identifier: Javal, P. (2017). Sélection dynamique des services de vols durant l'optimisation des rotations d'équipages aériens  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une problématique importante tant sur le plan financier que mathématiques d'une compagnie aérienne est la fabrication des horaires pour son personnel. Ceux-ci doivent respecter les contraintes légales ainsi que celles des conventions collectives. Alors que d'autres contraintes s'ajoutent à celles-ci, comme la satisfaction des employés qui est considérée dans la fabrication des emplois du temps pour certaines compagnies, nous aboutissons déjà à des problèmes de très grande taille parmi ceux du domaine de la Recherche Opérationnelle. Ils sont séparés en plusieurs problèmes d'optimisation résolus séquentiellement, dont l'un est au centre du travail de ce mémoire : la fabrication de rotations. Ce problème consiste à générer des rotations pour l'équipage de la compagnie à partir de services de vols. Nous appelons une rotation une partie d'un emploi du temps d'une durée variant généralement de 2 à 6 jours, partant et revenant à la base de l'équipage, et l'enchaînement de deux rotations est généralement séparé par une période de repos spéciale. Un service de vol est une séquence de vols séparés par des connections, effectué par un même équipage sur une durée d'une journée de travail. L'objectif à cette étape est de générer des rotations de faible coût, respectant toutes les contraintes, et dont nous pouvons sélectionner un sous-ensemble de coût minimal qui nous permette d'effectuer toutes les taches prévues, comme les vols à assurer. Elle se résout souvent, et c'est le cas dans ce mémoire, à l'aide d'une méthode de génération de colonnes. Cette génération est difficile car il y a une grande "dimension" combinatoire : le nombre de possibilités de concevoir une rotation à partir d'une séquence de services de vols est trop important pour que l'on imagine toutes les générer. Plusieurs techniques d'accélération de la résolution par génération de colonnes existent pour le problème maître (agrégation de contraintes, perturbation, stabilisation) comme pour les sous-problèmes (comme avec des algorithmes de programmation dynamique qui utilisent seulement des sous ensembles des arcs et des étiquettes). Dans le cas d'une résolution avec étiquettes pour la résolution, ce qui est actuellement généralisé, nous proposons d'utiliser les informations duales que nous pouvons récupérer de celles-ci afin de développer un critère de sélection dynamique d'arcs. Ainsi capable de sélection, nous présentons dans ce travail de maîtrise une nouvelle résolution du problème de génération de rotations par génération de colonnes. Nous réduisons le nombre d'arcs des sous-problèmes de plus de 80% pour constituer une banque d'arcs dans laquelle nous sélectionnons dynamiquement ceux que nous avons intérêt à ajouter dans les réseaux des sous-problèmes. Un logiciel de planification développé chez AdOpt, division spécialisée dans le transport aérien de la compagnie Kronos, appelé Altitude Pairing, est dédié à cette étape d'optimisation. Nous y avons implémenté le module développé, en s'attachant à le faire de façon modulaire ce qui permettra le développement de nouveaux outils sur cette base prometteuse. Cette implémentation a demandé une adaptation des concepts théoriques aux réalités du code. Les résultats montrent sur les jeux de données auxquels nous avons eu accès une diminution supérieure aux deux-tiers des temps de calculs dans les sous-problèmes, mais une augmentation du temps global de résolution : l'augmentation du temps de ré-optimisation du problème maître n'est pas suffisamment compensé par le temps gagné dans les sous-problèmes. Pour faire face à ce problème nous avons implémenté et testé deux modifications : la première consiste à relâcher le critère de sélection des arcs. La seconde est de limiter le nombre d'itérations en la banque d'arcs mise-à-jour et le réseau courant. Nous décidons de cette façon d'avoir moins d'itérations d'ajouts d'arcs, tout en augmentant le nombre d'arcs ajoutés. Cela démontre l'intérêt de cette méthode qui devra être testé sur des jeux de données plus complets à l'avenir, ainsi qu'être mieux intégrée dans la stratégie de résolution.  ABSTRACT: One of airline industry's major financial and mathematical issue is scheduling. An airline schedule has to comply to a lot of legal constraints and labor agreements. Without considering other additional constraints, we already are facing a huge optimization problem. This one is traditionally separated in several sequential optimization problems, among which is the one considered in this Maîtrise: pairing generation. This problem's objective is to generate pairings for airline personnel from duties. A pairing is part of a schedule, usually lasting from 2 to 6 days, starting and ending at the crew's designated base, and two pairings usually have a special rest inbetween. a duty is a flight sequence inbetween connections, that are flown by the same crew and lasts one day. Here we have to generate pairings with low costs, that comply with all constraints, and enabling us to covering each and every flight that is scheduled, using a sub-set of them. It is often solved using column generation techniques, as it is in this present work. It is a hard generation because of the huge number of possibilities to generate a sequence of duties from a set of duties. In fact, we won't be able to generate all of the possible pairings because there are way too many. Several acceleration techniques are used for column generation, from master problem (constraints aggregation, perturbation or stabilization) to sub-problem (labelling algortihm for example). In this latter case, which is nowadays used a lot, we suggest to use dual informations from these labels, aiming to create a criteria for a dynamique selection of arcs. Now capable of selecting arcs according to this criteria, we present a new resolution of pairing generation using column generation. We use reduced subproblems networks with at most 20% initial arcs, the other put into a "bank". From this bank will be dynamically selected interesting arcs to subproblems networks. A dedicated software developped at AdOpt, specialized division in airline transportation industry of company Kronos, is called Altitude Pairing. We implemented in it our module, making sure all the processus would be modular. This is necessary so that our tools can be used in the future. Results show that on our three data sets, time spent in subproblems was reduced but that the Master Problem resolution took longer which led to an overall resolution time also longer. The subproblem time improvement did not compensate for the deterioration of the Master Problem time resolution. To overcome these difficulties, we decided to implement two main modifications: relax our criteria that determines if an arc can lead to an interesting column or not, and limit the number of dynamic arc adding. We thus enable our algorithm to add more arcs but less frequently. These modifications led tovery positive results: we reached a better end value in a shorter time. This demonstrates this method's quality: it still has to be tested on bigger data sets, and the overall resolution strategy has to be adapted to this new module in a better way.


identifier: Archambault-Alwin, X. (2017). Évaluation du comportement dynamique et de la résistance cyclique des résidus miniers  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: On retrouve des parcs à résidus miniers aux quatre coins du globe. Des digues périphériques servent à retenir les résidus miniers produits de l'extraction des minéraux. Ces digues peuvent atteindre une hauteur supérieure à une centaine de mètres et s'étendre sur plusieurs kilomètres. Les digues sont souvent elles-mêmes constituées de résidus miniers grossiers. Dans l'éventualité de la rupture d'une de ces digues, les conséquences sur les plans humains, environnementaux, économiques et sociaux peuvent être très grandes en raison des quantités de matériaux relâchés dans l'environnement. L'activité sismique est reconnue comme étant l'une des causes majeures de ces ruptures.  ABSTRACT: Tailings impoundment facilities are located around the globe. The structures store the fine-grained tailings that are produced by the ore extraction. The height of tailings dams can reach over 100 meters and impoundments can span kilometers. The retention dikes are often made of the coarse fraction of the tailings themselves. The large amounts of materials contained in tailings impoundments render the possible consequences of a rupture and tailings flow catastrophic. Seismic activity is one of the causative factors of tailings impoundment failure.


identifier: Blier, J. (2017). Antenne réseau-réflecteur reconfigurable pour hautes puissances utilisant des actionneurs électromécaniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les satellites de télécommunication actuels utilisent majoritairement des antennes paraboliques, ce qui remplit correctement les objectifs de mission demandant souvent de hautes puissances de transmission, mais pose problème au lancement étant donné la taille et la masse des réflecteurs. De plus, ces antennes ne permettent que très peu de reconfiguration du diagramme de rayonnement une fois le satellite dans l'espace. Afin de tenter de régler ces problèmes, le présent mémoire expose un réseau-réflecteur à guide d'ondes dont le diagramme de rayonnement est ajustable mécaniquement et analogiquement tout en transmettant de hautes puissances et en ayant une bonne efficacité. Un déphaseur représentant une cellule du réseau-réflecteur est d'abord présenté. Le principe général de ce déphaseur est d'utiliser un court-circuit mobile afin de varier la longueur d'un guide d'ondes. Le premier prototype testé utilise une feuille de matériau ferromagnétique, du 2705M de la compagnie Metglas placée à l'intérieur d'un guide d'ondes de 18 mm de large par 6,669 mm de haut. Cette feuille crée un contact capacitif par le biais de rubans de polyimide insérés entre la feuille et les parois du guide d'ondes. En plaçant la feuille de 2705M de manière à court-circuiter ce dernier, ce qui réfléchit l'onde incidente, et en contrôlant la position du court-circuit ainsi créé à l'aide d'aimants, on arrive à changer la longueur du guide d'ondes, et donc le déphasage. Cependant, en pratique, cette méthode a donné de piètres résultats autant en amplitude (le 2705M étant un matériau assez résistif) qu'en déphasage (la position du court-circuit étant très difficile à contrôler). Une autre méthode de déphasage a donc été développée. Suivant le même principe de changement de longueur de guide d'ondes, un bloc d'aluminium comportant un aimant a été utilisé au sein du même guide d'ondes que précédemment plutôt qu'une feuille de matériau ferromagnétique et de rubans de polyimide. La position du court-circuit est contrôlée à l'aide d'un bloc ferromagnétique interagissant avec le champ magnétique de l'aimant. Ce bloc ferromagnétique est fixé à un moteur pas-à-pas à mouvement linéaire situé à l'extérieur du guide d'ondes. Le moteur est lui-même contrôlé par un étage de commande et un microcontrôleur. Cette manière de faire assure un contrôle analogique de la phase via le positionnement du curseur du moteur pas-à-pas, à condition d'utiliser des composants électroniques appropriés. De plus, une configuration appropriée des composants électroniques assure une consommation très faible de puissance d'environ 400 μW par cellule.  ABSTRACT: Today's telecommunication satellites use mostly dish antennas, which correctly satisfies mission objectives that often require high transmission power, but are problematic at launch, given the size and mass of the parabolic reflectors. In addition, these antennas allow very little reconfiguration of the radiation pattern once the satellite is in orbit. In an attempt to solve these problems, the present master's thesis presents a waveguide reflectarray whose radiation pattern is mechanically and analogically adjustable while capable of transmitting high power and having good efficiency. A phase shifter representing a cell of the reflectarray is first presented. The general principle of this phase shifter is to use a mobile short circuit to vary the length of a waveguide. The first prototype tested uses a sheet of ferromagnetic material, Metglas 2705M placed inside an 18 mm wide by 6.669 mm high waveguide. This sheet creates a capacitive contact through polyimide tapes inserted between the sheet and the walls of the waveguide. By placing the 2705M sheet in such a way as to short the waveguide, which reflects the incident wave, and by controlling the position of the short circuit with magnets, one can change the length of the waveguide and therefore the phase shift. However, in practice, this method showed poor results both in magnitude (the 2705M being a fairly resistive material) and in phase shift (the position of the short circuit being difficult to control). Thus, another method of phase shift has been developed. Following the same principle of waveguide length change, an aluminum block having a magnet inside it was used within the same waveguide as before instead of a sheet of ferromagnetic material and polyimide tapes. The position of the short circuit is controlled by means of a ferromagnetic block interacting with the magnetic field of the magnet, and this ferromagnetic block is attached to a linear stepper motor located outside the waveguide. The motor itself is controlled by a driver and a microcontroller. This approach provides analogue phase control via the positioning of the stepper motor's slider, provided that appropriate electronic components are used. In addition, an appropriate configuration of the electronic components ensures a very low power consumption of about 400 μW per cell. The HFSS 18 software was subsequently used to simulate the waveguide with the mobile short circuit to evaluate losses and phase shift.


