par analyse de cris néonataux à l'aide de réseaux de neurones.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
analyse du cri néonatal
dépistage de pathologies
perceptrons multicouches
réseaux convolutionnels
réseaux récurrents

abstract:
Cette étude porte sur le dépistage automatisé de pathologies chez les nourrissons par analyse de leurs cris.

Dans le cadre de ce projet, nous avons tenté de réaliser cette tâche à l’aide de techniques de classification par réseaux de neurones artificiels, entraînés de façon supervisée.

Les enregistrements provenaient de la base de données de l’École de technologie supérieure. Seuls les cris de nourrissons nés à terme et âgés de 30 jours ou moins ont été considérés. Les segments expiratoires des cris furent séparés en échantillons de 400 millisecondes, puis ces échantillons furent subdivisés en 8 trames de 50 millisecondes. Chaque échantillon était représenté par les coefficients du cepstre de fréquences mel (MFCC) de ses trames.

Nous avons évalué trois architectures de réseaux de neurones différentes : Les perceptrons multicouches (MLP), les réseaux convolutionnels (CNN) et les réseaux récurrents de type long short-term memory (LSTM). Nous avons entraîné ces réseaux à reconnaître diverses pathologies, notamment l’hyperbilirubinémie et la détresse respiratoire. La performance des classifieurs était mesurée à l’aide de la validation croisée à k folds.

Nous avons aussi reproduit, autant que possible, le dataset employé dans une autre étude, afin de permettre un comparaison équitable. Nous avons entraîné et évalué notre système sur ce dataset. La comparaison des performances obtenues avec celles rapportées par l’étude de référence nous mène à conclure que notre approche a du potentiel, mais demeure pour l’instant inférieure à la leur.

Pour finir, nous avons également démontré qu’une partition inadéquate des données entre les ensembles d’entraînement et de validation pouvait produire une sous-estimation très importante de l’erreur de généralisation réelle. Nous avons soulevé des soupçons par rapport à la façon don't les données furent partitionnées dans plusieurs autres études sur la reconnaissance automatisée de pathologies chez les nourrissons par analyse de leurs cris.


identifier: Luong, Phuong Thi Thu  (2018). Energy-efficient resource allocation in limited fronthaul capacity cloud-radio access networks.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
beamforming
réseau d’accès radio cloud
fronthaul limité
optimisation

abstract:
In recent years, cloud radio access networks (C-RANs) have demonstrated their role as a formidable technology candidate to address the challenging issues from the advent of Fifth Generation (5G) mobile networks. In C-RANs, the modules which are capable of processing data and handling radio signals are physically separated in two main functional groups: the baseband unit (BBU) pool consisting of multiple BBUs on the cloud, and the radio access networks (RANs) consisting of several low-power remote radio heads (RRH) whose functionality are simplified with radio transmission/reception. Thanks to the centralized computation capability of cloud computing, C-RANs enable the coordination between RRHs to significantly improve the achievable spectral efficiency to satisfy the explosive traffic demand from users. More importantly, this enhanced performance can be attained at its power-saving mode, which results in the energy-efficient C-RAN perspective. Note that such improvement can be achieved under an ideal fronthaul condition of very high and stable capacity. However, in practice, dedicated fronthaul links must remarkably be divided to connect a large amount of RRHs to the cloud, leading to a scenario of non-ideal limited fronthaul capacity for each RRH. This imposes a certain upper-bound on each user’s spectral efficiency, which limits the promising achievement of C-RANs. To fully harness the energy-efficient C-RANs while respecting their stringent limited fronthaul capacity characteristics, a more appropriate and efficient network design is essential.

The main scope of this thesis aims at optimizing the green performance of C-RANs in terms of energy-efficiency under the non-ideal fronthaul capacity condition, namely energy-efficient design in limited fronthaul capacity C-RANs. Our study, via jointly determining the transmit beamforming, RRH selection, and RRH–user association, targets the following three vital design issues: the optimal trade-off between maximizing achievable sum rate and minimizing total power consumption, the maximum energy-efficiency under adaptive rate-dependent power model, the optimal joint energy-efficient design of virtual computing along with the radio resource allocation in virtualized C-RANs. The significant contributions and novelties of this work can be elaborated in the followings.

