identifier: St-Aubin, P. (2020). Conception d'un système de gestion de l'inventaire pour un portefeuille de produits à profil de demande mixte  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une des activités centrales de la chaîne logistique est la gestion de l'inventaire puisqu'elle implique de larges sommes d'argent investies dans du matériel, ce qui a un impact important sur la profitabilité d'une entreprise. La gestion de l'inventaire vise en particulier à déterminer quand et en quelle quantité il faut commander du matériel. La démocratisation de l'accessibilité à des outils de prévision performants, automatisés et en amélioration continue modifie les problèmes importants que les chercheurs et développeurs de systèmes de gestion de l'inventaire doivent surmonter. De plus en plus, ces problèmes se focalisent autour de l'évaluation, du suivi des performances, de la sélection des modèles de prévision et de la prise de décision. Ces sujets sont abordés dans cette thèse qui propose une approche pour la conception et le développement d'un système de gestion de l'inventaire pour un portefeuille de produits à profil de demande mixte. Les profils de demande sont une caractéristique des séries temporelle et il s'avère que les traitements et méthodes de prévisions à utiliser varient selon le profil de demande des séries. Plusieurs défis et questions demeurent sans réponse en présence de séries à profil mixtes. Notre état de l'art a soulevé quelques-uns des principaux défis. Les métriques de précision sont souvent à la base des décisions de sélection de modèles de prévision pour la gestion de l'inventaire. Or, comment faire la sélection de modèles lorsque les métriques de performance n'atteignent pas un consensus ? Une méthode pour quantifier la précision et la fiabilité des métriques de performance des modèles de prévision est développée afin de répondre à cette question. Nos résultats ont permis de mesurer la sensibilité et la fiabilité de plusieurs métriques de performance populaires et donne quelques recommandations sur quelles métriques utiliser selon diérentes circonstances. Avec cette méthode, la sélection de modèles de prévision devient plus aisée. Cependant, il n'existe toujours pas de consensus sur le lien qui existe entre la précision des modèles de prévision et les performances associées en gestion d'inventaire. La littérature ne présente pas non plus de consensus sur l'impact de la sélection multiple et les études menées jusqu'à maintenant sont basées sur la précision des résultats plutôt que sur leur utilité en mesurant les performances en gestion d'inventaire. Des connaissances additionnelles sont requises et sont fournies par nos travaux de recherche. Nos résultats ont montré que la sélection multiple donne de meilleurs résultats que la sélection globale. Les résultats ont également montré que la sélection individuelle basée sur des métriques de précision permet d'obtenir des résultats en inventaire performants comparables à une sélection basée sur les coûts. Toutefois, le lien entre la précision et la sélection globale demeure à éclaircir. Finalement, la prise de décision de réapprovisionnement demeure un aspect clé dont l'optimisation peut avoir un impact significatif sur la profitabilité d'une entreprise. Or, l'impact des politiques de réapprovisionnement dynamique demeure peu étudié. On propose donc d'étudier ce facteur tout en proposant une méthodologie pour optimiser une politique dynamique basée sur le cadre conceptuel de l'apprentissage par imitation. Ce cadre conceptuel permet de tirer parti de l'apprentissage automatique, une méthode ayant connu un important succès dans divers domaines d'application, pour la résolution de problème de décision. Les résultats ont montré une amélioration importante des performances en gestion d'inventaire en utilisant une politique d'approvisionnement basée sur l'apprentissage par imitation versus une politique dynamique (st, Q) ou statique (s, Q) classique. Les résultats ont également montré que la méthode proposée permet de générer des politiques plus robustes aux changements de performance qu'un modèle de prévision de la demande. La thèse dans son ensemble fournit plusieurs recommandations et méthodologies pour faire la conception d'un système de gestion de l'inventaire. Une méthodologie pour mener un tel système vers l'autonomie est également présentée. Les résultats cumulés des trois contributions ont ainsi permis d'accumuler de nouvelles connaissances sur le domaine et de proposer de nouvelles méthodes pour la résolution de problèmes d'inventaire. L'accumulation des résultats sur la relation complexe entre les performances en inventaire et la précision des prévisions de la demande a mené à l'explication de la nature de la complexité observée. Ces résultats pourront ainsi conduire au développement de nouvelles métriques de performance basées sur l'erreur et fortement corrélées avec les performances d'inventaire. Ceci permettra de faire la sélection et l'optimisation des paramètres de modèles de prévision de la demande pour la gestion d'inventaire sans avoir recours à la simulation. Les méthodologies proposées ont été validées à l'aide de données réelles provenant de notre partenaire industriel. Les conclusions, outils et méthodes développées dans cette recherche sont en cours d'implantation chez le partenaire industriel à des fins d'utilisation en production.  ABSTRACT: One of the central activities of the logistics chain is inventory management since it involves large sums of money invested in stock, which has a significant impact on a company's profitability. Inventory management is concerned with determining when and in what quantity to order material. The democratization of the accessibility to high-performance automated and continuously improving forecasting tools is changing the important problems that researchers and developers of inventory management systems must overcome. Increasingly, these issues focus around evaluation, performance monitoring, selection of forecasting models, and decision-making. These topics are addressed in this thesis which proposes an approach for the design and development of an inventory management system for a portfolio of products with a mixed demand profile. Demand profiles are a characteristic of time series and it turns out that the treatments and forecasting methods to be used vary depending on the demand profile of the series. Several challenges and questions remain unanswered in the presence of series with mixed profiles. Our state of the art has raised some of the main challenges. Precision metrics are often the basis for decisions on the selection of forecasting models for inventory management. However, how do you select models when performance metrics do not reach consensus? A method to quantify the precision and reliability of performance metrics of forecasting models is developed to answer this question. Our results have measured the sensitivity and reliability of several popular performance metrics and make some recommendations on which metrics to use under dierent circumstances. With this method, the selection of forecast models becomes easier. However, there is still no consensus on the relation between the accuracy of forecasting models and the associated performance in inventory management. There is also no consensus in the literature on the impact of multiple selection and the studies conducted to date are based on the accuracy of the results rather than their usefulness in measuring inventory management performance. Additional knowledge is required and is provided by our research. Our results showed that multiple selection gives better results than overall selection. The results also showed that individual selection based on precision metrics achieves ecient inventory results comparable to selection based on cost. However, the relation between precision and overall selection remains to be clarified. Finally, the decision-making of replenishment remains a key aspect whose optimization can have a significant impact on the profitability of a company. However, the impact of dynamic replenishment policies remains little studied. We therefore propose to study this factor while proposing a methodology to optimize a dynamic policy based on the conceptual framework Of learning by imitation. This conceptual framework makes it possible to take advantage of machine learning, a method that has been very successful in various application areas, for decision problems. The results showed a significant improvement in inventory management performance using an inventory policy based on imitation learning versus a dynamic (st, Q) or static (s, Q) policy. The results also showed that the proposed method makes it possible to generate policies that are more robust to changes in performance of a demand forecasting model. The thesis provides several recommendations and methodologies for making the design of an inventory management system. A methodology for leading such a system towards autonomy is also presented. The cumulative results of the three contributions have thus made it possible to accumulate new knowledge in the field and to propose new methods for solving inventory problems. The accumulation of results on the complex relationship between inventory performance and the accuracy of demand forecasts has led to the explanation of the nature of the observed complexity. These results may thus lead to the development of new performance metrics based on error and strongly correlated with inventory performance. This will allow selection and optimization of demand forecasting model parameters for inventory management without resorting to simulations. The proposed methodologies have been validated using real data from our industrial partner. The conclusions, tools and methods developed in this research are being implemented by the industrial partner for use in production.