identifier: Thoux, A.-L. (2017). Conception d'un réseau de transport en commun pour le transport des patients sur l'Île-de-Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La loi 10 a souhaité une nouvelle organisation du système de soins de santé québécois. Elle a engendré en avril 2015 la création de Centres Intégrés (Universitaires) de Santé et de Services Sociaux (CI(U)SSS). Dans ce contexte de centralisation des établissements de santé québécois, nous avons conduit une étude de terrain de l'organisation du transport non urgent des patients entre les établissements de quatre CIUSSSs sur l'Ile-de-Montréal. Cette étude a révélé que ce type de transport, qui représente un enjeu financier et organisationnel important pour les CIUSSSs, peut être optimisé. En effet, ces établissements de santé ont longtemps fonctionné individuellement. Malgré la centralisation administrative effective, la prise de décision concernant l'organisation du transport externe non urgent des patients est encore visualisée à l'échelle de chaque établissement, voire au niveau de chaque unité. Les processus suivis peuvent ainsi varier d'une unité à l'autre d'un même établissement, même si la plupart des problématiques et moyens de transport utilisés sont partagés. Les déplacements actuellement réalisés par les patients de ces CIUSSSs peuvent présenter une certaine régularité, parce qu'ils concernent des traitements réguliers ou des activités mis en place dans l'objectif d'aider les personnes à vivre chez elles autonomes le plus longtemps possible. De plus, l'existence de corridors de service entre certains établissements peut augmenter la fréquence de certains trajets. Homogénéiser l'organisation actuelle du transport externe non urgent des patients pour la centraliser pourrait donc permettre de réduire la part importante du budget qui lui est accordée et d'augmenter la qualité du service proposé aux patients. Suite à ces observations et connaissant les perspectives d'évolution de la population traitée par le système de soins de santé, nous nous sommes demandé si organiser le transport non urgent des patients de ces CIUSSSs à l'aide d'un réseau de transport en commun serait possible et rentable. Un tel réseau devrait être adapté à la condition physique des patients. Majoritairement à mobilité réduite, ils se déplacent en fauteuils roulants et ne peuvent ni circuler pour rejoindre un arrêt du réseau ni subir un transfert de ligne sur leur trajet. La configuration actuelle des véhicules est telle que les routes dessinées devront aussi permettre de servir la demande en respectant la contrainte de Last-In-First-Out (LIFO), que nous introduisons en conception de réseau. La demande actuelle étant très peu dense, nous avons défini un réseau de transport adapté construit zone par zone. Dans chaque zone géographique construite à l'aide d'un double partitionnement des demandes de transport basé sur la densité, nous avons construit des réseaux à deux niveaux. Nous avons d'abord tracé des routes permettant de servir la partie la plus régulière de la demande. Nous avons ensuite autorisé une certaine déviation des routes dessinées pour affecter les patients aux routes du réseau. Au cours des observations terrain qui ont permis de statuer les hypothèses du problème, nous avons constitué et analysé une base de données qui représente les demandes de transports apparues sur une période de vingt-cinq semaines entre avril et septembre 2016. Les tests réalisés à partir de ces demandes ont permis d'apprécier l'influence des paramètres choisis pour le partitionnement de la demande sur les réseaux obtenus et leur réponse quotidienne à la demande. Les résultats montrent que, dans l'organisation actuelle de la demande, l'association de la contrainte de LIFO et de l'interdiction du transfert de ligne est trop forte pour construire un réseau de transport en commun réaliste et financièrement rentable. Les réseaux construits offrent néanmoins une bonne qualité de transport aux patients. Les routes dessinées par la méthode que nous avons choisie permettent aussi de conclure que considérer l'organisation du transport externe non urgent des patients à l'échelle de l'Ile-de-Montréal sous la forme d'un transport à la demande est prometteuse.  ABSTRACT: In 2015, the 10th law caused a overhaul of the health care system of Quebec. As an example, the health care facilities were consolidated into regional centers called Centres Intégrés (Universitaires) de Santé et de Services Sociaux (CI(U)SSS). In this context, we have led a field study regarding the organization of the external non-emergency patient transport services between the facilities of four CIUSSSs in Montreal. This survey raised that the organization of external non-emergency patient transport services, which is a major issue at both Financial and organizational points of view, can be improved. As a matter of fact, the facilities have been operating on their own for long. Then, despite the consolidation of administrative service is effective, the decision-making concerning the transportation of patients is still processed at the level of each facility, or even separately in the the care units of one place. Those process can then vary from one place to another, even though the means of transport used and the problems faced are common. The demands of transport from the patients of these CIUSSSs can currently occur on a regular basis, since they are raised by regular treatments or activities aimed at making them be able to live at home independently as long as they can. Furthermore, service corridors exist between several health care centers that can increase some trips frequency. In view of this, standardizing the existing organization of the external non-emergency transportation of patients could help reducing the major part of the budget currently dedicated to this field, and to improve the quality of the service offered to the patients. Considering this and the expected evolution of the patient population, we wondered if a transit network could profitably and suitably be designed to answer the demand of transportation in these CIUSSSs. Such a network should be adapted to the physical and psychological conditions of the patients. Most of them are persons with reduced mobility, then move in wheelchairs and can neither join a stop of the network nor accept any transfer between lines during their travel. Presently, the configuration of the vehicles enforce a Last-In-First-Out (LIFO) constraint, which we introduce in network design. Presently, the demand of transport is really sparse. We then decided to build our network per zone. In each geographical zone defined by a two-level density clustering of the demands, we designed two-level networks. First, we drew routes aimed at answering the most regular demands. Second, we allowed a certain deviation of these routes for the network to serve more demands. Throughout the field study aimed at defining the problem, we gathered a data basis which reflects the transportation demands that occurred over a period of twenty-five weeks between April and September 2016. The experiments allowed us to assess how the parameters chosen influence the network designed and their ability to respond to the daily demand for transports. The results show that under the current organization of the demands of transport, adding the LIFO constraint and avoiding every transfer between lines makes difficult, if not impossible, the design of a realistic and profitable network. Nevertheless, the networks designed offer a very good quality service to the patients. From the routes drawn by the method we have chosen, we can also conclude that considering the organization of the external non-emergency transportation of patients at the level of a whole region as a demand-responsive transport problem could show promise.


identifier: Lainé, J. (2017). Optimisation d'aubes de turbomachines : minimisation de la réponse vibratoire à la suite de contacts avec le carter  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Parmi les stratégies prévilégiées par les constructeurs de moteurs d'avion pour améliorer le rendement global des turbomachines, la réduction du jeu radial entre les parties tournantes (rotor) et fixes (stator) est un axe de recherche prioritaire. Cependant, si cette solution diminue les pertes aérodynamiques, elle augmente aussi la probabilité de contacts entre les sommets d'aubes et le carter environnant, à tel point que ces phénomènes, auparavant considérés uniquement dans le cas de situations accidentelles, sont maintenant pris en compte dans des situations de fonctionnement normal. Pour cette raison, les interactions de contact entre les aubes et le carter doivent désormais être prises en compte dès les premières phases de conception des roues aubagées. Le contact aube/carter est un phénomème fortement non-linéaire et, à ce jour, il n'existe pas de critère pertinent permettant de discriminer les aubes selon leur sensibilité au contact. Dans une récente étude, il a été montré qu'une aube, qui avait précédemment été modifiée pour réduire sa sensibilité au contact, se différenciait principalement de l'aube initiale par sa consommation de jeu (une grandeur caractérisant l'évolution du jeu aube/carter alors que l'aube vibre selon son premier mode de vibration). Sur base de cette observation, le présent projet de recherche a pour objectif d'étudier la relation entre la consommation de jeu d'une aube et sa sensibilité au contact. Ce mémoire présente une procédure d'optimisation d'aube utilisant comme fonction objectif la consommation de jeu. Les paramètres d'optimisation utilisés sont les paramètres géométriques issus de la modélisation d'aube créée pour ce projet. L'algorithme d'optimisation mesh adaptive direct search est employé via le logiciel d'optimisation de boîte-noire NOMAD. La procédure d'optimisation est appliquée sur des aubes issues de la littérature. Les aubes obtenues présentent des consommations de jeu diminuées. Une analyse comparative est menée entre les aubes initiales et les aubes issues de l'optimisation en utilisant un outil de simulation de contact rotor/stator. La comparaison des résultats numériques permet de mettre en évidence la réduction des amplitudes de vibration post-contact pour les aubes issues de l'optimisation. De plus, la disparition de certaines vitesses critiques démontre bien une baisse de la sensibilité après optimisation des aubes.  ABSTRACT: One of the strategies used in recent years to improve turbomachines' overall efficiency is the reduction of radial clearances between rotating and static components. However, as this clearance reduces, the probability of structural contacts between blade-tips and the surrounding casings increases; to a point that such events are now anticipated in nonaccidental configurations. For that reason, contact interactions must now be accounted for as early as the design stage of bladed components. However, contact is a highly non-linear phenomenon and, to this day, no relevant criterion exists to discriminate blades according to their sensitivity to contact events. In a recent study, it was found that a redesigned blade, featuring significant improvements with respect to its vibratory response following contacts, essentially differed from the original blade with respect to its clearance consumption (which characterizes the evolution of blade/casing clearance as the blade vibrates over its first free-vibration modes). From this observation, it was decided to carry out a thorough investigation on the possible relation between clearance consumption and the non-linear vibratory response following contacts. This master's thesis presents an automated structural optimization procedure of a blade design using an objective-function related to the blade's clearance consumption. The optimization variables used are the geometrical parameters stemming from the blade model created for this study. It relies on a derivative free optimization software (NOMAD) using the mesh adaptive direct search algorithm. The presented optimization procedure is applied on several existing blades from the literature. The procedure yields blades featuring lower clearance consumption. Initial and final blades shapes are then analyzed by means of an in-house numerical tool dedicated to the simulation of rotor/stator interactions. An in-depth comparison of numerical results underlines that the amplitudes of vibration following contacts are significantly lowered for the final blade . Overall, it is evidenced that the blades' sensitivity to contact has been lowered as certain critical speeds vanish for the final blade shapes.