Firstly, the joint design of transmit beamforming, RRH selection, and RRH–user association to optimize the trade-off between user sum rate maximization and total power consumption minimization in the downlink transmissions of C-RANs is presented in Chapter 3. We develop one powerful with high-complexity and two novel efficient low-complexity algorithms to respectively solve for a global optimal and high-quality sub-optimal solutions. The findings in this chapter show that the proposed algorithms, besides overcoming the burden to solve difficult non-convex problems within a polynomial time, also outperform the techniques in the literature in terms of convergence and achieved network performance.

Secondly, Chapter 4 proposes a novel model reflecting the dependence of consumed power on the user data rate and highlights its impact through various energy-efficiency metrics in CRANs. The dominant performance of the results form Chapter 4, compared to the conventional work without adaptive rate-dependent power model, corroborates the importance of the newly proposed model in appropriately conserving the system power to achieve the most energy efficient C-RAN performance.

Finally, we propose a novel model on the cloud center which enables the virtualization and adaptive allocation of computing resources according to the data traffic demand to conserve more power in Chapter 5. A problem of jointly designing the virtual computing resource together with the beamforming, RRH selection, and RRH–user association which maximizes the virtualized C-RAN energy-efficiency is considered. To cope with the huge size of the formulated optimization problem, a novel efficient with much lower-complexity algorithm compared to previous work is developed to achieve the solution. The achieved results from different evaluations demonstrate the superiority of the proposed designs compared to the conventional work.


identifier: Fitzpatrick, Daniel  (2018). Agnostic content ontology design patterns for a multi-domain ontology.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: patrons de modèles de données

subject: patrons de conception d'ontologies de contenu

subject: ontologie multidomaines

subject: recherche qualitative

subject: revue de litérature systématique

subject: méthode de recherche phénoménologique

abstract:
This research project aims to solve the semantic heterogeneity problem. Semantic heterogeneity mimics cancer in that semantic heterogeneity unnecessarily consumes resources from its host, the enterprise, and may even affect lives. A number of authors report that semantic heterogeneity may cost a significant portion of an enterprise’s IT budget. Also, semantic heterogeneity hinders pharmaceutical and medical research by consuming valuable research funds.

The RA-EKI architecture model comprises a multi-domain ontology, a cross-industry agnostic construct composed of rich axioms notably for data integration. A multi-domain ontology composed of axiomatized agnostic data model patterns would drive a cognitive data integration application system usable in any industry sector. This project’s objective is to elicit agnostic data model patterns here considered as content ontology design patterns. The first research question of this project pertains to the existence of agnostic patterns and their capacity to solve the semantic heterogeneity problem. Due to the theory-building role of this project, a qualitative research approach constitutes the appropriate manner to conduct its research. Contrary to theory testing quantitative methods that rely on well-established validation techniques to determine the reliability of the outcome of a given study, theorybuilding qualitative methods do not possess standardized techniques to ascertain the reliability of a study. The second research question inquires on a dual method theory-building approach that may demonstrate trustworthiness. The first method, a qualitative Systematic Literature Review (SLR) approach induces the sought knowledge from 69 retained publications using a practical screen. The second method, a phenomenological research protocol elicits the agnostic concepts from semi-structured interviews involving 22 senior practitioners with 21 years in average of experience in conceptualization.

The SLR retains a set of 89 agnostic concepts from 2009 through 2017. The phenomenological study in turn retains 83 agnostic concepts. During the synthesis stage for both studies, data saturation was calculated for each of the retained concepts at the point where the concepts have been selected for a second time. The quantification of data saturation constitutes an element of the trustworthiness’s transferability criterion. It can be argued that this effort of establishing the trustworthiness, i.e. credibility, dependability, confirmability and transferability can be construed as extensive and this research track as promising. Data saturation for both studies has still not been reached. The assessment performed in the course of the establishment of trustworthiness of this project’s dual method qualitative research approach yields very interesting findings. Such findings include two sets of agnostic data model patterns obtained from research protocols using radically different data sources i.e. publications vs. experienced practitioners but with striking similarities. Further work is required using exactly the same protocols for each of the methods, expand the year range for the SLR and to recruit new co-researchers for the phenomenological protocol. This work will continue until these protocols do not elicit new theory material. At this point, new protocols for both methods will be designed and executed with the intent to measure theoretical saturation. For both methods, this entails in formulating new research questions that may, for example, focus on agnostic themes such as finance, infrastructure, relationships, classifications, etc. For this exploration project, the road ahead involves the design of new questionnaires for semi-structured interviews. This project will need to engage in new knowledge elicitation techniques such as focus groups. The project will definitely conduct other qualitative research methods such as research action for eliciting new knowledge and know-how from actual development and operation of an ontology-based cognitive application. Finally, a mixed methods qualitative-quantitative approach would prepare the transition toward theory testing method using hypothetico-deductive techniques.