identifier: Dubois, C. (2020). Partage de tâches adaptatif dans une équipe humain-machine basé sur des modèles quantitatifs de performance et de confiance  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Lorsqu'une équipe humain-machine est formée dans le but d'accomplir des tâches de prise de décision, certains facteurs humains peuvent avoir un impact important sur les performances de l'équipe. C'est le cas en particulier de la charge de travail et de la confiance que place un opérateur dans les capacités de la machine. Il peut alors être nécessaire de prendre en compte ces facteurs dans le design de la stratégie de collaboration. Cependant, la confiance et la charge de travail varient dans le temps en fonction des interactions entre l'humain et la machine. Une façon de prendre en compte ces éléments est d'opter pour une stratégie de collaboration adaptative, c'est-à-dire qui varie en fonction de l'état cognitif de l'opérateur. Dans ce mémoire on propose une stratégie de collaboration adaptative sous la forme de suggestions automatiques et dynamiques de partage de tâche. Régulièrement, une proposition de partage de tâche est suggérée à l'opérateur en prenant en compte sa charge de travail ainsi que sa confiance. Cette stratégie est issue de la résolution d'un Processus Décisionnel Markovien Partiellement Observable (POMDP). Pour cela des modèles quantitatifs des performances humaines et de la dynamique de la confiance ont été sélectionnés. Des simulations permettent de montrer le potentiel de la méthode en comparant les performances de la stratégie adaptative proposée à celles d'une stratégie statique plus simple. Les résultats à long terme de l'équipe humain-machine sont en moyenne meilleurs de 24% lorsque la stratégie adaptative est appliquée plutôt que la stratégie statique. L'utilisation de modèles quantitatifs dont certains paramètres doivent être identifiés pose la question de la robustesse de la stratégie aux erreurs de calibration. On montre, toujours en simulation, que malgré certaines erreurs de modèles, la stratégie proposée conserve son avantage.  ABSTRACT: In mixed-initiative systems where human and automation collaborate in order to complete a decision-making task, some human factors can have an impact on the team performance.For instance, the cognitive workload and the trust placed by the operator on the automation capabilities can be determining factors. Hence it could be relevant to take into account these cognitive variables in the design of the collaboration strategy. However, both workload and trust fluctuate with the history of past interactions. One way to include these dynamic variables is to opt for an adaptive collaboration strategy. In this work, we propose an adaptive task allocation suggestion which dynamically allocate task according to the operator'strust level. This adaptive strategy is computed by solving a Partially Observable Markovian Decision Process (POMDP). The POMDP is defined using quantitative models of human performance and trust dynamic. We study this method's potential by comparing, in simulation, the performance results collected when the adaptive strategy is applied and those when a static strategy is applied. The long term mean team reward is 24% higher with the adaptive strategy than with the static strategy. Moreover we study the impact of model calibration errors on the strategy performance. The proposed method seems to bring benefits even in the presence of errors in the models.


identifier: Nallappan, K. (2020). High Bit Rate Wireless and Fiber-Based Terahertz Communication  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le spectre électromagnétique, la bande des térahertz s'étend de 100 GHz à 10 THz (longueurs d'onde de 3 mm à 30 μm). Des décennies auparavant, le spectre des THz était connu sous le nom de « gap térahertz » en raison de l'indisponibilité de sources et détecteurs efficaces à ces fréquences. Depuis quelques années, la science a évolué pour faire migrer la technologie THz des laboratoires aux produits commerciaux. Il existe plusieurs applications des ondes THz en imagerie, spectroscopie et communications. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux communications THz à travers deux objectifs. Le premier objectif est de développer une source THz de haute performance dédiée aux communications et basée sur les technologies optiques avec des produits commerciaux uniquement. Le second objectif est de démontrer l'utilisation de fibres optiques afin de renforcer la robustesse des communications THz sans fil. Nous débutons cette thèse avec une revue de la littérature scientifique sur le sujet de la communications THz sans fil et filaire. D'abord, nous discutons des deux méthodes communément utilisées (électronique et optique) pour démontrer des liens de communications THz avec leurs avantages et inconvénients. Nous présentons par la suite la possibilité d'utiliser un système de spectroscopie THz pour des applications en communications avec des modifications mineures au montage. Nous présentons ensuite plusieurs applications gourmandes en bande passante qui pourraient bénéficier du spectre THz, incluant la diffusion en continu (streaming) de flux vidéo aux résolutions HD et 4K non compressés. Ensuite, nous discutons de la motivation d'utiliser de longues fibres THz et notamment du fait qu'elles ne sont pas destinées à remplacer les fibres optiques conventionnelles de l'infrarouge, mais plutôt à augmenter la robustesse des liens THz sans fil. En particulier, les fibres THz peuvent être utilisées pour garantir le lien de communication dans des environnements géométriques complexes ou difficile à atteindre, ainsi que pour immuniser le lien THz aux attaques de sécurité. Plusieurs designs de fibres et guides d'onde précédemment démontrées dans la littérature sont discutés avec, entre autres, leurs méthodes de fabrication respectives. Nous discutons ensuite de la possibilité d'utiliser un simple guide d'onde diélectrique et sous-longueur d'onde pour transmettre l'information à un débit de l'ordre de plusieurs Gbps sur une distance de quelques mètres.  ABSTRACT: The Terahertz (THz) spectral range spans from 100 GHz to 10 THz (wavelength: 3 mm to 30 μm) in the electromagnetic spectrum. Decades ago, the THz spectral range is often named as ‘THz gap' due to the non-availability of efficient THz sources and detectors. In the recent years, the science has evolved in bringing the THz technology from lab scale to commercial products. There are several potential applications of THz frequency band such as imaging, spectroscopy and communication. In this thesis, we focus on THz communications by addressing two objectives. The first objective is to develop a high-performance photonics-based THz communication system using all commercially available components. The second objective is to demonstrate the THz-fiber based communications, which can be used to increase the reliability of THz wireless links. We begin this thesis with a scientific literature review on the subject of THz wireless and fiber-based communications. First, the two different methodologies (all electronics based and photonics-based THz system) that is commonly used in the demonstration of THz communications is discussed along with their advantages and challenges. We then present the flexibility of photonics-based THz system where it is possible to switch it with minor modifications for THz spectroscopic studies and THz communication applications. Several bandwidth hungry applications that demands the use of THz spectrum for next generation communications is detailed. This includes the streaming of uncompressed HD/4K and beyond high-resolution videos, where the THz spectrum can be beneficial. Next, the motivation of using long THz fibers is discussed and we convince the readers that the THz fibers are not meant to replace the fibers in the optical-infrared region but to increase the reliability of THz wireless links. Particularly, the THz fibers can be used to provide connectivity in complex geometrical environments, secure communications and signal delivery to hard-to-reach areas. Several novel fiber/waveguide designs along with their fabrication technologies from the literature are presented. We then show that a simple solid core dielectric subwavelength fiber can be used to transmit the information in the order of several Gbps to a distance of a few meters.


identifier: Li, Y. (2020). Stretchable and Self-Healing Conducting Polymers for Organic Bioelectronics  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'essor rapide de la bioélectronique organique, notamment dans la fabrication de dispositifs thérapeutiques, requiert le développement de nouveaux matériaux pour ce domaine. Les caractéristiques principalement recherchées pour ces nouveaux matériaux comprennent l'étirabilité, la propriété d'autoréparation, la capacité d'adhésion à la peau et la résistance aux contraintes mécaniques et interférences externes. Les polymères conducteurs sont des candidats idéaux pour la bioélectronique organique de par leur conductivité électronique et ionique et leur capacité d'auto-réparation. De plus, ces matériaux sont flexibles et simples à mettre en oeuvre. Cependant, plusieurs aspects de ces matériaux ne sont pas encore élucidés. On compte parmi ceux-ci la compétition entre l'étirabilité et la performance des dispositifs électroniques, ainsi que la nécessité de comprendre plus en profondeur les mécanismes d'autoréparation de ces polymères conducteurs.  ABSTRACT: Rapid development of next-generation electronic materials is leading to the latest innovations in healthcare and therapeutic devices in the field of organic bioelectronics. Stretchability and healing ability are objectives for future organic bioelectronics, with the aim of conforming to human skin and becoming immune to mechanical stress or changes in environmental conditions, such as temperature or humidity. Conducting polymers are ideal candidates for organic bioelectronics due to their mixed electronic and ionic conductivity, inherent flexibility, easy processability, and healing ability. However, issues, such as the trade-off between stretchability and device performance, and an incomplete understanding of the healing performance of conducting polymers, necessitate further investigations to improve organic bioelectronics.