identifier: Grati, M. T. (2017). Développement d'un système actif pour la mesure de la permittivité complexe des matériaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La détermination de la permittivité complexe est une nécessité dans le domaine de la recherche scientifique à savoir la science des matériaux, les télécommunications, la conception des circuits microondes, la biologie... Plusieurs méthodes ont été développées pour la mesurer dans le domaine temporel ou fréquentiel en utilisant les techniques de transmission ou réflexion, les méthodes de l'espace libre et la résonance. Le présent mémoire s'intéresse au développement d'un système actif pour la recherche de la permittivité complexe qui se base sur la résonance. L'oscillation prend place dans une cavité résonnante opérant à la fréquence de 2495 MHz faisant partie de la bande ISM (industriel, scientifique et médical). Le système entre en oscillation dès que l'on satisfait les deux conditions de Barkhausen relatives au gain et à la phase. Il est composé d'éléments passifs qui introduisent des pertes et des déphasages ainsi que des composants actifs qui compensent ces pertes. La méthode choisie est le calcul du facteur de qualité pour la cavité vide puis lorsqu'elle est perturbée par l'introduction de l'échantillon ainsi que la fréquence de résonance pour chaque état. La détermination de ces deux facteurs est possible par l'application de deux algorithmes distincts se basant sur les deux courbes de la résonance : celle des amplitudes et celle des phases. On calcule les fréquences au niveau du sommet et au niveau de la moitié de la puissance pour obtenir le facteur de qualité absolu relatif à la cavité vide puis on se déplace sur la courbe de résonance en phase pour chercher la nouvelle fréquence de résonance obtenue après l'insertion d'un échantillon du matériau dont on souhaite mesurer la permittivité. On cherche aussi le facteur de qualité relatif de la cavité perturbée. Un déphaseur nous permet de faire le balayage de toute la bande et un modulateur sert à faire de petites variations constantes de phase. On applique la théorie de perturbation pour étudier la déviation des paramètres de la cavité à savoir le facteur de qualité et la fréquence de résonance. Une fois ces paramètres trouvés, on applique des formules reliant ces facteurs aux deux composantes de la permittivité complexe et finalement on obtient cette quantité. Le temps d'exécution total est inférieur à 30 secondes (il varie de 20 secondes à 30 secondes suivant le niveau des pertes du milieu en question).  ABSTRACT: The determination of complex permittivity is crucial in many fields in scientific research such as materials science, telecommunications, microwave circuits design, biology... A lot of techniques have been implemented to calculate it in the time domain or the frequency domain. They are based on transmission or reflection, free space methods or resonance. The current work is the development of an active system to calculate permittivity based on resonance technique. The oscillation occurs inside a resonant cavity operating at the level of 2495MHz part of the ISM band. The system starts oscillation as soon as both Barkhausen conditions are satisfied (gain and phase). This system is composed of passive components bringing losses and phase changes to the loop as well as active components to compensate those losses. The chosen method consists of calculating quality factor for an empty cavity then after loading it as well as the resonance frequency corresponding to each state. The determination of those factors is made possible thanks to both algorithms based on resonance curves: magnitudes and phases. We measure frequencies at the level of the peak then the level of half power in order to get absolute quality factor related to the empty cavity then we move through phase curve so that we could obtain the new frequency after perturbing the cavity. A phase shift is used to sweep the whole bandwidth and a modulator is used to add or subtract the same quantity of degrees in the phase. We apply perturbation theory in order to study cavity parameters shifting. Once this variation found, some expressions enable us to find out both parts of complex permittivity. The whole process doesn't take more than 30 seconds ( indeed, it is comprised between 20 and 30 seconds depending on medium losses). The developed system is able to work with any cavity having resonance frequency situated between 2000MHz and 2500 MHz. It is adapted automatically to medium losses by giving extra gain to the loop and the only output of our system is frequency reading. The application has been programmed using "visual studio 2013" as it is a compatible environment with Windows OS and easy to get with. More over, used electronic devices work with .Net platform. Results are stored using data bases with "MYSQL" because it gives us instant access to data. Communication between devices is governed by IEEE 488 standard known also as GPIB and measurements are done in room temperature. We compare obtained results with some references either with vector network analyzer or in the literature.


identifier: Grozdanov, A. (2017). Transonic Static Aeroelasticity Using the 2.5D Nonlinear Vortex Lattice Method  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire traite de l'évaluation aéroélastique d'ailes peu et très flexibles dans le régime subsonique et transsonique. L'objectif de ce travail est de développer un outil d'aéroélasticité statique pour l'optimisation en phase conceptuelle et préliminaire, capable d'être utilisé en milieu industriel dans lequel les logiciels aérodynamique et de mécanique solide sont en toute probabilité différents. Le grand nombre d'itérations qui doivent être évaluées pour explorer l'espace d'optimisation impose une contrainte de faible coût de calcul. Pour atteindre cet objectif, une méthode potentielle linéaire Vortex-Lattice, combinée avec des données 2.5D RANS à l'aide d'une méthode de couplage alpha modifiée est couplée grâce à une méthode ségrégée avec un modèle d'éléments finis à petites déformations, mais grande déflexions composé de poutres Euler-Bernoulli. Les maillages fluides et solides étant très différents, une méthode d'interpolation conservative est utilisée pour transférer les forces aérodynamiques et les déformations de la structures. Ces transferts d'informations se font de manière consécutive suite aux solutions numériques individuelles du fluide et de la structure. Ce processus est répété itérativement jusqu'à l'atteinte d'une solution convergée. D'abord, le solveur d'éléments finis développé pour les calculs de structure est décrit. Sa précision est par la suite vérifiée pour des cas géométriquement non linéaires statiques et dynamiques. En deuxième lieu, la précision du couplage inviscide par méthode ségrégée est vérifiée en comparant les déformations pour le cas subsonique pour des ailes à grand élancement. En troisième lieu, la précision du couplage visqueux par méthode ségrégée est vérifiée pour le cas subsonique pour des ailes à grand élancement. Cette méthode est par la suite appliquée et validée pour un cas transsonique en comparant avec des solutions 3D RANS numériques publiées précédemment pour le modèle de soufflerie du Common Research Model. Les résultats démontrent que la précision est intéressante pour la prédiction des déformations et des distributions de pression, à un coût de calcul approprié pour les phases conceptuelles et préliminaires d'aéronefs. Finalement, les limites de la méthode et des avenues de recherches sont présentées.  ABSTRACT: This thesis deals with the static aeroelastic evaluation of subsonic and transonic aircraft wings experiencing mild to large deflections. The objective of the work is to develop a static aeroelastic tool for conceptual and preliminary design optimization, capable of performing this task within an industrial environment where computational solvers are likely to be separate for aerodynamic and structural purposes. The high number of design iterations that are necessary to explore the optimization design space requires that the computational cost of the method be low. To this end, a linear potential vortex lattice method combined with 2.5D RANS sectional data through a modified alpha coupling method is coupled to a finite element model consisting of linear Euler-Bernoulli beams in a partitioned fashion. There being a significant mismatch between the aerodynamic meshes and the structure meshes, the aeroelastic coupling uses a conservative interpolation method to transfer the aerodynamic forces and structural deflections between fluid and structural solvers. This procedure is repeated iteratively until a converged coupled solution has been obtained. Firstly, the finite element solver developed for the structural computations is detailed. The accuracy of this solver is subsequently verified for static and dynamic geometrically nonlinear cases. Secondly, the accuracy of the inviscid partitioned coupling is verified by comparing subsonic deflections for large aspect ratio wings with comparable methods that have previously been published. The results show that the method performs well in predicting the deflections of high aspect ratio wings. Thirdly, the accuracy of the viscous partitioned coupling is verified for large aspect ratio wings in the subsonic regime. The method is then applied in the transonic flight regime by comparing it with 3D RANS computation results previously published for the Common Research Model wind tunnel model. The results show impressive accuracy in predicting the wing deflections and pressure distributions, at a computational cost that is appropriate for conceptual and preliminary design. Finally, limitations and possible avenues for research are presented.