identifier: Al Sayed, Chady  (2018). Développement d'une veste de refroidissement individuelle adaptée au travail en mines profondes.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
veste de refroidissement individuelle
mine profonde
chaud et humide
confort thermique
détente atmosphérique
dioxyde de carbone

abstract:
L’industrie minière est une des plus importantes industries au monde. Avec l’augmentation de la profondeur des niveaux d’exploitation, les mineurs font face à des environnements de travail plus sévères en température et humidité ambiantes conduisant à l’augmentation du risque des accidents de travail et à la diminution de la productivité. Plusieurs chercheurs ont validé l’efficacité des vestes de refroidissement individuelles à réduire la contrainte thermique engendrée par les travailleurs soumis à des conditions climatiques extrêmes. Malheureusement, les spécifications des vestes de refroidissements existantes, au niveau de leurs autonomies, leurs masses, leurs compatibilités avec les équipements de protections des mineurs et leurs efficacités dans un environnement chaud et presque saturé en humidité, les rendent incompatibles à la réalité de travail dans les mines profondes. De ce fait, l’objectif principal de ce projet de recherche est de développer une veste de refroidissement adaptée à cet environnement extrême.

Le prototype développé assiste le corps du mineur à évacuer l’excès de sueur accumulée, en créant un micro-environnement au-dessous de la veste, favorable à l’évaporation de la sueur. Pour générer ce micro-environnement, une détente atmosphérique de dioxyde de carbone comprimé est utilisée pour refroidir et déshumidifier un débit d’air constant. Ce prototype possède une autonomie de 90 minutes et pèse 5,1 kg. Il est capable de fournir une énergie de refroidissement maximum de 184 Wh pour les 40 premières minutes de fonctionnement suivi d’un refroidissement maximal de 57 Wh pour les 50 dernières minutes.

L’effet du port de ce prototype de refroidissement sur les ressentis et les réponses physiologiques des êtres humains a été validé par une étude comprenant 19 sujets en conditions simulées. Les résultats et les analyses ont montré l’efficacité de ce prototype de refroidissement à réduire la contrainte thermique des sujets humains. Des modifications significatives des paramètres physiologiques au niveau de la température auriculaire, de la fréquence cardiaque, ainsi qu’au niveau des ressentis d’effort physique, du confort thermique, du bien-être et de l’humidité au niveau de la peau des sujets, ont été mesurées.

Finalement, afin de poursuivre le développement de ce prototype vers sa phase de précommercialisation, plusieurs recommandations et modifications sont suggérées, au niveau de l’autonomie, de l’ergonomie, du fonctionnement et lu contrôle du système de refroidissement.


identifier: Thon, Aurélien  (2018). Conception d'une sonde acoustique électromagnétique pour la détection de l'épaisseur minimale d'une surface corrodée.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
ultrasons
ondes guidées
corrosion
mode de cisaillement d’ordre élevé
EMAT