identifier: Driouky, Z. (2020). Étude de l'impact de la ségrégation hydraulique des résidus miniers sur la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des rejets de concentrateur ou résidus miniers constitue l'un des défis majeurs de l'industrie minière. Les millions de tonnes de rejets de concentrateur sont produits par la mine et déposés dans des parcs à résidus. Ces rejets de concentrateur peuvent contenir des sulfures métalliques qui deviennent sujets à l'oxydation en contact avec l'air et l'eau. Lorsque la quantité des minéraux neutralisant présents dans les résidus miniers est insuffisante, du drainage minier acide (DMA) peut être produit. Dans ce cas, des mesures préventives de la génération du DMA doivent être mis en place pour constituer une barrière à l'eau et/ou l'oxygène. L'efficacité d'une méthode de prévention du DMA dans les régions à climat humide comme le Québec se base sur sa capacité d'empêcher la migration de l'oxygène à travers le recouvrement afin qu'il n'atteigne pas les rejets de concentrateur sous-jacents. La technique de nappe phréatique surélevée (NPS) combinée à une couverture monocouche est une des méthodes de prévention utilisées à cette fin. Le dépôt des résidus miniers selon la méthode conventionnelle sous forme de pulpe est souvent accompagné par une ségrégation hydraulique. Ces résidus, après leur dépôt, se caractérisent par des propriétés physiques, hydrogéotechniques, chimiques et minéralogiques hétérogènes entre le point de dépôt et l'étang d'eau. Or, ces caractéristiques contrôlent les flux d'eau et d'oxygène entrant la surface des résidus. Dans le cadre de la réhabilitation des sites miniers où la ségrégation a eu lieu, la conception des mesures de contrôle du DMA devrait tenir compte de l'effet de cette ségrégation sur les flux d'oxygène atteignant la surface des résidus miniers potentiellement générateur d'acide (PGA). L'objectif de cette étude est d‘étudier l'effet de la ségrégation hydraulique sur l'efficacité de la technique de la nappe phréatique surélevée. Pour cela, l'étude a évalué la distribution spatiale de la réactivité des résidus miniers et ensuite les flux d'eau et d'oxygène entrant à la surface des résidus dans différentes positions le long de la direction de dépôt, de la zone de la plage jusqu'à la zone de décantation. Le parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood constitue le site principal de cette étude. La technique de NPS avec couverture monocouche construite avec des résidus non PGA est une des options de restauration envisagée pour ce site. Sachant que la ségrégation hydraulique peut survenir aussi pour les résidus d'une couverture monocouche utilisée en combinaison avec la technique de la nappe phréatique surélevée, les travaux ont été réalisés au niveau de la couverture monocouche constituée des résidus Goldex non potentiellement générateur d'acide du parc 3 du site Manitou/Goldex. Des essais de consommation d'oxygène (CO) in-situ, des mesures de teneurs en eau volumiques et des succions sur le terrain et des observations in-situ, ont été réalisés dans quatre et six stations, respectivement, dans le parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood et le parc 3 du site Manitou/Goldex, le long de la ligne de dépôt des résidus miniers. En outre, des échantillons ont été prélevés de chaque station (jusqu'à 1,25 m de profondeur) pour caractériser les résidus et effectuer des essais de CO en laboratoire. À l'issue des observations des échantillons et des caractérisations physiques et minéralogiques, une hétérogénéité latérale et verticale des matériaux a été observées dans toute les stations des deux parcs. Les essais CO en laboratoire et in-situ de longue durée (14 jours) ont été interprétés numériquement à l'aide du code POLLUTEv7 et du couplage des codes SEEP/W-CTRAN/W pour déterminer le coefficient taux de réaction des résidus miniers dans chaque station le long de la direction de dépôt. Les résultats des essais CO in-situ dans le parc 3 du site Manitou/Goldex ont montré que la concentration d'oxygène durant la période d'essai était presque invariable dans toutes les stations de mesure. Ce résultat est principalement attribué à la non-réactivité de ces résidus (taux de réaction Kr est nulle). Les résultats de l'interprétation des essais CO in-situ et en laboratoire, réalisés dans le parc 3 est du site Doyon/Westwood, ont permis d'obtenir des valeurs du taux de réaction Kr relativement similaires. Ces résultats ont aussi montré que le taux de réaction Kr varie d'une station à l'autre. En effet, Kr décroit en fonction de la distance à partir du point de dépôt. En se basant sur les résultats des essais de CO in situ, un modèle numérique validé et calibré a été construit par couplage des codes SEEP/W-CTRAN/W pour évaluer respectivement les flux d'eau et d'oxygène entrant à la surface des rejets de concentrateur le long de la direction de leur écoulement, lorsque les résidus miniers du parc 3 Est du site Doyon/Westwood sont exposés à l'atmosphère. Dans ce modèle, la variation verticale de la nature des matériaux observée sur 1,25 m a été prise en considération. Par la suite, un modèle simplifié (en considérant seulement les résidus non oxydés réactifs sur toute l'épaisseur) du parc 3 Est du site Doyon/Westwood a été construit où trois types de résidus miniers potentiellement générateurs d'acide (PGA) qui représentent la zone de la plage, intermédiaire et de décantation ont été définis sur toute l'épaisseur du modèle. Des modélisations numériques ont alors été réalisées avec ce modèle simplifié dans le cas où les résidus (PGA) sont sans recouvrement et avec un recouvrement monocouche. Dans ce dernier cas, il s'agit de modéliser la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à une couverture monocouche. Pour une couverture monocouche d'une épaisseur de 0,5 m, des profondeurs initiales de la nappe phréatique de 0, 0,5, 1 à 2 m au-dessous l'interface résidus-couverture dans chaque simulation numérique. Deux types de recouvrement en monocouche ont été testés: les résidus non générateurs d'acide ségrégués de Goldex et les résidus désulfurés de Westwood non générateurs d'acide considérés ici homogènes. L'effet de l'épaisseur de la couverture monocouche a aussi été analysée en testant quatre épaisseurs : 0,5, 1, 2 et 3 m. Toutes ces modélisations ont porté sur une période de 214 jours (du 1 avril au 30 Octobre 2019). Les résultats des simulations numériques sont présentés en termes d'évolution temporelle du degré de saturation (obtenus avec SEEP/W) et du flux d'oxygène (obtenus avec CTRAN/W) à la surface des résidus PGA (ou à l'interface résidus-couverture) dans les trois zones du parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood. La variation du flux annuel (sur 214 jours) cumulé d'oxygène à travers le parc à résidus est aussi présentée. Dans les conditions testées, ces résultats ont montré que les flux d'eau et d'oxygène dépendent fortement des propriétés physico-chimiques des résidus, de la position de la nappe et des propriétés hydriques des résidus. Les résultats ont ainsi indiqué une large différence des flux entre les trois zones du parc à résidus (avec ou sans couverture monocouche). L'écart du flux d'oxygène entre les trois zones augmente également avec la profondeur de la nappe phréatique. Dans le cas où la nappe phréatique est profonde, la zone de la plage constitue la zone la plus risquée qui laisse passer le flux annuel d'oxygène le plus élevé à la surface des résidus miniers étudiés. Néanmoins, lorsque la nappe phréatique est proche de la surface, la zone de décantation montre le flux d'oxygène le plus élevé surtout sous les conditions de sécheresse prolongée pour le cas d'une couverture monocouche constituée de résidus désulfurés de Westwood en raison de sa forte sensibilité aux effets de l'évaporation. Lorsque la monocouche est constituée des résidus ségrégués de Goldex, ces derniers ont une forte capacité d'empêcher l'évaporation et à maintenir un degré de saturation élevée même sous les conditions de sécheresse prolongée pour une nappe phréatique proche de la surface des résidus. Par conséquent, la configuration la plus efficace pour limiter les flux d'oxygène dans les résidus du site Doyon/Westwood est de maintenir le niveau de la nappe phréatique proche de l'interface résidus-couverture avec la mise en place de couverture monocouche constituée des résidus de Goldex d'une épaisseur de 0,5 m. Cette étude a permis de montrer l'influence de plusieurs facteurs induits par la ségrégation hydraulique et le type de matériau déposé (le cas échéant, par ex. les boues) sur la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à une monocouche. En se basant sur les résultats obtenus, une procédure de conception de cette technique pour les parcs avec des résidus ségrégués a été proposée. De manière générale, pour éviter la complexité de la conception des méthodes de restauration avec recouvrements d'un parc à résidus existant, on recommande la mise en place de résidus miniers non ségrégant pour constituer la couverture en monocouche. Pour une nouvelle mine, le dépôt de résidus densifiés non ségrégant de manière à assurer une homogénéité horizontale des propriétés contribuerait à faciliter l'application des méthodes de restauration.  