identifier: Fortier, V. (2017). Développement de rivets composite à matrice thermoplastique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les enjeux écologiques et économiques actuels nécessitent une réduction du poids des avions de ligne. Afin d'augmenter leur performance, les matériaux composites sont utilisés pour leurs hautes propriétés spécifiques. C'est donc avec cet objectif que l'industrie aérospatiale consacre énormément d'effort à développer cette technologie. Par contre, elle impose plusieurs défis de taille. Ces structures en composites sont présentement assemblées avec des boulons en titane. Cette liaison mécanique n'est pas la solution idéale dû à son poids, sa différence de coefficient d'expansion thermique et de conductivité électrique entre le titane et la structure en composite, son risque de pénétration de l'humidité et son risque de répartition non-uniforme des charges. Au cours de cette maîtrise, une technologie d'assemblage novatrice a été développée grâce à des rivets en composite à matrice thermoplastique. Tout d'abord, les rivets sont chauffés par effet Joule au-delà de leur température de fusion. Une fois cette température atteinte, ils sont moulés in situ dans les composants à joindre. La similarité entre les matériaux utilisés pour le rivet et les pièces à assembler apporte une solution aux problèmes de corrosion galvanique, de différence de coefficients d'expansion thermique et de blindage électromagnétique de l'avion. Afin d'assurer une qualité constante dans une optique d'industrialisation, la technique de rivetage proposée dans ce document a été automatisée. Une machine de rivetage a été conçue et fabriquée. Les paramètres de rivetage ont été contrôlés afin de s'assurer de la qualité de la liaison et de sa répétabilité. Afin d'explorer les possibilités de la technologie, deux architectures de renfort (fibres de carbone) (Unidirectionnelle et tressée) et deux types de matrices (polyamide (PA) et polyether ether ketone (PEEK)) ont été testés en cisaillement et en traction. Les tests mécaniques en cisaillement ont démontré que les propriétés spécifiques du rivet unidirectionnel étaient supérieurs aux joints d'aluminium boulonnés en titane. Avec ces avantages, cette technologie pourrait être davantage développée, afin d'être utilisée sur les prochaines générations d'avions.  ABSTRACT: Because of ecological and economical matters, most aircraft manufacturers are looking to reduce the airliners weight. To increase their performance, composite materials are used for their high specific properties. But this also brings new challenges, such as, the assembly of two composite parts. As an example, the currently use technology relies on the use of titanium bolts. This fastening solution presents many drawbacks with regards its weight, its lightning strike hazard, its risk of water penetration and its cost. To overcome these problems, an innovative assembly technology using thermoplastic composite rivets was developed. These rivets are heated, using Joule's effect, above the melting temperature of the matrix. They are directly molded in situ. The materials similarity eliminates the galvanic corrosion and the electromagnetic shielding issues. To ensure a constant quality for an industrial application, the riveting technique must be automated. A riveting machine was designed and manufactured. The riveting parameters are controlled to ensure the joint quality and repeatability. Two types of thermoplastic matrix were used (polyamide (PA) and polyether ether ketone (PEEK)) and two types of reinforcement architecture were tested (unidirectional and biaxial braid). The mechanical testing showed that the mechanical properties of the composite riveted joint are higher than typical aluminum riveted joints. Furthermore, the UD architecture has a higher specific shear strength than titanium bolted joint. With these advantages, the technology could be develop in order to be used to make the next aircraft generetion.


identifier: Mohammadi, S. R. (2017). Polyolefin/Clay Nanocomposite Peelable Sealants: Microstructure and Performance  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, l'emballage facile à ouvrir pour une grande variété d'applications telles que les marchandises, l'électricité, l'agriculture, les aliments cosmétiques et les emballages médicaux est d'une grande importance en raison des demandes de plus en plus nombreuses des consommateurs. Les polymères à base de polyoléfines ont été largement utilisés comme matériaux d'étanchéité en raison de leurs propriétés mécaniques, rhéologiques et thermiques acceptables ainsi que de leur faible coût. Néanmoins, un grand nombre de formulations d'étanchéité constituées de mélanges à base de polyoléfine souffrent d'une fenêtre de température thermocollante pelable étroite (ΔTp). L'incorporation de l'argile organo-modifiée (organoargile) aux couches de scellement est une nouvelle approche pour réaliser des scellants pelables avec un large ΔTp. Cependant, les produits d'étanchéité pelables fabriqués à partir de nanocomposites d'argile sont à leur début et les facteurs clés contrôlant la performance de décollement des scellants nanocomposites n'ont pas encore été établis. Dans la première partie de ce travail, nous discutons de l'effet de l'incorporation de divers types d'organoargiles sur la performance de pelage du scellant polyéthylène à faible densité (LDPE). Le mélange LDPE/organoargile non modifié représente une performance de joint d'étanchéité de verrouillage semblable au scellant de LDPE pur. L'augmentation de la quantité de modificateur de surface de l'argile entraîne une amélioration des performances de décollement. L'étude de diverses teneurs en organoargiles de 2 à 10% en poids indique qu'au moins 6% en poids d'organoargile sont nécessaires pour obtenir un ΔTp d'environ 12-15 °C à partir du scellant LDPE sans l'utilisation d'agent compatibilisant. Les résultats de la diffraction des rayons X (WAXD) et de la microscopie électronique à transmission (TEM) indiquent qu'une amélioration substantielle de la dispersion et de la distribution des argiles dans la couche de scellement est obtenue en rendant l'organoargile compatible avec l'anhydride maléique greffé PE (PE-g-MA). En conséquence, le ΔTp augmente à 45 °C avec le même niveau de la teneur en organoargile (6% en poids). En augmentant le rapport pondéral PE-g-MA/organoargile de 2 à 5, une dispersion semi-exfoliante des argiles organo-modifiée dans la couche de scellement est obtenue et un ΔTp ultra-large de plus de 100 °C est atteint. L'analyse des résultats du test de pelage en T et de la microscopie électronique à balayage (MEB) de la surface de scellement des scellants indique que la dispersion et la distribution des particules d'argile dans la zone du joint sont les principaux facteurs contrôlant la performance de pelage du PE/argile les scellants nanocomposites. Dans la seconde partie de cette étude, nous examinons l'effet de la localisation de l'argile dans deux mélanges à base de LDPE, à savoir le LDPE/copolymère d'éthylène-acrylate de méthyle (EMA) et le LDPE/terpolymère éthylène-acrylate de méthyle-méthacrylate de glycidyle (EMA-GMA). Les résultats WAXD et TEM sont en accord avec les prédictions thermodynamiques qui montrent la localisation de l'argile à l'interface de LDPE/EMA et dans la phase dispersée EMA-GMA dans le mélange LDPE/EMA-GMA. La localisation de l'argile organo-modifiée est également confirmée par des analyses rhéologiques et mécaniques. L'incorporation de l'argile de 4 phr au système LDPE/EMA convertit son comportement de scellement de verrouillage en un comportement pelable avec un ΔTp large de plus de 35 °C. En revanche, l'aptitude au pelage du scellant nanocomposite à base de LDPE/EMA-GMA/organoargile a légèrement changé par rapport au scellant de mélange LDPE/EM-GMA. La localisation des particules d'argile à l'interface du mélange LDPE/EMA se traduit par une réduction de la taille des particules et de la distance interparticulaire, ce qui facilite le pontage de la fissure lors du pelage. Cependant, l'encapsulation d'organoargiles dans la phase dispersée EMA-GMA agit contre la pelabilité. Dans la troisième partie de ce travail, l'effet de la nanoargile sur la performance de pelage et le vieillissement des scellants de mélange LDPE/PB-1 sont étudiés. En utilisant l'analyse WAXD et l'imagerie TEM, on a démontré que lorsque l'argile est ajouté au mélange LDPE/PB-1, il a tendance à se localiser à l'interface des composants du mélange. Le mélange LDPE / PB-1 contenant 5% en poids d'agent d'étanchéité PB-1 et LDPE/organoargile contenant 1 phr d'argile organo-modifiée présentent tous les deux un comportement d'étanchéité semblable à celui du scellant LDPE pur. En revanche, le scellant LDPE/PB-1/organoargile contenant 5% en poids de PB-1 et 1 phr d'argile présente une performance de pelage polyvalente sur un large ΔTp d'environ 100 °C. L'efficacité de 1 phr organoargile dans l'amélioration de la pelabilité est réduite en augmentant la teneur en PB-1 dans les mélanges. Cela pourrait être dû à la plus faible couverture interfaciale des particules d'argile à l'interface des mélanges de LDPE/PB-1 en raison de l'augmentation de la teneur en PB-1. La force d'arrachement des scellants LDPE/PB-1 contenant 5 à 20% en poids de