abstract: La détection et l’évaluation de la corrosion est un élément crucial dans de nombreuses domaines comme l’industrie pétrolière et gazière. En effet de nombreuses structures ne sont que partiellement accessibles, c’est notamment le cas pour les canalisations au niveau des supports. Les techniques directes de contrôle non destructif de mesure d’épaisseur ne peuvent donc pas s’appliquer. Le contrôle par ondes ultrasonores à la particularité de pouvoir se propager sur de longues distances. Il est par exemple possible d’obtenir une cartographie précise de l’épaisseur d’une région non accessible par tomographie mais il s’agit d’un procédé qui requiert des sondes particulières avec un positionnement précis, de plus le post-traitement des données est difficile tant en termes de temps de calcul que de ressources nécessaires. Il a été démontré dans des études passées qu’une solution est d’exploiter l’existence de produits fréquence-épaisseur spécifiques pour lesquels on observe la coupure des modes d’ondes guidées de cisaillement horizontal. En effet une reduction d’épaisseur d’un guide d’onde a pour effet de créer un filtre mécanique passe-bas pour les modes non fondamentaux. Lorsque l’épaisseur diminue et que le produit fréquence-épaisseur tombe en dessous du seuil de coupure d’un mode celui-ci ne peut plus se propager, il est alors soit réfléchi soit converti en un autre mode. Cette technique permet donc de déterminer l’épaisseur minimale de la zone d’inspection. L’efficacité du procédé dépend grandement du nombre de modes excités. Deux éléments permettent de contrôler ce nombre : la fréquence et la sonde utilisée. Une augmentation de la fréquence permettra une génération de plus de mode et donc une augmentation de la résolution, mais aussi de l’atténuation de l’onde ultrasonore ce qui limitera la distance maximale d’inspection. Les deux types de sondes les plus adaptés à une emission contrôlée d’une onde multimodale sont les sondes piézoélectriques multiéléments et les transducteurs électromagnétique-acoustique (EMAT). Dans les études précédentes l’excitation se faisait à l’aide de sondes multiéléments. L’objectif de ce projet fut de concevoir un EMAT permettant l’excitation d’un certain nombre de modes. Les dimensions et le nombre d’aimants à utiliser ont été déterminés par simulation éléments finis avec les logiciels COMSOL et POGO. Ceci a permis de produire une sonde facilitant la séparation des modes ainsi qu’un contrôle de la directivité de la sonde afin qu’elle puisse être sensible à de petits défauts. Les résultats expérimentaux ont permis d’évaluer l’épaisseur d’une plaque d’aluminium comportant des régions attaquées par corrosion accélérée avec une résolution de 2 mm. L’apport principal de ce travail est d’avoir réussi la mise en place expérimentale de la technique avec un EMAT alors que les études précédentes utilisaient des transducteurs piézoélectriques.


identifier: Kaddioui, Houda  (2019). Apprentissage profond pour l'identification automatique de l'indice de Risser.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: apprentissage profond

subject: rachis

subject: indice de Risser

subject: réseau de neurones convolutif

abstract:
La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation de la colonne vertébrale d’origine inconnue. C’est une pathologie fréquente qui touche 1 à 3% des adolescents, avec une prédominance féminine. Le traitement en SIA dépends essentiellement du type de courbure que le patient présente. Le type de déformation influence la stratégie de prise en charge qui va de la simple observation aux chirurgies réparatrices très invasives dans les cas de deformations plus sévères. Cependant, pour les déformations peu sévères au moment de la consultation, la décision d’opérer dépendra du potentiel de progression de la courbure prévue par le chirurgien. Les meilleurs indicateurs de la progression sont le potentiel de croissance et la vitesse de croissance. Ces derniers dépendent de la maturité osseuse au niveau du bassin, et plus précisément de la croissance de l’apophyse iliaque. La maturité osseuse est déterminée chez les patients grâce à l’indice de Risser. Cette évaluation peut cependant s’avérer difficile et est sujette à une variabilité intra et inter-évaluateur. Cette étude vise à développer une méthode automatique, fiable et reproductible pour l’évaluation de l’indice de Risser grâce à des methods d’apprentissage profond.

Un réseau de neurones convolutif a été développé pour automatiser la lecture de l’indice de Risser sur des radiographies conventionnelles. Le réseau a ensuite été validé en comparant sa précision à la variabilité inter et intra-observateur de six experts.

L’accord global entre les observateurs a été jugé modéré, avec un coefficient kappa de 0,60 pour le groupe d’observateurs expérimentés et un accord de 74,50%. La méthode de classification automatique a montré un coefficient kappa de 0,72, ce qui est un accord fort avec la vérité étalon, et une précision globale de 78,00%.

Ceci est la première étude utilisant l’apprentissage profond pour la détermination automatique de l’indice de Risser. Ce travail apporte une nouvelle méthode pour la normalisation de la classification de Risser, et fournit des informations supplémentaires dans l’évaluation de la maturité osseuse à partir de radiographies.


identifier: Isapour, Aria  (2018). Advanced low-loss and compact LTCC transmission lines and passive components for microwave and millimeter-wave applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
LTCC
passifs intégrés
élément localisé
LIW
E-LIW
SIW
onde-millimétrique
filtre

abstract:
The trend to include as many services as possible in small low power devices, along with the necessity of supporting the broad available spectrum at millimeter-wave frequencies bring to attention the importance of the minimization and integration techniques, particularly at high frequencies. The level of integration that is needed to include many bands at microwave and millimeter-wave frequencies poses stringent challenges in terms of high performance, low power consumption, transparent transitions and interconnections, and the number of required embedded passive components. Low temperature co-fired ceramic multilayer technology with its flexible and mature fabrication process provides unique and superior solutions to design highly integrated circuits and address the aforementioned challenges.