ABSTRACT: One of the major challenges of the mining industry is the management of the tailings. Millions of tonnes of mine tailings are produced and deposited in tailings storage facilities (TSF). These tailings may contain sulfide minerals which can be oxidized in contact with air and water. When the quantity of neutralizing minerals present in tailings is insufficient, acid mine drainage (AMD) can be produced. In this case, preventive measures for the generation of AMD should be put in place, including barriers to water and / or oxygen. The effectiveness of a method of preventing AMD in regions with a humid climate such as Quebec is based on its ability to prevent the migration of oxygen through the cover so that it does not reach the underlying potentially acid-generating (PAG) tailings. The technique of elevated water table (EWT) combined with a monolayer cover is one of the prevention methods used for this purpose. The deposition of tailings by the conventional method as form of pulp is often accompanied by hydraulic segregation. After their deposition, these tailings are characterized by heterogeneous physical, hydrogeotechnical, chemical and mineralogical properties between the point of deposition and the water pond. These characteristics control the flow of water and oxygen entering the PAG tailings surface. In the context of the rehabilitation of mining sites where segregation has taken place, the design of measures for the control of AMD generation should take into account the effect of this segregation on the oxygen flux reaching the surface of the PAG tailings. The objective of this work was to study the effect of hydraulic segregation on the effectiveness of the EWT technique. For this reason, the spatial distribution of the reactivity of mining tailings and then the water and oxygen fluxes entering the PAG tailings surface in different positions along the direction of deposition, from the beach area to the settling area, were evaluated. The TSF 3 East at the Doyon/Westwood site is the main site of this study. One of the rehabilitation options considered for this site is the EWT technique combined with a monolayer cover made of non PAG tailings. Knowing that hydraulic segregation can also occur for the tailings of a monolayer cover used in combination with the EWT technique, field and laboratory work was also carried out on the monolayer cover made of the non-PAG Goldex tailings from the TSF 3 of the Manitou/Goldex site. In-situ oxygen consumption (OC) tests, measurements of volumetric water content and suction and observations were carried out in the field along the tailings deposit line at four and six stations in TSF 3 East of the Doyon/Westwood site and TSF 3 of the Manitou / Goldex site, respectively. In addition, samples were taken from each station (up to a depth of 1.25 m) to characterize the tailings and conduct the OC tests in the laboratory. Following samples observations and physical and mineralogical characterizations, a lateral and vertical heterogeneity of the materials was observed in all stations of the two tailings facilities.  The laboratory and the long-term in-situ OC tests (14 days) were interpreted numerically using the POLLUTEv7 code and the coupling of the SEEP/W-CTRAN/W codes to determine the reaction rate coefficient of the tailings in each station along the deposition line. The results of in-situ OC tests at TSF 3 of the Manitou/Goldex site showed that the oxygen concentration during the test period was almost invariable in all the measuring stations. This result is mainly attributed to the non-reactivity of these tailings (effective reaction rate coefficient Kr is nil). The results of the interpretation of the in-situ and laboratory OC tests, carried out in TSF 3 East of the Doyon/Westwood site, yielded relatively similar Kr reaction rate values. These results also showed that the Kr values varied from one station to another. Indeed, Kr decreases as a function of the distance from the point of deposition.  Based on the results of the in situ OC tests, a validated and calibrated numerical model was constructed with the coupled the SEEP/W-CTRAN/W codes to respectively evaluate the water and oxygen fluxes entering the surface of the PAG tailings along the deposition direction when the tailings from the TSF 3 East of the Doyon/Westwood site are exposed to the atmosphere. In this model, the vertical variation in the nature of the materials observed over 1,25 m was taken into account. Subsequently, a simplified model (considering only the reactive non-oxidized tailings over the entire thickness) of the TSF 3 Est of the Doyon/Westwood site was built where three types of PAG tailings representing the beach, intermediate and settling area were defined in the model. Numerical models were then carried out with this simplified model in the case where the PAG tailings are without and with a monolayer cover. In the latter case, the numerical modelling presents various design scenarios of the EWT technique combined with a monolayer cover. For a 0,5 m- thick monolayer cover, initial water table depths of 0, 0,5, 1 to 2 m below the tailings-cover interface were considered in each numerical simulation. Two types of monolayer covers were tested: the segregated non-PAG tailings from Goldex and the non-PAG desulfurized tailings of Westwood considered here homogeneous. The effect of the thickness of the monolayer cover was also analyzed and discussed by testing four thicknesses: 0,5, 1, 2 and 3 m. All these models covered a period of 214 days (from April 1 to October 30, 2019). The results of the numerical simulations are presented in terms of temporal evolution of the degree of saturation (obtained with SEEP/W) close to the surface of the PAG tailings and of the oxygen flux (obtained with CTRAN/W) at the tailings-cover interface in the three zones of the TSF 3 East of the Doyon/Westwood site. The variation of the cumulative annual (over 214 days) oxygen flux through the tailings pond was also presented and discussed.  Under the tested conditions, the results showed that the water and oxygen fluxes depend strongly on the physicochemical properties of the tailings, the position of the water table and the water retention properties of the tailings. Thus, the results indicated a large difference in the oxygen flux between the three areas of the TSF 3 East of the Doyon/Westwood site (with or without cover). The differences in oxygen fluxes between the three zones also increased with the depth of the water table. In the case where the water table is deep, the beach area is the most risky area that allows the highest annual oxygen flux entering to the surface of the PAG tailings. However, when the water table is close to the surface, the settling area showed the highest oxygen flux, especially under prolonged drought conditions for the case of a monolayer cover consisting of Westwood desulfurized tailings, due to its high sensitivity to the effects of evaporation. When the monolayer is made of the segregated Goldex tailings, a strong ability to prevent evaporation and maintain a high degree of saturation was observed, even under prolonged drought conditions for a water table close to the tailings surface. Consequently, the most effective design option to limit oxygen fluxes in the tailings of the Doyon/Westwood site is to maintain the level of the water table close to the tailings-cover interface with the installation of a monolayer cover consisting of 0,5 m-thick Goldex tailings.


identifier: Boulvert, J. (2020). Traitements acoustiques à porosité contrôlée pour atténuation optimale  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse exploite certaines possibilités offertes par la fabrication additive pour concevoir et optimiser des traitements pour l'atténuation acoustique à base de matériaux poreux sous un nouvel angle. La fabrication additive permet de contrôler chaque pore d'un matériau individuellement. Le processus de conception de traitement poreux est chamboulé : pour répondre à un problème, au lieu de chercher parmi un catalogue de matériaux existants, il est possible de concevoir directement le matériau adéquat en ajustant sa microstructure. Cette recherche s'inscrit dans une démarche de réduction du bruit des réacteurs d'avion mais s'étend au-delà du domaine aéronautique, aussi bien au niveau théorique qu'à celui de ses possibles applications. Une méthode de prédiction de comportement acoustique de matériaux poreux produits par fabrication additive prenant en compte l'impact des défauts de fabrication est d'abord introduite. Les matériaux poreux à gradient de propriétés contrôlé sont ensuite étudiés. Une méthode d'optimisation des paramètres microstructuraux ou de fabrication est développée. La capacité des matériaux poreux à gradient de propriété à atténuer des fréquences hors de portée des matériaux sans gradient est ainsi prouvée et le gradient optimal pour l'atténuation large bande est défini. L'impact de la taille des parois des pores ainsi que l'impact de possibilité du son de se propager transversalement dans un matériau poreux est étudié. Enfin, un traitement métaporeux permettant l'absorption large bande et sub-longueur d'onde est développé. Les résultats de cette recherche peuvent être mis en application pour créer des traitements poreux à forte capacité d'atténuation du bruit. Cette recherche fait appel à des modèles analytiques et numériques basés sur l'hypothèse selon laquelle le matériau poreux peut être considéré acoustiquement comme un fluide équivalent, à l'analyse physique des comportements et à des validations expérimentales au travers de tests en tube d'impédance de spécimens produits par fabrication additive.  ABSTRACT: This thesis exploits some of the new possibilities offered by additive manufacturing to design and optimize treatments for sound attenuation consisting in porous materials. Additive manufacturing allows to control individually each pore of a material. The porous treatment design process is turned upside down: instead of searching through a catalogue of existing materials to solve a problem, it is possible to directly design the right material by adjusting its microstructure. This research is part of a plan to reduce aircraft engine noise but extends beyond the aeronautical field, both theoretically and in terms of possible applications. A predicting method of the acoustic behaviour of porous materials produced by additive manufacturing and taking into account the impact of manufacturing defects is first introduced. Porous materials with controlled graded properties are then studied. A method for optimizing microstructural or manufacturing parameters is developed. The ability of graded porous materials to attenuate frequencies too low to be attenuated by non-graded materials is then proven and the optimal gradient for broadband attenuation is defined. The impact of the wall thickness of the pores along with the impact of transverse propagation inside porous materials is studied. Finally, a metaporous treatment allowing broadband and subwavelength absorption is developed. The results of this research can be applied to create porous treatments with a high noise attenuation. The analytical and numerical models used in this research are based on the hypothesis of porous materials acoustically behaving as equivalent fluids. The results are physically analyzed and experimentally validated through impedance tube testing of specimens produced by additive manufacturing.