PB-1 est diminuée au cours du vieillissement en raison de la formation de cristaux de PB-1 instables après le thermoscellage, tel que démontré par les analyses par WAXD. Aucune trace de la forme cristalline métastable II n'est détectée après thermoscellage des scellants nanocomposites LDPE/PB-1/organoargile, ce qui correspond à la performance de pelage constante observée pour les scellants nanocomposites. Dans la quatrième partie de cette étude, le mécanisme sous-jacent du polymorphisme PB-1 après thermoscellage du mélange LDPE/PB-1 et des scellants nanocomposites est étudié. Les images SEM indiquent que PB-1 forme des structures nanofibrillaires dans les mélanges de LDPE/PB-1 contenant 5 à 20% en poids de PB-1. L'épaisseur moyenne des nanofibrilles de PB-1 a diminué significativement de 100 à 60 nanomètres lors de l'incorporation de 1 phr organoargile à l'agent d'étanchéité contenant 5% en poids de PB-1. L'épaisseur des nanofibrilles PB-1 a légèrement diminué de 190 à 170 nm et de 200 à 190 nm dans les scellants contenant respectivement 10 et 20% en poids de PB-1. Les résultats du FTIR et du WAXD ont révélé la présence de la forme stable I et possiblement la formation directe de la forme 1. Ceci peut être attribué à l'effet mémoire de la fusion et à la ségrégation des cristaux dans le procédé de thermoscellage rapide plutôt qu'à la fusion complète des cristaux. En plus des formes I/Iʹ, la forme métastable II est détectée juste après le thermoscellage qui est responsable du vieillissement des agents d'étanchéité LDPE/PB-1. Aucune trace de la forme II n'est observée après le thermoscellage du nanocomposite LDPE/PB-1/organoargile, alors que les cristaux avec les formes I et III sont détectés avec les caractérisations par FTIR et WAXD juste après le thermoscellage. Ceci est attribué à la cristallisation confinée des nanofibrilles PB-1 comme confirmé par les résultats de la caractérisation par FTIR polarisée qui indiquent l'orientation anisotrope des cristaux PB-1 dans les matériaux d'étanchéité nanocomposites. Ce confinement est imposé en raison de la solidification antérieure de la matrice de LDPE avec une température de cristallisation plus élevée à 95 °C comparée à celle de PB-1  à 75 °C. La cristallisation des nanofibrilles PB-1 dans du LDPE solidifié est encore confinée en présence d'organoargiles à l'interface et possiblement dans la phase PB-1. Les résultats de cette étude établissent une stratégie pour produire des produits d'étanchéité pelables avec des performances de pelage souples et constantes sur une large gamme de températures de thermoscellage.  ABSTRACT: Nowadays, easy to open packaging for vast variety of applications such as merchandise, electrical, agricultural, cosmetic food and medical packaging is of great importance due to increasingly consumer demands. Polyolefin-based polymers have been extensively used as seal materials due to their acceptable mechanical, rheological and thermal properties as well as low cost. Nonetheless, many seal formulations made of polyolefin based blends suffer from narrow peelable heat seal temperature window (∆Tp). The incorporation of organoclay to seal layers is a novel approach to achieve peelable sealants with broad ∆Tp. However, peelable sealants made of clay nanocomposites are in their infancy and this dissertation reports on the key factors controlling the peel performance of the nanocomposites sealants containing nanoclay.  In the first part of this work, we discuss the effect of incorporation of various types of organoclays on the peel performance of low density PE (LDPE) sealant. PE/unmodified clay sealant represents a lock seal performance similar to neat LDPE sealant. Increasing the amount of clay surface modifier results in enhanced peel performance. Investigating various contents of organoclays from 2 to 10 wt% indicates that at least 6 wt% of organoclay is needed to achieve a ∆Tp of about 12-15 °C from LDPE sealant without the use of any compatibilizer. Wide angle X-ray diffraction (WAXD) results and transmission electron microscopy (TEM) images indicate that a substantial enhancement in the dispersion and distribution of the organoclays in the seal layer is achieved upon compatibilizing the organoclay with PE-grafted maleic anhydride (PE-g-MA) copolymer. As a result, the ∆Tp enhances to 45 °C with the same level of the organoclay content (6 wt%). By increasing PE-g-MA/organoclay weight ratio from 2 to 5, a semi-exfoliate dispersion of the organoclays in the seal layer is achieved and results is an ultra-wide ∆Tp of over 100 °C. Analyzing the T-peel test results and scanning electron microscopy (SEM) of the peel fractured surface of the sealants indicated that the dispersion and distribution of the clay particles in the seal area are the main factors which control the peel performance of the PE/clay nanocomposite sealants.  In the second part of this study, we examine the effect of organoclay localization in two PE based blends i.e. LDPE/ethylene-methyl acrylate copolymer (EMA) and LDPE/ethylene-methyl acrylate-glycidyl methacrylate terpolymer (EMA-GMA). The WAXD and TEM results are in agreement with the thermodynamic predictions which show the localization of organoclay at the interface of LDPE/EMA and within the EMA-GMA dispersed phase in the LDPE/EMA-GMA blend. The localization of organoclay is also confirmed through rheological and mechanical analyses. The incorporation of 4 phr organoclay to the LDPE/EMA system converts its lock seal behavior to a peelable one with a wide ∆Tp of over 35 °C. In contrast, the peelability of the LDPE/EMA-GMA/organoclay nanocomposite sealant marginally changed when compared to the LDPE/EM-GMA blend sealant. The localization of clay particles at the interface of LDPE/EMA blend results in a reduced particle size and interparticle distance, which facilitate the crack bridging upon peeling. However, the encapsulation of organoclays within the EMA-GMA dispersed phase works against peelability.  In the third part of this work, the effect of nanoclay on the peel performance and aging of the LDPE/PB-1 blend sealants are investigated. Using WAXD analysis and TEM imaging, it is shown that when organoclay is added to the LDPE/PB-1 blend, it tends to localize at the interface of the blend components. The LDPE/PB-1 blend containing 5 wt% of PB-1 and LDPE/organoclay sealant containing 1 phr organoclay both exhibit lock seal behavior similar to the neat LDPE sealant. In contrast, LDPE/PB-1/organoclay sealant containing 5 wt% of PB-1 and 1 phr organoclay shows a versatile peel performance over a wide ∆Tp of about 100 °C. The effectiveness of 1 phr organoclay in enhancing peelability is reduced by increasing PB-1 content in the blends. This might be due to the lower interfacial coverage of the clay particles at the interface of LDPE/PB-1 blends due to increase in the PB-1 content. The peel force of the LDPE/PB-1 sealants containing 5 to 20 wt% of PB-1 is decreased upon aging due to the formation of unstable form II crystals of PB-1 after heat sealing as approved through WAXD experiments. No trace of the metastable crystal form II is detected after heat sealing of the LDPE/PB-1/organoclay nanocomposites sealants which is in line with the consistent peel performance observed for the nanocomposite sealants. In the fourth part of this study, the underlying mechanism of PB-1 polymorphism after heat sealing of the LDPE/PB-1 blend and nanocomposite sealants is investigated. SEM images indicate that PB-1 forms nanofibrillar structures in the LDPE/PB-1 blends containing 5 to 20 wt% PB-1. The average thickness of PB-1 nanofibrils significantly decreased from 100 to 60 nanometers upon the incorporation of 1 phr organoclay to the sealant containing 5 wt% of the PB-1. The thickness of PB-1 nanofibrils moderately decreased from 190 to 170 nm and from 200 to 190 nm in the sealants containing 10 and 20 wt% of PB-1, respectively. FTIR and WAXD results revealed the presence of the stable form I and possibly direct formation of form Iʹ. The presence of form I and direct formation of form I΄ can be attributed to melt memory effect and crystal segregation in the fast heat sealing process rather than complete melting of the crystals. In addition to the forms I/Iʹ, the metastable form II is detected right after the heat sealing which is responsible for the aging of the LDPE/PB-1 sealants. No trace of form II is observed after the heat sealing of the LDPE/PB-1/organoclay nanocomposite, while the crystals form Iʹ and form III are detected trough FTIR and WAXD patterns right after heat sealing. This is attributed to the confined crystallization of the PB-1 nanofibrils as confirmed by the results of polarized FTIR experiment which indicate anisotropic orientation of the PB-1 crystals in the nanocomposite sealants. This confinement is imposed due to the earlier solidification of the LDPE matrix with a higher crystallization temperature at 95 °C compared to that of the PB-1 at 75 °C. The crystallization of PB-1 nanofibrils in solidified LDPE is further confined in the presence of organoclays at the interface and possibility within the PB-1 phase.  The results of this study establish a strategy to produce peelable sealants with versatile and consistent peel performance over a wide range of heat seal temperatures.