In light of the above discussion, our objective in this thesis is to address some of the above challenges by improving the performance of the state of the art designs and also by introducing new structures. To reach to this end we also modified and advanced the fabrication techniques to make it possible to realize ultra low-loss structures both at microwave and millimeter-wave frequencies.

At microwave frequencies, we proposed a new set of LTCC integrated lumped elements. In our designs, we have used inner air-cavities and a novel structure to make the conductors suspended. These suspended components show significantly better performance in terms of both Q and SRF compared to the previously reported works. Furthermore, with the aid of these enhanced performance components, we have fabricated and successfully measured an LTCC lumped element filter at Ku-band for the first time.

At millimeter-frequencies, we have focused on LTCC integrated waveguides. An empty LTCC integrated waveguide has been fabricated to realize ultra low-loss integrated waveguide at 60 GHz. Also, a novel transition from this transmission line to coplanar waveguides has been proposed. This transition is significantly shorter than other reported transitions while it shows better performance. In addition, a novel guiding structure called vertical LTCC integrated waveguide has been proposed which allows us to design out-of-plane structures and also transfer signal in the perpendicular direction to the surface. A complete set of waveguide building blocks have been realized for this new transmission line. Furthermore, an E-plane power divider, a coupler, and a filter have been fabricated and successfully measured at V-band.


identifier: Karimi, Elham  (2018). Fully-automated tongue detection in ultrasound images.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
détection de la langue
segmentation d’image
ultrason
suivi entièrement automatisé

abstract:
Tracking the tongue in ultrasound images provides information about its shape and kinematics during speech. In this thesis, we propose engineering solutions to better exploit the existing frameworks and deploy them to convert a semi-automatic tongue contour tracking system to a fully-automatic one. Current methods for detecting/tracking the tongue require manual initialization or training using large amounts of labeled images.

This work introduces a new method for extracting tongue contours in ultrasound images that requires no training nor manual intervention. The method consists in: (1) application of a phase symmetry filter to highlight regions possibly containing the tongue contour; (2) adaptive thresholding and rank ordering of grayscale intensities to select regions that include or are near the tongue contour; (3) skeletonization of these regions to extract a curve close to the tongue contour and (4) initialization of an accurate active contour from this curve. Two novel quality measures were also developed that predict the reliability of the method so that optimal frames can be chosen to confidently initialize fully automated tongue tracking. This is achieved by automatically generating and choosing a set of points that can replace the manually segmented points for a semi-automated tracking approach. To improve the accuracy of tracking, this work also incorporates two criteria to re-set the tracking approach from time to time so the entire tracking result does not depend on human refinements.

Experiments were run on 16 free speech ultrasound recordings from healthy subjects and subjects with articulatory impairments due to Steinert’s disease. Fully automated and semi automated methods result in mean sum of distances errors of 1.01mm±0.57mm and 1.05mm± 0.63mm, respectively, showing that the proposed automatic initialization does not significantly alter accuracy. Moreover, the experiments show that the accuracy would improve with the proposed re-initialization (mean sum of distances error of 0.63mm±0.35mm).


identifier: Badeli, Saeed  (2018). Evaluation of the damage of an asphalt mix under repeated freeze-thaw cycles.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
enrobés
cycles de gel-dégel
performance de l'enrobé
durabilité de l'enrobé

abstract:
Asphalt mixtures are temperature sensitive and have viscoelastic characteristics, so the performances of an asphalt mixture are often affected by nature phenomenon. In Canada, like in many other northern countries, freeze-thaw cycles are a common phenomenon. Also, it is believed that the number of freeze-thaw cycles is increasing with the influence of the climate change. Because of that, the actual methods to predict the pavement distress may overestimate the pavement life.