identifier: Gisondi, V. (2021). Développement d'un outil de calcul (CEEB) pour l'étude préliminaire de la charge thermique selon la configuration architecturale des bâtiments incluant les ponts thermiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le contexte des changements climatiques engendre une adaptation du cadre bâti de notre société. Afin de limiter les conséquences d'un réchauffement planétaire de 1,5°C par rapport à l'ère préindustrielle, le Canada, mais également le Québec, et surtout Montréal, sont des zones critiques à plusieurs niveaux. Au Canada, comme au Québec, le secteur des bâtiments est le troisième plus grand responsable des émissions totales de GES fédérales et provinciales. Le chauffage des locaux est, de loin, la part la plus importante de consommation énergétique des bâtiments commerciaux et institutionnels. Ces bâtiments sont encore majoritairement chauffés par les combustibles fossiles. Leur demande en chauffage est critique lors de la période hivernale. Le secteur des bâtiments publics et institutionnels présente des retards sérieux en termes de modernisation énergétique, mais ces défis dévoilent de nombreuses opportunités. En effet, la gestion de l'énergie du secteur commercial et institutionnel a le potentiel d'afficher le plus fort taux de progression. Ainsi, la réhabilitation thermique dans les bâtiments, notamment institutionnels, en climat froid tel qu'au Québec, est un enjeu de grande importance pour lutter contre les The context of climate change leads to an adaptation of the buildings of our society. In order to limit the consequences of a global warming of 1.5 ° C compared to the pre-industrial era, Canada, but also Quebec, and especially Montreal, are critical areas. In Canada, as in Quebec, the buildings sector is the third largest responsible for total federal and provincial GHG emissions. Space heating is by far the largest cause of energy consumption in commercial and institutional buildings. These buildings are still mostly heated by fossil fuels. Their heating demand is critical during the winter period. The public and institutional buildings sector presents serious shortcomings in terms of energy modernization, but these challenges reveal many opportunities. In fact, energy management in the commercial and institutional sector has the potential to show the highest rate of progress. Thus, thermal rehabilitation in buildings, especially institutional buildings, in cold climates such as Quebec, is a major issue in the fight against climate change. This project aims to develop and apply a numerical tool, called CEEB (Calculations for the Energy Efficiency of Buildings), to evaluate in a simple, practical, modular and verifiable way the thermal behaviour of a building at the early stages of the design process. This tool enables civil engineering practitioners to propose sustainable and viable strategies to improve the energy efficiency of new or existing structures, particularly institutional buildings.changements climatiques.  ABSTRACT: The context of climate change leads to an adaptation of the buildings of our society. In order to limit the consequences of a global warming of 1.5 ° C compared to the pre-industrial era, Canada, but also Quebec, and especially Montreal, are critical areas. In Canada, as in Quebec, the buildings sector is the third largest responsible for total federal and provincial GHG emissions. Space heating is by far the largest cause of energy consumption in commercial and institutional buildings. These buildings are still mostly heated by fossil fuels. Their heating demand is critical during the winter period. The public and institutional buildings sector presents serious shortcomings in terms of energy modernization, but these challenges reveal many opportunities. In fact, energy management in the commercial and institutional sector has the potential to show the highest rate of progress. Thus, thermal rehabilitation in buildings, especially institutional buildings, in cold climates such as Quebec, is a major issue in the fight against climate change. This project aims to develop and apply a numerical tool, called CEEB (Calculations for the Energy Efficiency of Buildings), to evaluate in a simple, practical, modular and verifiable way the thermal behaviour of a building at the early stages of the design process. This tool enables civil engineering practitioners to propose sustainable and viable strategies to improve the energy efficiency of new or existing structures, particularly institutional buildings.


identifier: Hage, G. (2020). The Adoption of Emerging Technologies in Canada and their Impact on Innovation Performance  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Bien que de nombreuses études aient exploré le rôle de l'adoption de la technologie sur l'innovation et le rendement des entreprises, toutes se sont concentrées sur quelques technologies et sur une catégorie en particulier. Les avantages de leur adoption ont été démontrés par de nombreux chercheurs et comprennent notamment l'augmentation de la productivité, une meilleure qualité des produits, la réduction des coûts, une meilleure adaptation aux besoins des clients, etc. Dans cette thèse, nous examinons une liste exhaustive de technologies appartenant à 4 catégories principales: la chaîne d'approvisionnement, l'intelligence d'affaires ainsi que la fabrication de pointe, qui est normalement divisée en deux sous-catégories, la conception et la fabrication. Notre recherche explore ces technologies sous différents angles pour comprendre leur effet sur la propension à innover. Nous utilisons trois approches différentes pour analyser l'impact de ces technologies. Tout d'abord, nous examinons le nombre de technologies adoptées combinées à des pratiques d'innovation ouverte qui auraient un effet sur la propension à innover. Pour estimer ces facteurs, nous utilisons une simple régression logistique. Parce que nous nous intéressons aux obstacles qui empêchent l'adoption, nous utilisons un modèle variable instrumental où nous considérons l'adoption des technologies comme endogènes. Les variables qui peuvent influer sur l'adoption de la technologie comprennent : les dépenses en immobilisations (CAPEX), les mesures de nombre adoptées pour contrer les obstacles ainsi que le recrutement d'employés liés à l'adoption de la technologie. La deuxième approche que nous utilisons est une analyse de panier de marché (MBA) utilisant l'algorithme apriori contenu dans une librairie R. Un MBA nous permet de trouver des complémentarités entre les technologies car les résultats montrent les faisceaux de technologies qui sont les plus populaires parmi les entreprises. En utilisant chaque famille de technologies, nous pouvons trouver ceux qui sont achetés ensemble le plus souvent. Enfin, en utilisant une autre libraire R (cspade), nous utilisons une autre approche qui ajoute une notion séquentielle à l'adoption. Non seulement nous pouvons trouver quelles technologies sont adoptées dans les mêmes faisceaux, mais nous pouvons également comprendre lesquelles sont adoptées en premier. L'enquête que nous utilisons fournit des informations sur le moment où une technologie a été adoptée (pour 3 ans, moins de 3 ans ou prévue dans les 3 prochaines années). Ces 3 timestamps sont essentiels pour comprendre que les entreprises adoptent les bons outils menant à des technologies émergentes telles que l'IdO et l'IA dans un proche avenir. Nos résultats montrent que le nombre de technologies adoptées a un impact significatif et positif sur la propension à innover, ce qui est vrai pour toutes les familles de technologies. En outre, les pratiques d'innovation ouverte telles que les alliances stratégiques et la collaboration avec les fournisseurs ont un impact positif sur la propension à innover, ce qui est similaire à ce qui a été trouvé dans des recherches antérieures. Le nombre de technologies adoptées a une incidence sur le nombre de mesures d'atténuation adoptées, un CAPEX plus élevé et sur le recrutement de nouveaux employés relatifs à l'adoption. Les trois variables ont un effet significatif et positif. Nous trouvons également des ensembles de technologies qui sont compatibles avec ce que nous avions prédit sur la base de notre examen technique exhaustif. Par exemple, des outils comme WMS (Warehouse Management System), Demand Forecasting (DF) et Customer Relation Management (CRM) constituent le faisceau le plus populaire lié aux technologies de la chaîne d'approvisionnement. Ce résultat a été prédit parce qu'il y a trois outils qui sont essentiels au processus de la chaîne d'approvisionnement qui permettent aux entreprises d'être efficaces lorsqu'elles prévoient la demande et gèrent les besoins des clients. Dans la catégorie Business Intelligence (BI), le groupe le plus populaire comprenait Software-as-a-service (SaaS) et Infrastructure-as-a-service (IaaS) avec plus de 27% des entreprises qui les adoptent. SaaS est particulièrement important pour les petites entreprises qui ne veulent pas construire une infrastructure pour gérer leurs besoins en technologies de l'information (TI). Dans les technologies de fabrication de pointe, ERP et MRPI ont été les groupes les plus populaires avec un taux d'adoption de 15%, tandis que les robots et le contrôle numérique informatique (CNC) ont été adoptés par 7% des entreprises. Malgré des taux d'adoption plus faibles dans le domaine de la fabrication, lorsque nous avons examiné les entreprises qui avaient l'intention d'adopter, nous avons remarqué que les technologies d'impression 3D étaient parmi les plus populaires. Nous voyons un résultat similaire lorsque nous examinons les technologies BI avec un logiciel de données massives (BDS), qui est une condition préalable pour rendre la mise en oeuvre de l'IA possible à l'avenir. Bien qu'en 2014 l'adoption du BDS ait été faible, nous constatons une augmentation constante lorsque nous analysons les entreprises qui prévoient l'adopter. En ajoutant une composante temporelle aux règles d'associations, il y avait entre 12% et 14% qu'une entreprise adopte un logiciel de données massives dans un temps futur. En combinant BDS et RTM en une seule technologie, le taux d'adoption d'une de ces deux technologies augmente à 40%. Une histoire similaire s'est dressée pour l'utilisation des imprimantes 3D. Lorsqu'elles sont considérées individuellement, le taux d'adoption futur est autour de 16%. Lorsqu'on considère au moins une des trois types d'imprimantes (3DP, 3DM ou 3DO), le taux d'adoption augmente à 33%, suggérant qu'une compagnie sur trois à l'intention d'adopter cette technologie dans le futur. Notre étude a des implications théoriques et pratiques. Premièrement, nous avons démontré que l'adoption de technologies de pointe peut avoir un effet endogène sur la propension à innover. Cet effet s'explique par le nombre de mesures d'atténuation adoptées pour contrer les obstacles à l'adoption, le CAPEX pour n'en nommer que quelques-uns. Nous avons également trouvé des faisceaux populaires de technologies qui sont adoptées ensemble. D'un point de vue théorique, c'est la première fois qu'une analyse du panier de marché (MBA) est utilisée pour comprendre le comportement des entreprises adoptant des technologies de pointe qui jouent un rôle dans l'amélioration des performances en matière d'innovation. D'un point de vue pratique, nous avons constaté que si les entreprises préfèrent acheter des technologies « à la carte », il existe encore des modèles émergents qui pourraient se traduire par des pratiques exemplaires pour les entreprises à la recherche de technologies qui peuvent le mieux servir leur coeur de métier.  