identifier: Lachapelle-Trouillard, X. (2017). Critères de dimensionnement et d'opération d'un procédé de traitement des eaux usées municipales par plantation de saules à croissance rapide en climat québécois  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le traitement efficace des eaux usées est un défi pour de nombreuses petites collectivités québécoises et canadiennes, en raison d'un manque de fonds, d'expertise ou de personnel qualifié. Il existe donc un besoin de développer des systèmes de traitement des eaux usées simples d'opération et à faibles coûts de construction et d'exploitation. Les systèmes de plantation de saules à croissance rapide (PSCR) représentent une solution potentielle à cette problématique et constituent une approche novatrice au traitement des eaux usées et à la valorisation des ressources.  ABSTRACT: Efficient wastewater treatment is a challenge for many small communities in Quebec and Canada mainly due to a lack of expertise and funding. Therefore, there is a need to develop simple, lowcost wastewater treatment technologies. The use of a short rotation willow coppice (SRWC) land application system to treat wastewater constitutes a potential solution to this problem and an innovative approach to wastewater treatment and water resource recovery.


identifier: Ghaemi, M. S. (2017). Forestogram: Biclustering Visualization Framework with Applications in Public Transport and Bioinformatics  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans de nombreux problèmes d'analyse de données, les données sont exprimées dans une matrice avec les sujets en ligne et les attributs en colonne. Les méthodes de segmentations traditionnelles visent à regrouper les sujets (lignes), selon des critères de similitude entre ces sujets. Le but est de constituer des groupes de sujets (lignes) qui partagent un certain degré de ressemblance. Les groupes obtenus permettent de garantir que les sujets partagent des similitudes dans leurs attributs (colonnes), il n'y a cependant aucune garantie sur ce qui se passe au niveau des attributs (les colonnes). Dans certaines applications, un regroupement simultané des lignes et des colonnes appelé biclustering de la matrice de données peut être souhaité. Pour cela, nous concevons et développons un nouveau cadre appelé Forestogram, qui permet le calcul de ce regroupement simultané des lignes et des colonnes (biclusters)dans un mode hiérarchique. Le regroupement simultané des lignes et des colonnes de manière hiérarchique peut aider les praticiens à mieux comprendre comment les groupes évoluent avec des propriétés théoriques intéressantes. Forestogram, le nouvel outil de calcul et de visualisation proposé, pourrait être considéré comme une extension 3D du dendrogramme, avec une fusion orthogonale étendue. Chaque bicluster est constitué d'un groupe de lignes (ou de sujets) qui déplie un schéma fortement corrélé avec le groupe de colonnes (ou attributs) correspondantes. Cependant, au lieu d'effectuer un clustering bidirectionnel indépendamment de chaque côté, nous proposons un algorithme de biclustering hiérarchique qui prend les lignes et les colonnes en même temps pour déterminer les biclusters. De plus, nous développons un critère d'information basé sur un modèle qui fournit un nombre estimé de biclusters à travers un ensemble de configurations hiérarchiques au sein du forestogramme sous des hypothèses légères. Nous étudions le cadre suggéré dans deux perspectives appliquées différentes, l'une dans le domaine du transport en commun, l'autre dans le domaine de la bioinformatique. En premier lieu, nous étudions le comportement des usagers dans le transport en commun à partir de deux informations distinctes, les données temporelles et les coordonnées spatiales recueillies à partir des données de transaction de la carte à puce des usagers. Dans de nombreuses villes, les sociétés de transport en commun du monde entier utilisent un système de carte à puce pour gérer la perception des tarifs. L'analyse de cette information fournit un aperçu complet de l'influence de l'utilisateur dans le réseau de transport en commun interactif. À cet égard, l'analyse des données temporelles, décrivant l'heure d'entrée dans le réseau de transport en commun est considérée comme la composante la plus importante des données recueillies à partir des cartes à puce. Les techniques classiques de segmentation, basées sur la distance, ne sont pas appropriées pour analyser les données temporelles. Une nouvelle projection intuitive est suggérée pour conserver le modèle de données horodatées. Ceci est introduit dans la méthode suggérée pour découvrir le modèle temporel comportemental des utilisateurs. Cette projection conserve la distance temporelle entre toute paire arbitraire de données horodatées avec une visualisation significative. Par conséquent, cette information est introduite dans un algorithme de classification hiérarchique en tant que méthode de segmentation de données pour découvrir le modèle des utilisateurs. Ensuite, l'heure d'utilisation est prise en compte comme une variable latente pour rendre la métrique euclidienne appropriée dans l'extraction du motif spatial à travers notre forestogramme. Comme deuxième application, le forestogramme est testé sur un ensemble de données multiomiques combinées à partir de différentes mesures biologiques pour étudier comment l'état de santé des patientes et les modalités biologiques correspondantes évoluent hiérarchiquement au cours du terme de la grossesse, dans chaque bicluster. Le maintien de la grossesse repose sur un équilibre finement équilibré entre la tolérance à l'allogreffe foetale et la protection mécanismes contre les agents pathogènes envahissants. Malgré l'impact bien établi du développement pendant les premiers mois de la grossesse sur les résultats à long terme, les interactions entre les divers mécanismes biologiques qui régissent la progression de la grossesse n'ont pas été étudiées en détail. Démontrer la chronologie de ces adaptations à la grossesse à terme fournit le cadre pour de futures études examinant les déviations impliquées dans les pathologies liées à la grossesse, y compris la naissance prématurée et la prééclampsie. Nous effectuons une analyse multi-physique de 51 échantillons de 17 femmes enceintes, livrant à terme. Les ensembles de données comprennent des mesures de l'immunome, du transcriptome, du microbiome, du protéome et du métabolome d'échantillons obtenus simultanément chez les mêmes patients. La modélisation prédictive multivariée utilisant l'algorithme Elastic Net est utilisée pour mesurer la capacité de chaque ensemble de données à prédire l'âge gestationnel. En utilisant la généralisation empilée, ces ensembles de données sont combinés en un seul modèle. Ce modèle augmente non seulement significativement le pouvoir prédictif en combinant tous les ensembles de données, mais révèle également de nouvelles interactions entre différentes modalités biologiques. En outre, notre forestogramme suggéré est une autre ligne directrice avec l'âge gestationnel au moment de l'échantillonnage qui fournit un modèle non supervisé pour montrer combien d'informations supervisées sont nécessaires pour chaque trimestre pour caractériser les changements induits par la grossesse dans Microbiome, Transcriptome, Génome, Exposome et Immunome réponses efficacement.  ABSTRACT: In many statistical modeling problems data are expressed in a matrix with subjects in row and attributes in column. In this regard, simultaneous grouping of rows and columns known as biclustering of the data matrix is desired. We design and develop a new framework called Forestogram, with the aim of fast computational and hierarchical illustration of biclusters. Often in practical data analysis, we deal with a two-dimensional object known as the data matrix, where observations are expressed as samples (or subjects) in rows, and attributes (or features) in columns. Thus, simultaneous grouping of rows and columns in a hierarchical manner helps practitioners better understanding how clusters evolve. Forestogram, a novel computational and visualization tool, could be thought of as a 3D expansion of dendrogram, with extended orthogonal merge. Each bicluster consists of group of rows (or samples) that unfolds a highly-correlated schema with their corresponding group of columns (or attributes). However, instead of performing two-way clustering independently on each side, we propose a hierarchical biclustering algorithm which takes rows and columns at the same time to determine the biclusters. Furthermore, we develop a model-based information criterion which provides an estimated number of biclusters through a set of hierarchical configurations within the forestogram under mild assumptions. We study the suggested framework in two different applied perspectives, one in public transit domain, another one in bioinformatics field. First, we investigate the users' behavior in public transit based on two distinct information, temporal data and spatial coordinates gathered from smart card. In many cities, worldwide public transit companies use smart card system to manage fare collection. Analysis of this information provides a comprehensive insight of user's influence in the interactive public transit network. In this regard, analysis of temporal data, describing the time of entering to the public transit network is considered as the most substantial component of the data gathered from the smart cards. Classical distance-based techniques are not always suitable to analyze this time series data. A novel projection with intuitive visual map from higher dimension into a three-dimensional clock-like space is suggested to reveal the underlying temporal pattern of public transit users. This projection retains the temporal distance between any arbitrary pair of time-stamped data with meaningful visualization. Consequently, this information is fed into a hierarchical clustering algorithm as a method of data segmentation to discover the pattern of users. Then, the time of the usage is taken as a latent variable into account to make the Euclidean metric appropriate for extracting the spatial pattern through our forestogram. As a second application, forestogram is tested on a multiomics dataset combined from different biological measurements to study how patients and corresponding biological modalities evolve hierarchically in each bicluster over the term of pregnancy. The maintenance of pregnancy relies on a finely-tuned balance between tolerance to the fetal allograft and protective mechanisms against invading pathogens. Despite the well-established impact of development during the early months of pregnancy on long-term outcomes, the interactions between various biological mechanisms that govern the progression of pregnancy have not been studied in details. Demonstrating the chronology of these adaptations to term pregnancy provides the framework for future studies examining deviations implicated in pregnancy-related pathologies including preterm birth and preeclampsia. We perform a multiomics analysis of 51 samples from 17 pregnant women, delivering at term. The datasets include measurements from the immunome, transcriptome, microbiome, proteome, and metabolome of samples obtained  simultaneously from the same patients. Multivariate predictive modeling using the Elastic Net algorithm is used to measure the ability of each dataset to predict gestational age. Using stacked generalization, these datasets are combined into a single model. This model not only significantly increases the predictive power by combining all datasets, but also reveals novel interactions between different biological modalities. Furthermore, our suggested forestogram is another guideline along with the gestational age at time of sampling that provides an unsupervised model to show how much supervised information is necessary for each trimester to characterize the pregnancy-induced changes in Microbiome, Transcriptome, Genome, Exposome, and Immunome responses effectively.


identifier: Opris, R.-I. (2017). Caractérisation de résidus miniers à l'aide d'essais de pénétration au cône  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cadre d'un programme de recherche sur l'utilisation des inclusions de roches stériles pour améliorer le comportement des parcs à résidus, ce projet porte sur l'utilisation d'essais de pénétration au cône CPT) pour caractériser les résidus miniers. Beaucoup de relations développées pour les essais CPT ont prouvé leur fiabilité pour les sols naturels normalement consolidés et surconsolidés. Malheureusement, très peu de travail a été réalisé pour confirmer l'applicabilité et la validité de ces corrélations pour les résidus miniers qui sont des matériaux fins produits par les concentrateurs des mines. Ils sont déposés hydrauliquement, ce qui fait en sorte qu'ils sont lâches et saturés avec un état de consolidation très variable.  ABSTRACT: As a part of a comprehensive project on the use of waste rock inclusions to improve the performance of tailings impoundments, the use of cone penetration testing (CPT) to characterize tailings was studied. Numerous correlations developed for CPT are currently in use for natural, normally consolidated and overconsolidated soils. Unfortunately, very little research has been conducted on tailings to validate the applicability of these correlations to tailings which are a fine-grained waste produced during mineral extraction. Tailings are hydraulically deposited causing them to be saturated and loose with a varying degree of consolidation.