Fatigue distress is a fracture mechanism generated by repeated applications of tensile strains that creates stresses which are less than the strength of the materials. It is initiated at the bottom of the asphalt base layer that is mostly built, in Quebec, with GB20 mix. GB20 is a rutting resistant mix with low binder content that makes it sensitive to fatigue damage. On the other hand, during thaw period, the melting of snow induces bearing capacity loss. The loss of structural support from underlying layers creates a significant increase in tensile stresses at the bottom of the asphalt layers. In addition, there is another possibility of increased tensile stresses due to temperature variations and water expansion/contraction which causes an increase in early fatigue cracking. The effect of temperature and moisture at the bottom of the asphalt layer is totally neglected so far. The thermal variation and moisture contraction/expansion can produce horizontal strains that induce fatigue damage. The effect of environmental freeze-thaw cycle test on the evolution of fatigue cracking has not investigated properly yet.

In this research, an asphalt mixture commonly used in the province of Quebec mostly as a base course is studied (GB20). The expansion and contraction of tested specimens are generated by the environmental chamber and measured by strain gauges. Direct Tension-Compression (DTC) equipment is used for the analysis of fatigue, and complex modulus tests. Rapid freezethaw cycles have been implemented to the conditioned specimens in the lab to simulate the daily rapid freeze-thaw cycles.

The results demonstrated that the compaction level significantly affects the behavior of the GB20 mix after a large number of rapid freeze-thaw cycles. The effect of rapid freeze-thaw cycles on viscoelastic behavior of the mix was added to the Witczak formula to improve the prediction of the service life of this type of mix. Considering the results of the complex modulus analysis, it was found that the influence of freeze-thaw conditions on the stiffness behavior of the mix is higher with increasing the number of cycles. Regarding fatigue test results, the reference mixture (no freeze-thaw cycles) was more resistant to fatigue cracking than the conditioned mix (mix conditioned with 300 rapid freeze-thaw cycles). The results also indicated that the addition of Aramid Pulp Fiber (APF) could increase the performance and durability of the GB20 asphalt base mix.


identifier: Dang, Dinh-Dong  (2018). Numerical analysis of convective cooling in hydro generators.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
alternateur hydroelectrique
interaction de roto-stator
performance thermique
convection
turbulence

abstract:
With the high demand for electricity for the rapid development of industry and civilian usage over the last decades, there is a need to produce additional power in the energy supply market. Within this context, increasing the power output of the currently-operating generators is considered as a potential solution. However, it is not permitted to push the existing generators to operate at a higher power without a precise assessment of the impact of this increase to the integrity of the machines. One of the goals of Hydro-Québec is to develop new techniques to identify the units capacity and potential for uprating. Apart from the electro-magnetics and structural aspects, the understanding of the thermal performance of the hydro-generator is an important point that needs to be considered in order to accomplish this goal. Although the thermal analysis that employs the traditional approaches, such as the lumped-parameter thermal network combined with the convective correlations, has been successfully applied in the literature, these contain many drawbacks. A more elaborate methodology has to be performed in which the ventilation flow and the heat transfer have to be taken into account with high resolution and fidelity. An experimental approach is expensive and is limited in its application several locations in the machine.

This thesis focuses on characterizing the ventilation flow and thermal features of a large hydro-generator scale model. The investigation was carried out using the computational fluid dynamics (CFD) simulations with different Reynolds-averaged Navier-Stokes turbulence models. The numerical simulations were performed on a full scale model that was designed and built at Institute de recherche d’Hydro-Québec. Initially, the mathematical formulation, including the fluid dynamics and solid heat conduction governing equations, was presented. Secondly, a review of the literature regarding the computational fluid dynamics application for the ventilation flow and thermal analysis of hydro-generators over the last 20 years was investigated. The results of numerical simulations on different numerical models and simplified models were presented in the next three chapters, in which the numerical results were validated by comparing with the available experimental data. For a certain set of appropriate numerical settings, a good agreement between the CFD predicted results and the experimental data was obtained.


identifier: Flores Maradiaga, Alex Geovanny  (2018). Numerical enhancement of a mesoscale model for large-eddy simulation of the wind over steep terrain.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: couche limite atmosphérique

subject: évaluation des ressources éoliennes

subject: modélisation mésoéchelle

subject: simulation aux grandes échelles

subject: terrain complexe

subject: bruit numérique

subject: stabilité numérique

subject: schéma semi-implicite

subject: écoulement du vent à stratification neutre

abstract:
Mesoscale modelling of the atmospheric boundary layer has advanced significantly over the past decades, although there are still different numerical aspects that must be enhanced to achieve accurate wind simulations over steep topography. This has become a necessity since many applications, such as wind resource assessment, now require high fidelity results for viability analysis and decision-making. With the advent of high performance computing and more sophisticated software, the wind energy industry is increasingly interested in multiscale models based on combined configurations capable of yielding higher resolution results. The size of the modern wind farms now requires a multiscale analysis that allows the evaluation of the joint meso- and microscale processes triggered over complex topography. For this reason, mesoscale models with imbedded large-eddy simulation capabilities are well suited to become the next mainstream family of simulation toolkits for wind engineering.