ABSTRACT: While many studies have explored technology the role of technology adoption on innovation and firm performance, there were all focussed on a few technologies and on one category in particular. The benefits of adopting them have been demonstrated by many scholars and include productivity increase, better product quality, cost reduction, better adaptation to customers' needs, etc. This thesis explores an exhaustive list of technologies from four main categories: supply chain, business intelligence and analytics as well as advanced manufacturing, which is normally divided into two subcategories, design and fabrication. This research explores these technologies from various angles to understand their effect on the propensity to innovate. Three different approaches are used to analyze the impact of these technologies. First, the number of technologies adopted combined with open innovation practices that are thought to have an effect on the propensity to innovate are explored. To estimate these factors, a simple logistic regression is used. Because there is an interest in the obstacles that prevent adoption, an instrumental variable model is used, where the adoption of technologies is considered as endogenous. Variables that can affect technology adoption include capital expenditures (CAPEX), the number measures adopted to counter obstacles as well as the recruitment of employees pertaining to technology adoption. The second approach used is a market basket (MBA) analysis using the apriori library in R. A MBA allows to find complementarities between technologies because results show the bundles of technologies that are the most popular amongst firms. Using each family of technologies, it is possible to find the ones that are purchased together most often. Finally, using an additional R library (cspade), another approach that adds a sequential notion to the adoption is adopted. Not only it becomes possible to find which technologies are adopted within the same bundles, but understanding which ones are adopted first can also be studied. The survey provides information on when a technology has been adopted (for three years, less than three years or planned in the next three years). These three timestamps are crucial to understand companies are adopting the right tools leading to emerging technologies such as IoT and AI in the near future. The results show that the number of adopted technologies has a significant and positive impact on the propensity to innovate and this is true across all families of technologies. Furthermore, open innovation practices such as strategic alliances and collaboration with suppliers have positive impact on the propensity to innovate, which is what is similar to what was found in previous research. The number of adopted technologies is impacted by the number of mitigating measures adopted, a higher CAPEX and by the recruitment of new employees pertaining to the adoption. All three variables have a significant and positive effect. It should be noted that bundles of technologies that are consistent with what was predicted based on the exhaustive technical review were also found. For instance, tools like Warehouse Management System (WMS), Demand Forecasting (DF) and Customer Relation Management (CRM) form the most popular bundle related to supply chain technologies. This result was predicted because these three tools are core to the supply chain process that allows firms to be efficient when forecasting demand and managing customers' needs. In the Business Intelligence (BI) category, the most popular bundle included software-as-a-service (SaaS) and Infrastructure-as-a-service (IaaS) with over 27% of firms adopting them. SaaS is particularly important for small companies that don't want to build an infrastructure to manage their Information Technology (IT) needs. In the advanced manufacturing technologies, ERP and MRPII were the most popular bundles with 15% adoption rate while robots and Computer Numerical Control (CNC) were adopted by 7% of firms. Despite lower adoption rates in the manufacturing sphere, analyzing firms that planned to adopt suggested that 3D printing technologies were amongst the most popular. A similar result was observed for BI technologies with Big Data Software (BDS), which is a prerequisite to make AI implementation possible in the future. While in 2014, BDS adoption was low, there was a consistent increase in the adoption rate within the firms planning to adopt it. By adding the temporal dimension to the previous association rules, there were important elements that were discovered. The apparent increase in planned BDS adoption translated in a low probability of adoption (confidence between 12% and 14%) when taking time into consideration. However, assuming that BDS and RTM are the same technology, the probability of adopting either one of these technologies increases to about 40%. The same results were observed with 3D technologies, where 3DM and 3DP each had around 16% chance of being adopted in the future. Combining all 3D printing technologies as a single technology, this number increases to 33%, suggesting that 1 out 3 of firms planned to adopt additive manufacturing technologies sometime in the future. This study has some theoretical and practical implications. First, it was demonstrated that advanced technology adoption can have an endogenous effect on the propensity to innovate. This effect can be explained by the number of mitigating measures adopted to counter the obstacles to adoption, the CAPEX to name a few. Popular bundles of technologies that are adopted together were also observed. From a theoretical standpoint, it is the first time that a market basket analysis (MBA) is used to understand the behaviour of firms adopting advanced technologies that play a role in improving innovation performance. From a practical standpoint, it should be noted that while companies prefer to purchase technologies “à la carte”, there are still some emerging patterns that could translate into best practices for firms looking at which technologies are best suited to their core business.


identifier: Croissant, C. (2020). Réduction des risques liés aux Troubles Musculo-Squelettiques (TMS) et aux Vibrations Mains-Bras (VMB) lors des activités d'ébavurage de pièces en aéronautique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le travail avec à des outils vibrants est très répandu dans les industries du milieu aéronautique. Or, l'exposition aux vibrations est, depuis plus de 50 ans maintenant, associée à des risques pour la santé. Ils peuvent se manifester par différents types d'atteintes (vasculaires, nerveuses, musculo-squelettiques). Ainsi, dans le but de prévenir ces risques liés aux TMS et aux VMB, et suite à une intervention en prévention des TMS réalisée en 2018 (Lemay, Turcot, & Cloutier, 2018), l'équipe santé et sécurité de l'usine Héroux-Devtek cherche à mettre en place des solutions afin d'améliorer les conditions de travail aux postes d'ébavurage. Ce mémoire fait une synthèse des travaux réalisés avec l'équipe Santé et Sécurité, chez Héroux-Devtek Inc. L'objectif général de ce projet est d'identifier, développer, puis tester différentes solutions permettant de réduire les facteurs de risques de Troubles Musculo-Squelettiques (TMS) incluant ceux liés aux vibrations mains-bras (VMB) à différents postes d'ébavurage chez Héroux-Devtek Inc. Dans le but d'atteindre cet objectif, une comparaison des valeurs de vibration mesurées par l'outil HMV200 a été réalisée afin de déterminer quels outils d'ébavurage (propices pour réaliser les tâches demandées) sont les plus recommandés à ces postes. En parallèle de ces mesures, un nouveau poste de travail a été conçu et installé au sein de l'usine de Héroux-Devtek Inc. et des prototypes de dispositifs de réduction des VMB ont été testés sur le terrain avec les opérateurs. Ce projet contribue à l'avancement et à la documentation de la recherche sur la réduction des risques liés aux Troubles Musculo-Squelettiques (TMS) et aux vibrations mains-bras (VMB) dans le but d'améliorer les performances en matière de santé, de sécurité au travail dans les industries aéronautiques.  Par ailleurs, plus de 280 mesures de vibration ont été réalisées avec 9 outils, provenant de 3 manufacturiers différents, couplés aux 5 abrasifs les plus utilisés. 4 prototypes de dispositifs de réduction des VMB ont été développés, impliquant l'utilisation de support et de matériaux anti-vibration. Il ressort de cette étude que les matériaux anti-vibration sont des pistes très prometteuses en matière d'absorption de vibration tout comme l'utilisation de support. Il est donc recommandé de poursuivre la recherche sur ces deux aspects afin d'arriver à des solutions concrètes. Les mesures de vibration ont, quant à elles, montré que le choix des outils et des abrasifs était un paramètre important dans l'objectif de réduire les expositions aux vibrations. Il en est de même pour ce qui est de l'utilisation de rallonge ou d'extension.  ABSTRACT: Working with vibrating tools is very common in the aeronautical industries. However, exposure to vibration has been associated with health risks for over 50 years. They can manifest themselves in different types of disorders (vascular, nervous, musculoskeletal). Thus, with the aim of preventing these risks related to MSDs and HAV, and following an intervention in prevention of MSDs carried out in 2018 (Lemay et al., 2018), the health and safety team of the Héroux-Devtek Inc. seeks to implement solutions to improve working conditions at deburring stations. This thesis summarizes the work carried out with the Health and Safety team at Héroux-Devtek Inc. The general objective of this project is to identify, develop and then test different solutions making it possible to reduce the risk factors for Musculoskeletal Disorders (MSD) including those related to hand-arm vibrations (HAV) at various deburring workstations at Héroux-Devtek Inc.  In order to achieve this objective, a comparison of the vibration values measured by the HMV200 tool was carried out to determine which deburring tools (suitable for performing the tasks requested) are most recommended for these positions. In parallel with these measures, a new workstation was designed and installed at the Héroux-Devtek Inc. and prototypes of HAV reduction devices were tested in the field with the operators. This project contributes to the advancement and documentation of research on the reduction of risks associated with Musculoskeletal Disorders (MSDs) and hand-arm vibrations (HAV) with the aim of improving health performance, occupational safety in the aeronautical industries. In addition, more than 280 vibration measurements were carried out with 9 tools, from 3 different manufacturers, coupled with the 5 most used abrasives. 4 prototypes of HAV reduction devices have been developed, involving the use of support and anti-vibration materials. It emerges from this study that anti-vibration materials are very promising avenues for vibration absorption, as is the use of a tool support. It is therefore recommended to continue research on these two aspects in order to arrive at concrete solutions. Vibration measurements have shown that the choice of tools and abrasives is an important parameter in the goal of reducing vibration exposure. The same holds true for the use of an extension cord or extension.