identifier: Azeuli Nkamegni, K. (2017). Optimisation du positionnement des annonces textuelles en marketing interactif  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Lorsqu'un utilisateur tape du texte dans le champ réservé à cet effet dans un moteur de recherche, pendant le chargement de la page des résultats, une enchère a lieu pour déterminer quelles annonces textuelles seront affichées et dans quel ordre. Le texte tapé par l'utilisateur doit pouvoir être associé à au moins un des mots-clés choisis par un annonceur pour que ce dernier soit éligible à participer à cette enchère. Plus une annonce est affichée haut sur la page, mieux elle est classée et; mieux elle est classée, plus l'annonceur devra payer pour chaque clic sur ladite annonce et plus les utilisateurs cliqueront dessus. Toutefois, le montant facturé par le moteur de recherche à un annonceur pour chaque clic ne dépasse jamais l'enchère de cet annonceur. De plus, l'annonceur peut fixer un budget périodique (par jour, semaine ou mois) que le moteur de recherche devra respecter. Les annonceurs doivent donc établir une stratégie d'enchère qui leur permettra de maximiser la performance de leurs campagnes tout en respectant leur budget. Malheureusement, ils n'ont accès qu'à une quantité limitée d'informations pour le faire. Dans le cadre de ce projet de recherche, un modèle d'optimisation est proposé. Il permet de déterminer la meilleure position pour chaque mot-clé avec pour objectif d'optimiser les profits générés par une ou plusieurs campagnes d'un annonceur ou d'autres indices de performance de campagne tels que les revenus ou les conversions. Ce modèle, présenté dans le troisième chapitre, est basé sur les données de navigation partielle des utilisateurs. Elles sont représentées par un graphe et le problème est formulé comme un problème de flot ou de flot à coût minimum selon l'objectif utilisé. Le modèle n'étant pas linéaire, nous avons également développé cinq algorithmes pour résoudre ce problème. Quatre d'entre eux sont basés sur l'algorithme tabou. Dans la version élémentaire de l'algorithme, on modifie d'une unité la position d'un mot-clé et on recalcule le flot en utilisant des formules liant la position d'un mot-clé au nombre de clics espérés sur celui-ci ainsi qu'au coût-par-clic moyen de ce mot-clé. Le mot-clé dont la position est changée est choisi de sorte que la modification soit la plus profitable possible tout en respectant les contraintes de budget. Par la suite, il devient tabou de modifier à nouveau la position du même mot-clé pendant un nombre prédéterminé d'itérations. Les trois autres algorithmes sont des variantes du premier. Dans la première variante, la position peut être modifiée de plus d'une unité. Dans la seconde, on accepte avec une pénalité que le budget soit dépassé. Finalement, dans la troisième version, les variantes des deux premières versions sont implémentées. Le cinquième algorithme est basé sur l'algorithme glouton. À chaque itération, pour chaque mot-clé, on détermine s'il est préférable de maintenir sa position ou de la modifier d'une unité. Si changer de position est plus profitable, alors on détermine quelle position est la plus profitable et on effectue le changement. Ce changement peut être de plus d'une unité. Les dépassements de budget sont permis mais pénalisés. Cet algorithme s'est avéré être le plus rapide avec des résultats comparables à ceux obtenus avec les tabous. Dans le quatrième chapitre, on propose une étude comparative sur l'impact de différentes modifications, celles-ci étant apportées soit au modèle soit à un paramètre. La première étude consiste à modifier la fonction-objectif et de mesurer l'impact de ce changement sur les résultats. Nous avons comparé les valeurs de différentes mesures de performances lorsque l'objectif est d'optimiser une d'elles à la fois. L'analyse révèle que le profit et les coûts sont les plus sensibles au changement et que la maximisation des visites est l'objectif ayant l'impact le plus négatif sur les autres mesures de performance. Une seconde étude analyse l'impact de la variation du budget sur les résultats de la campagne. Dans cette étude, on constate que la maximisation du profit est peu sensible à la variation de budget et que, pour les autres objectifs, une variation de ±10% ou 20% ne se traduit pas nécessairement en une variation de performance de ±10% ou 20%. Finalement, la dernière modification analysée est la variation du coût-par-clic sur l'ensemble des mots-clés. Pour cette analyse, les coûts-par-clic de tous les mots-clés sont aléatoirement modifiés afin de voir si ces changements ont un impact significatif sur les valeurs des indices de performance et sur les positions des mots-clés. Dans le cas de la maximisation des profits, moins de 7% des mots-clés se sont retrouvé à des positions différentes au final et la différence était seulement d'une unité. Pour le reste des objectifs, les variations sont plus importantes.  ABSTRACT: When a user types a text in the search field of a search engine, during the loading of the page, an auction takes place to determine which text ads will appear along with the search results and in which order. The text typed by the user must be associated with at least one of the keywords chosen by an advertiser for that advertiser to be eligible to participate in that auction. In this thesis, we only consider the first ten positions which are all on the first page as all the others have very little impact on the ad performance. So, the highest an ad is placed on the result page, the better it is ranked, the more each click will cost and the more clicks it will receive. However, the cost-per-click billed to the advertiser never exceeds his bid (the maximal amount he is willing to pay per click). Moreover, the advertiser can set a periodical budget. A period might be a day, a week or a month. That budget is to be respected by the search engine. The advertiser must find the best bidding strategy that will help them maximize the performance of their ad campaigns while respecting their budget. Thus, in the third chapter, a new model to determine which position to aim for on search engines using partial users' navigation history available to advertisers is proposed. For a given advertiser, we represent as a graph the partial navigation history of users who interacted with any element of a campaign such as clicking on text ads or banners, visiting a page of the advertiser's website containing a web tracker, etc. We modeled the problem assuming that an increase of traffic at one vertex implies a decrease for all vertices sharing the same parent(s) and vice versa. Based on that, we reorganize the flow within the graph to maximize the expected profits from conversions tracked online. To solve the problem, we designed five algorithms. Four of them are based on the tabu search algorithm. In the most basic one, we change the position of one keyword by one unit then recalculate the flow using the functions mentioned earlier. The keyword which position is to be changed is chosen so that the change is the most profitable but respects the budget. Changing the position of that keyword then becomes tabu for a given number of iterations. The three other tabu algorithms are variations of the basic one. In the first variation, we allow the position of the chosen keyword to be changed by more than one unit. In the second, the change can lead to expenses greater than the budget. In the last one, both variations are combined. The fifth algorithm is a greedy one. During every iteration, for each keyword, we determine whether keeping it at the same position or changing its position by one unit is more profitable. If changing is chosen, we then determine the number of units that makes the change the most profitable. Exceeding the budget is allowed with a penalty. This algorithm turned out to be the fastest with results similar in value to those of the tabu algorithms. The profit of a campaign is only one of the possible measures of its efficiency. In our second article, we analyze how different changes impact the campaign management by comparing the results obtained with different objective-functions. The first change analyzed was the use of a different objective-function. We compared the values of the performance indicators obtained when optimizing each one of them. The analysis revealed that the profit and the costs are the most sensitive to change. Also, visits maximization has the most negative impact than other objective-functions on performance indicators other than visits. The second change we tested was the variation of budget. Profit maximization was not very sensitive to that. For the other objective-functions, it had more impact but ±10% or 20% did not necessarily translate to a variation of ±10% or 20% in value for any of them. The last change was the variation of the cost-per-click. We randomly changed the cost-perclick of every keyword and compared the values of the performance indicators before and after the change. For profit maximization, less than 7% of the keywords saw their best positions change by one unit and the positions of other keywords did not change at all. The impact was more significant for the other objective-functions.


identifier: Ibrahim, J. (2017). Couplage du séléniure de gallium bidimensionnel à des cavités plasmoniques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux bidimensionnels sont des matériaux convoités pour leurs propriétés inusitées et sont donc sujet d'une grande effervescence. Le séléniure de gallium (GaSe) est un matériau 2D qui attire beaucoup d'attention due à ses propriétés intéressantes d'optique non linéaire et de spintronique. Il est également un excellent candidat pour son utilisation dans des cavités plasmoniques, cavité qui permet d'amplifier l'émission d'un émetteur, grâce à son moment dipolaire de transition hors plan. En outre, l'intensité de la photoluminescence (PL) du GaSe mince est généralement très faible et son couplage aux cavités plasmoniques permettra de mesurer plus aisément sa luminescence. L'objectif principal de ce projet de recherche est de réaliser le couplage du GaSe mince aux cavités plasmoniques et ainsi démontrer l'amplification de la PL grâce à ces cavités plasmoniques. Dans un premier temps, la PL du cristal de GaSe et de flocons exfoliés à partir du cristal sont mesurées. Pour le cristal de GaSe, une dépendance surquadratique de l'intensité de la PL en fonction de la puissance d'excitation a été déterminée pour plusieurs longueurs d'onde d'excitation différentes. Également, une étude temporelle de la PL a déterminé deux temps de recombinaison, un temps de recombinaison dominant à de petits temps t, tc = 0, 25−1, 1ns, et un temps dominant à de longs temps t, tl = 1 − 5 ns. Des mesures en fonction de la température ont permis de déterminer une dépendance surquadratique de la PL en fonction de la puissance d'excitation pour toutes les températures entre 80 K - 296 K. Les mesures sur les flocons ont déterminé une dépendance surlinéaire de la PL en fonction de la puissance d'excitation ainsi que des temps de vie de recombinaison des porteurs de charges de tc = 40 − 230 ps et tl = 0,2 − 1 ns. Une modélisation de la structure de bandes du GaSe a été complétée pour expliquer la dépendance surquadratique à basse puissance d'excitation. Il a été déterminé qu'un pompage d'électrons au point M et un transfert de ces électrons au point T de la bande de conduction avant de recombiner radiativement sous forme de PL est nécessaire pour obtenir une dépendance surquadratique. La présence de niveaux de défauts est également nécessaire. Ensuite, la dépendance de la longueur d'onde de résonance du mode fondamental de la cavité plasmonique ainsi que le facteur d'amplification de luminescence en fonction des paramètres géométriques du système est déterminé à l'aide de simulations par éléments finis. Il est démontré que la longueur d'onde de résonance augmente en fonction de la taille du nanocube d'argent, diminue en fonction de la largeur d'interstice et augmente en fonction de l'indice de réfraction dans la cavité.  ABSTRACT: 2D materials have long been the focus of intense research activities due to very interesting properties arising from quantum confinement. Gallium selenide (GaSe) is one such material that has received interest, in part due to its very strong nonlinear optical properties and also for spintonic applications. It has an anisotropic band structure with an out of plane dipole transition which makes it an excellent candidate for use in plasmonic nanocavities. These cavities are used to enhance the photoluminescence (PL) emission of emitters embedded in them, and could be used to more effectively detect PL from ultrathin GaSe which has a very weak emission in part due to its out of plane transition. The main objective of this project was to couple ultrathin GaSe to plasmonic nanocavities. Firstly, we investigate the PL properties of a GaSe crystal and from mecanically exfoliated GaSe flakes. Measurements on a GaSe crystal show a superquadratic PL dependance with excitation power for small excitation powers. Measurements with a pulsed laser show a biexponential decay of PL intensity with values ranging from �tc = 0.25 − 1.1 ns for the short lifetime and t�l = 1 − 5 ns for the long lifetime. Temperature dependant measurements have shown a superquadratic dependance as function of excitation power for all temperatures ranging from 80 K - 296 K. PL measurements on GaSe flakes show a superlinear power dependance at the same excitation powers as well as lifetimes ranging from t�c = 40 − 230 ps and t�l = 0.2 − 1 ns. A modelisation of the recombination processes in GaSe has been completed to explain the superquadratic PL intensity as function of excitation power for the GaSe crystal. Pumping of electrons to the M point of the lowest conduction band and then transfer of these electrons to the T point is a key ingredient to obtain superquadratic dependance. The presence of defect levels and trapping of electrons and holes is also a key ingredient, and is shown to greatly affect the recombination processes. The amplification of luminescence of an emitter in a plasmonic nanocavity was investigated using the finite elements method. The wavelength of the fundamental plasmonic mode is shown to increase with nanocube length, decrease with gap thickness and increase with refractive index in the cavity. Also, the amplification factor at resonance is shown to increase with nanocube length, decrease with gap thickness and decrease with refractive index in the cavity. The redirection of the emission due to plasmonic cavity is also shown using simulations. Finally, the coupling of plasmonic nanocavities with GaSe was experimentally realised with dAg = 75±10 nm silver nanocubes, a eAu � 75 nm thick gold layer and exfoliated GaSe flakes. An enhancement factor of EF = 7.4 ± 0.2 was measured.