The Mesoscale Compressible Community (MC2) model, subject of this work, is a good example since it is employed as the kernel of the Wind Energy Simulation Toolkit (WEST), introduced by the Recherche en Prévision Numérique (RPN) group of Environment Canada. MC2 performs well for wind simulations over flat, gentle and moderate terrain slopes, which led the wind energy community to be confident enough on employing it to generate the Canadian Wind Atlas. However, as with other similar models, several numerical issues such as wind overestimation and distorted circulation patterns have been identified in recent years from orographic flow simulations in presence of steep slopes. Hence, wind resource assessment over high impact topography, such as the Rocky Mountains or the Niagara Escarpment, cannot be entirely reliable and needs a revaluation with enhanced multiscale modelling.

By applying an eigenmode analysis, we have recognized the numerical instability and precisely measured the spurious noise problem, inherent of MC2’s classical three time-level semi-implicit (SI) scheme. With the appropriate redefinition of the prognostic thermodynamic variables, the SI time discretization, coupled with the semi-Lagrangian (SL) scheme, is now consistently structured in a way that it enables MC2 to solve the compressible non-hydrostatic Euler equations (EE) in a more stable and accurate fashion. MC2 is now able to perform wind simulations over steep slopes in the absence of time decentering, frequency filtering and other numerical damping mechanisms. Additionally, the climate-state classification of the statistical-dynamical downscaling (SDD) method is upgraded by including the Brunt-Väisälä frequency that accounts for the atmospheric thermal stratification effect on wind flow over topography. The present study provides a real orographic flow validation of these numerical enhancements in MC2, assessing their individual and combined contribution for an improved initialization and calculation of the surface wind in presence of high-impact terrain.

Lastly, the metric tensor adaptation of MC2’s imbedded large-eddy simulation (LES) method, necessary for wind modelling over mountainous terrain, has been achieved preserving the enhanced numerical stability and accuracy. Test results indicate that the enhanced MC2-LES model reproduces efficiently the expected flow patterns, separation and recirculation zone over steep terrain, and yields accurate results comparable to those reported from experimental data or by other researchers who use numerical models with similar or more sophisticated turbulence closure schemes.


identifier: Lizotte-Latendresse, Simon  (2019). Implementing self-service business analytics in support of lean manufacturing initiatives.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
étude de cas
conception de systèmes d’information
analytiques d’affaire libre-service
implémentation
opérations épurées
BPMN
sciences de la conception

abstract:
Continuous improvement (CI) programs such as Lean Six Sigma (LSS) are the cornerstones of many high-performance corporate cultures. However, numerous obstacles can arise when comes the time to implement and sustain improvements – high failure rates are reported for CI programs. Leveraging existing information systems (IS) can be an obstacle for lean manufacturing initiatives in environments where data is fragmented across multiple databases of Enterprise Resource Planning (ERP) and Manufacturing Execution Systems (MES).

Self-service business analytics (SSBA) provide the flexibility required to unify fragmented data with minimal turnaround, which makes this class of software ideal for managers piloting lean manufacturing initiatives. SSBA can enable the managers themselves to design and redesign suitable metrics throughout the typical three to six months duration of LSS projects.

The main goal of this study is to propose an implementation framework for SSBA supporting lean manufacturing initiatives. This prescriptive framework is designed to guide managers in maximizing results and minimizing delays – making the project successful.

To achieve this goal, a Design Science Research (DSR) methodology involving an industrial case study is carried out. First, a systematic literature review is conducted, which establishes a research base and highlights research gaps. Then, an implementation workflow is designed for SSBA. Next, this workflow is applied and evaluated at the case company – the Canadian division of an international steel parts manufacturing company with about 15000 employees worldwide. Lessons learned are then outlined and integrated to yield a generalizable implementation framework backed by empirical evidence in manufacturing.

Quantitative evaluation survey results for the implementation case study were above the threshold set. Qualitative observations reveal positive impacts of SSBA supporting lean manufacturing through improved inter-departmental communication leading to better operational decision making.