identifier: Lakis, A. J. (2020). Experimental and Analytical Stress and Strain Characterization of Notched Composite Plates  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche a pour but de caractériser la distribution des contraintes, les facteurs d'intensité de contraintes (SCF) et la déformation des trous des échantillons testés selon la norme ASTM D5766 (Open-Hole Tension : OHT) et la norme ASTM D6742 (Filled-Hole Tension : FHT). Les stratifiés composites étaient fabriqués par le procédé d'infusion de résine. Ils étaient composés de tissus carbone taffetas 3K dans une matrice époxy. L'étude englobe l'effet de la séquence d'empilement quasi-isotrope (QI) et croisés (CP) et l'effet de l'épaisseur (8 plis et 12 plis). La distribution des contraintes sur la surface des échantillons de composites est calculée expérimentalement en utilisant les déformations provenant de la corrélation digitale des images (DIC) combinées avec la théorie des stratifiées. Les dimensions caractéristiques des matériaux, l'estimation de la résistance à la traction et les facteurs de contraintes sont calculés en utilisant les critères de Whitney and Nuismer PSC (Point Stress Criterion) et ASC (Average Stress Criterion). Les distributions des contraintes expérimentales sont validées en utilisant le model analytique de Lekhnitskii pour les matériaux anisotropes. En plus, les facteurs des concentrations des contraintes expérimentales pour CP et QI sont comparés avec ceux calculés par le PSC et ASC. La déformation des trous est analysée dans la direction longitudinale et transversale par le DIC en utilisant des extensomètres virtuels. Les OHT CP qui sont plus minces ont une meilleure capacité de distribution des contraintes que ceux des CP plus épaisses. L'inverse est vrai pour les stratifiées QI. Ceux qui sont plus épaisses ont une meilleure capacité de distribution des contraintes que les plus minces. Quand le trou est fermé par un boulon, la capacité de distribution des contraintes pour CP et QI devient approximativement égale, ce que veut dire que l'introduction d'un boulon annule les effets que le type des stratifiées ont sur la distribution des contraintes. Le PSC donne une très bonne approximation du SCF pour toutes les stratifiées analysées. Le ASC donne des erreurs de 10% pour le OHT et 18% pour le FHT dans les CP, mais l'estimation de SCF du QI avec le ASC est aussi bonne que le PSC. Le PSC surestimes et le ASC sous-estimes le SCF quand ils sont comparés aux résultats expérimentaux. La déformation longitudinale du trou (LHE) pour le CP est plus grande que celle du QI et la déformation en compression transversale (THC) est plus petite pour le CP que le QI. Ceci veut dire que le trou de CP s'allonge plus mais il se comprime moins qu'un trou dans une stratifiée QI.  ABSTRACT: The purpose of this work is to characterize the stress distribution, stress concentration factors and the hole deformation of open- and filled-hole (OHT and FHT) cross-ply (CP) and quasi-isotropic (QI) composite plates subjected to uniaxial in-plane loading. Plates of varying thicknesses containing a centrally-located circular through-hole are studied. The stress distribution of notched composite plates is calculated and analyzed experimentally using digital image correlation (DIC) strains combined with laminate theory. For validation, the experimental stress distribution results are compared with those of Lekhnitskii's analytical model for anisotropic materials. The material- dependent characteristic dimensions, predicted strength and stress concentration factors (SCF) are calculated using the point stress criterion (PSC) and the average stress criterion (ASC). In addition, the experimental stress concentration factors for cross-ply and quasi-isotropic laminates are compared to results from analytical solutions based on the PSC and ASC. Notch deformation in both the longitudinal and transversal direction is measured using DIC strains obtained using virtual extensometers. Thinner OHT CP laminates were found to be better at distributing stress away from the notch than thicker CP laminates; whereas, thicker OHT QI laminates are better at distributing stress than thinner QI laminates. Filling the notch with a tightened bolt was observed to bring the stress distribution capabilities of CP and QI laminates in line with one other; the presence of the bolt nullifies any effect that a layup or laminate thickness may have on stress distribution. The PSC provides a very good approximation of SCFs for all laminates investigated. Using the ASC to analyze CP laminates induces errors greater than 10% for OHT and 18% for FHT. However, the ASC estimates the SCFs of QI laminates just as well as the PSC. The PSC overestimates and the ASC underestimates the SCF values when compared to experimental results. The longitudinal hole elongation (LHE) of CP layups is greater than that of QI layups and the transversal hole compression (THC) is less in CP than QI. In other words, a cross-ply notch elongates more and compresses less than a quasi-isotropic notch. This phenomenon may be explained by the fact that the inclusion of 450 plies in a quasi-isotropic layup induces a butterfly distribution of peak strains around the notch area, which contributes more to the transversal compression of the notch than its longitudinal elongation when compared to a cross-ply layup.