identifier: Boyer, L. (2017). Analyse biomécanique de techniques de dérotation vertébrale pour la correction 3D de la scoliose lors de la chirurgie d'instrumentation postérieure du rachis  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Dans le cas de déformations sévères, une chirurgie d'instrumentation est préconisée. Cette chirurgie consiste généralement à insérer des implants (vis pédiculaires) dans les vertèbres pour réaliser une succession de manoeuvres chirurgicales visant à corriger les déformations scoliotiques. Des tiges sont placées dans les vis pédiculaires durant les manoeuvres afin de maintenir la correction. À ce jour, plusieurs manoeuvres chirurgicales sont à la disposition des chirurgiens pour corriger la déformation scoliotique en 3D durant l'instrumentation. Les manoeuvres les plus récemment développées se sont concentrées sur l'amélioration des déformations scoliotiques dans le plan transverse (rotation axiale vertébrale). Notamment, les manoeuvres de Dérotation Vertébrale (VD) visent à corriger la rotation axiale des vertèbres en appliquant une force sur un outil de dérotation, extenseur de la vis pédiculaire rigidement fixée à la tête de vis. On distingue deux grandes catégories de dérotations faisant intervenir différents mécanismes de correction. La « dérotation Segmentaire » est une manipulation locale qui corrige la rotation intervertébrale séquentiellement à chaque niveau instrumenté (correction incrémentale), tandis que la « dérotation En Bloc » est une manipulation régionale des niveaux apicaux, où la rotation axiale est maximale, pour corriger la déformation dans le plan transverse en une unique manipulation. Des études cliniques et biomécaniques ont montré que les manoeuvres de dérotation amélioraient significativement la correction des déformations dans les plans transverse et coronal. La restauration du profil sagittal est également un des objectifs principaux visé par la chirurgie d'instrumentation, et des craintes quant à l'impact négatif des manoeuvres de dérotation sur la cyphose thoracique ont été formulées par les praticiens. Les différences entre les dérotations Segmentaire et En Bloc en termes de résultats de correction 3D restent peu investiguées dans la littérature. Les manoeuvres de dérotation offrent la possibilité d'appliquer des efforts importants sur les vertèbres pour parvenir à la correction du plan transverse, mais des efforts excessifs peuvent entraîner le descellement des implants ou le bris du pédicule. Des études expérimentales sur des vertèbres cadavériques ont montré que le choix de la stratégie de dérotation avait un impact sur la force menant à la rupture de l'interface os-implant.  ABSTRACT: Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is a tridimensional deformity of the spine and the rib cage. For severe deformities, a spinal instrumentation surgery is recommended. This surgery generally consists of scoliosis correction though implants (pedicle screws) insertion into vertebrae, to perform a sequence of surgical maneuvers and maintaining the correction through rods fixed into the implants. To date, surgeons are able to address the scoliotic 3D deformities through several correction maneuvers during the instrumentation. The most recently developed maneuvers are focusing on the improvement of the transverse plane deformity (vertebral axial rotation). Among these maneuvers, the Vertebral Derotation (VD) maneuvers aim to correct the vertebral axial rotation by applying forces directly on a derotation tool, rigidly fixed on pedicle screws. Derotation maneuvers can be classified in two main categories involving different correction mechanisms. The « Segmental derotation » is a local manipulation that sequentially addresses the intervertebral rotation at each instrumented vertebral level (incremental correction). The « En Bloc derotation » is a unique and global manipulation of the apical levels (at the maximal axial rotation), leading to the correction of the transverse plane deformity. Several clinical and biomechanical analyses have shown that the derotation maneuvers significantly improved the transverse and coronal plane deformities. Meanwhile, sagittal plane restoration is also one of the main goals of the surgery, but several investigators have suggested that the vertebral derotation may reduce the thoracic kyphosis. Differences between Segmental and En Bloc derotation in terms of 3D correction remain poorly investigated in the literature. Derotation maneuvers allow to apply powerful forces on the vertebrae to correct the transverse plane deformity. However excessive forces may lead to screw loosening or pedicle breach. Experimental studies on cadaveric vertebrae show that the derotation strategy can impact differently the force leading to the pedicle screw's failure. In order to obtain the optimal and safer scoliosis correction regarding to the derotation strategy, the surgeons' recommendations are based on their experiences and empirical principles. To date, none of these derotation strategies has been shown to have biomechanical superiority.


identifier: Beaulieu, L.-D. (2017). Déterminants de la concurrence dans l'industrie de la construction routière québécoise de 2009 à 2016  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La concurrence dans l'industrie de la construction est un sujet chaud depuis plusieurs années au Québec. Les infrastructures routières sont imposantes par leur taille et par le budget public qu'on doit collectivement allouer pour leur entretien et leur développement. Dans le contexte du dépôt en 2015 du rapport de la Commission d'enquête sur l'industrie de la construction (CEIC), le défi des infrastructures est abordé dans les dernières années par un grand nombre de chercheurs (Joanis, 2017). La concurrence faible à divers niveaux dans l'industrie québécoise est un enjeu majeur qui mérite d'être approfondi. La question qui guide le présent travail est la suivante : quels sont les déterminants de la concurrence dans l'industrie de la construction québécoise? Pour comprendre le phénomène, la variation du degré de concurrence définie par le nombre de soumissionnaires présents sur les appels d'offres publics (AOP) ainsi que la variation de compétitivité définie par la distance au gagnant de l'offre moyenne des perdants d'un AOP sont étudiées. Les données utilisées pour observer ces variations sont celles diffusées par le Secrétariat du Conseil du Trésor, c'est-à-dire les données du Système Électronique d'Appels d'Offre (SÉAO). L'analyse est réalisée sur un échantillon de 8 686 contrats octroyés par le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et des 5 villes québécoises les plus peuplées, échantillon composé de 40 000 soumissions couvrant la période de 2009 à 2016. En s'intéressant aux données, on remarque d'emblée que peu importe le type de travail, le donneur d'ordres ou l'année, le degré de concurrence est en-deçà de ce qu'on pourrait espérer pour s'assurer d'une saine compétition. De plus, on s'aperçoit que le perdant moyen soumet en général une offre qui peut être considérée comme non-compétitive. Ces deux indicateurs subissent des variations saisonnières. Toutes choses étant égales par ailleurs, on remarque que le trimestre d'adjudication influence significativement le degré de concurrence. En effet, c'est au premier trimestre qu'on retrouve le plus de soumissionnaires, soit près de deux de plus par contrat comparativement aux autres trimestres. De plus, comparativement aux travaux concernant les autoroutes, les travaux du MTQ liés aux ponts attirent un soumissionnaire de plus, tandis que ceux liés aux routes en attirent un de moins. Aussi, les travaux de plus petites tailles semblent attirer plus de soumissionnaires. En ce qui concerne la compétitivité, le deuxième trimestre est le moment de l'année où les offres sont les plus compétitives. Puis, on observe que la compétitivité du perdant moyen est influencée par le type et la taille de contrat. D'une part, les travaux liés aux routes engendrent une offre moyenne plus compétitive que ceux liés aux autoroutes et d'autre part, les travaux de plus grande taille semblent aussi générer une offre moyenne plus compétitive. Tant en ce qui a trait au nombre de soumissionnaires et à la compétitivité, les villes semblent faire meilleure figure que le MTQ. Comparativement au MTQ, les AOP des villes ont plus de participants et on y trouve une offre perdante moyenne plus compétitive. La qualité des données mises à notre disposition limite les inférences sur le sujet, tant au niveau du type de contrats que des compagnies qui participent aux AO. Ce travail permet de mettre en place de futures questions de recherches qui pourront aider à justifier le choix du mode de passation des marchés publics. Mots clés : degré de concurrence, compétitivité, construction routière  ABSTRACT: Competition in the road construction industry has been widely debated for many years in Québec. Road infrastructures are impressive due to their great size and the large portion of the public budget that is allocated for their maintenance and development.  Pursuant to the publication of the report by the Comission d'enquête sur l'industrie de la construction (CEIC), many researchers have taken a keen interest in the public infrastructure question (Joanis, 2017). The low level of competition in the road industry is a major issue that requires to be addressed. The central research question of this thesis is: What are the determinants of the competition in the road construction industry in the province of Quebec? In order to understand this phenomenon, this thesis looks at both the variations in the level of competition as defined by the number of bidders on public tenders, and the competitiveness variation as defined by the difference between the average losing offer and winning offer. The data that have been used to observe these variations come from the Système électronique d'appels d'offres (SÉAO), which is the official tendering website of the Government of Quebec. The sample data used for this analysis contains 8,686 contracts that were granted by the Quebec Ministry of Transport and by the five most populated cities in the province, which represents more than 40 000 tenders received between 2009 and 2016.  Data show that regardless of the type of work, the public administration in charge or the year, the competition level is in average lower than what is expected in order to ensure a healthy competition.  Moreover, it can be observed that the average loser bid is generally considered non-competitive in the literature. There is also an observable seasonal trend in the variations of these two indicators. All other things being equal, it can be noted that the tendering quarter has a significant influence on the number of bidders. Indeed, there are more bidders during the first quarter, with approximately two additional bidders per contract compared to the other quarters. Furthermore, in comparison with works carried out on highways, works on bridges tendered by the Quebec Ministry of Transport attract one more bidder, whereas roadworks attract one less bidder. Small size works seem to be more attractive for bidders than larger work.  With respect to the competitiveness, it is during the second quarter of the year that the offers are the most competitive. It can be observed that the competitiveness of the average losing bid is influenced by the type and size of the project. On one hand, the average offer is more competitive for roadworks than highway works. On the other hand, the average losing bid is more competitive for works of greater size. Both in terms of the number of bidders and competitiveness, cities seem to do better than the Quebec Ministry of Transport. In fact, cities demonstrate tenders with more participants and the average losing bid is more competitive. The quality of the data available limits the inferences that can be drawn on the variations of the number of bidders and competitiveness. As a way forward, this thesis aims to open the discussion on the methods for awarding public contracts.  Keywords: level of competition, competitiveness, roadworks