identifier: Dubost, C. (2020). Roue Cyr et matériaux composites : modéliser une discipline de cirque pour enrichir son langage acrobatique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La roue Cyr, agrès de cirque, est un anneau métallique à taille humaine. L'utilisateur s'y agrippe et exécute des figures acrobatiques en tournant. Le poids, la rigidité et la géométrie de la roue sont des paramètres déterminants pour le mouvement de l'utilisateur. Depuis son invention, cet agrès a été revisité par les artistes et les fabricants, qui se sont basés sur le concept de la roue Cyr pour créer de nouveaux agrès. Alors que le cirque s'approprie les matériaux composites utilisés pour l'équipement sportif, les adeptes de la roue Cyr se demandent ce qu'une roue plus légère et plus flexible apporterait à la discipline. Ces roues sont constituées de poutres courbes connectées par des manchons, ce qui implique des coûts de fabrication excluant la méthode ‘essai-erreur' pour répondre à la question. Tous les projets alliant roue Cyr et matériaux composites restent ainsi inachevés. A ce jour la roue Cyr ne fait l'objet d'aucune publication scientifique. Cependant, son mouve- ment est similaire à celui du disque d'Euler : nous adaptons donc les modèles théoriques issus de la littérature comme base pour déterminer comment la géométrie de la roue Cyr influence sa stabilité dynamique. Nous étudions aussi le saut d'une roue comprimée puis relâchée, en référant aux travaux de Yang et Kim sur le stockage d'énergie élastique dans des anneaux. La conception, la fabrication et les tests d'une roue Cyr en matériaux composites combinent une expérience pratique de l'agrès, l'impression 3D de matériaux composites à grande échelle et la dynamique du disque d'Euler. L'issue de ces travaux contribuera à clarifier l'intérêt, pour les fabricants, d'investir dans les roues Cyr en composites. Notre objectif est de déterminer les propriétés du matériau et la géométrie optimales pour la stabilité et le saut d'une roue Cyr, d'imprimer un prototype et de tester son potentiel acrobatique avec des artistes de cirque. Parmi les matériaux compatibles avec le procédé de fabrication choisi, le nylon renforcé avec des fibres de carbone courtes s'est révélé être le plus adapté. A l'issue de cette étude nous avons déterminé que pour une roue Cyr d'un rayon standard de 0.9 m on choisira, afin d'optimiser le saut, un rayon de section intérieur de 15.2 mm et un rayon de section extérieur de 18 mm. Pour ce qui concerne les figures où la roue Cyr roule sur sa tranche, on optimisera la stabilité dynamique de la roue en maximisant son rayon et en minimisant le rayon externe de sa section.  ABSTRACT: A Cyr wheel is a circus apparatus consisting of a human sized metallic ring. The user stands inside the wheel and performs acrobatic figures while spinning. The weight, stiffness and geometry of the wheel are thus determinant parameters for the user's motion. Since it has been invented, the Cyr wheel has been revisited by circus artists and manufacturers to create hybrid apparatuses. As composite manufacturing for sports spreads to circus, Cyr wheel adepts wonder what a lighter, more flexible wheel would result in. These wheels are composed of curved beams connected by sleeves : this implies fabrication costs and excludes the ‘trial and error' method to answer the question. Thus, no composite Cyr wheel project has been completed yet. To this day there is no scientific publication specific to Cyr wheel. Nevertheless, its dynamics relate to Euler's disk. We adapt theoretical models in the literature as a basis to determine how the Cyr wheel geometry influences dynamic stability. We also focus on the jump of a wheel being bent and released, and thus refer to Yang and Kim article about energy storage in elastic rings as a comparative study. The design, manufacturing and test of a 3D printed composite Cyr wheel prototype combine practical experience of the apparatus, familiarity with composite materials, large-scale 3D printing processes and dynamics of Euler's disk-like motions. The outcome will shed light on the interests for manufacturers to invest in composite Cyr wheels. Our objective is to determine which mechanical properties and geometry will optimize the stability and jumps of a Cyr wheel, 3D print a prototype and test acrobatic possibilities with circus artists. Among the materials which were suitable for the chosen manufacturing process, carbon fiber reinforced nylon turned out to be the most relevant choice. Following this study, we found that in order to optimize the jumping motion of a 0.9 m radius Cyr wheel, the inner and outer radii of the cross-section should be respectively 15.2 mm and 18 mm. Concerning the rolling motion of the wheel, optimizing its dynamic stability is obtained by maximizing its radius and minimizing the outer radius of its section.


identifier: Masoumipour, A. (2020). Design and Optimization of Air-Liquid Cooling System for Aerospace Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pratt & Whitney Canada comme un leader mondial de l'aérospatiale et un des manufacturiers majeurs de moteur d'avions a lancé un projet afin d'introduire une nouvelle technologie et type de moteur unique pour différentes applications aérospatiales. La conception globale d'un moteur exige avoir un échangeur de chaleur afin d'extraire la chaleur du liquide de refroidissement. Comme, le poids est un facteur important pour la conception aérospatiale, donc, concevoir un échangeur de chaleur compact et efficace est toujours un défi pour les concepteurs aéronautiques. Afin de relever ce défi, une méthode d'ε-NTU est implémentée à l'aide de logiciel MATLAB pour résoudre les problèmes reliés aux transmissions de chaleur et de dimensionnement liés à la procédure de conception. La vérification du code implémenté est effectuée pour un seul point afin de vérifier le fonctionnement du code. En ce qui concerne, l'analyse d'échangeur de chaleur est un problème à multiples facettes qui traite de nombreux paramètres dus à la condition de fonctionnement. La vérification est effectuée pour un refroidisseur intermédiaire (Intercooler) en utilisant la méthode ε-NTU et elle a mis en évidence une différence inférieure à 5%. Ensuite, le code implémenté préliminaire est développé pour résoudre le problème de l'échangeur de chaleur compact. Premièrement, le modèle développé est appliquée à la surface CF-7.0-5/8J prise de littérature. Selon la condition de fonctionnement fournie par Pratt & Whitney Canada, le débit massique d'aire est considéré comme une variable. Donc, les résultats obtenus par la méthode ε-NTU pour la surface sélectionnée seront illustrés le comportement d'un échangeur de chaleur compact en fonction de débit massique d'air. On observe qu'en augmentant le débit massique d'air, le coefficient de transfert de chaleur global augmente et les dimensions de l'échangeur diminuent. Bien que, pour une faible valeur du débit massique d'air, la perte de pression diminue en raison du frottement du noyau de l'échangeur, dans le cas d'un débit massique élevé, la perte de pression augmente en raison de la vitesse de l'écoulement. L'augmentation du diamètre intérieur des tuyaux, augmente le taux de transfert de chaleur en très petites quantités grâce à la diminution de résistance thermique conductive à travers la paroi des tuyaux. Donc, l'effet d'augmentation de diamètre intérieur peut être considéré comme négligeable.  ABSTRACT: Pratt & Whitney Canada as a global aerospace leader and one of the major aircraft engine manufacturers has initiated a project to develop new technology and unique engine for different aerospace application. The overall design of an aircraft engine requires having a heat exchanger to extract heat from coolant. As the weight is an important factor in aerospace design, therefore, designing a compact and efficient heat exchanger is always a challenge for aircraft designers. In order to address this challenge, the ε-NTU method is implemented using MATLAB to solve rating and sizing problems related to design procedure. The single-point verification of the implemented code is performed to verify the functioning of the MATLAB code. As the analysis of the heat exchanger is a multi-faceted problem that deals with numerous parameters due to the operating condition. The verification is performed for an intercooler using ε-NTU method and it demonstrated a difference of less than 5%. Then, the preliminary implemented code is expanded to solve the compact heat exchanger problem. First, the developed model is applied to the surface CF-7.0-5/8J taken from literature. Depending on the operating condition provided by Pratt & Whitney Canada, the air mass flow rate is considered as a variable. Therefore, results obtained by the ε-NTU method for the selected surface will be presented the behavior of compact heat exchanger as the function of air mass flow rate. It is observed that by increasing air mass flow rate overall heat transfer coefficient increases and exchanger dimensions decrease. Although, for the low values of air mass flow, pressure drop decreases due to the core friction, in the case of high mass flow rate, the pressure drop increases due to the mass velocity. Increasing the tube inner diameter increases the heat transfer rate in very small amounts dur to the decrease of conductive thermal resistance through the tube wall. Therefore, the effect of increasing tube inner diameter can be considered negligible. Furthermore, the effect of the fin pitch and transverse pitch were analyzed on four surfaces, CF- 7.34 and CF-8.72, CF-8.7-5/8J (a) and CF-8.7-5/8J (b), side by side. As a result, increasing fin pitch increase overall heat transfer coefficient and decreases pressure drop, while increasing transverse pitch decrease both overall heat transfer coefficient and pressure drop.


identifier: Desmarais, A. (2020). Extension of a 2D Multiblock Structured Overset Suite to a Fully 3D Multiblock Unstructured Flow Solver  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce présent mémoire illustre les récents développements apportés aux logiciels chimères du laboratoire de recherche du professeur Éric Laurendeau à Polytechnique Montréal. Dans la dynamique des fluides numériques mieux connue en anglais sous le nom de « Computa- tional Fluid Dynamics » (CFD), les méthodes chimères aussi connues en anglais sous le nom d'« overset » permettent de faire des simulations multigéométries complexes sans lesquelles le processus de génération de maillages pourrait être très compliqué, soit même impossible. Essentiellement, ces méthodes permettent de lier et d'assembler des maillages individuels con- tenant chacun différentes géométries en un seul par le biais d'interpolations et d'interfaces. Ceci permet de grandement réduire le temps à générer des maillages, car ces derniers peuvent être générés individuellement. Conséquemment, cela permet de passer plus de temps à exé- cuter des simulations ou même implémenter de nouvelles fonctionnalités au sein de solveurs de CFD, ce qui est très utile dans un environnement de travail industriel et de recherche. Pour que les méthodes chimères fonctionnent, il est nécessaire d'effectuer quelques étapes au niveau du préprocesseur d'un solveur de CFD. Cela normalement inclut un processus de découpage, un algorithme de recherche de paires de cellules donneuses et interpolées, et un algorithme d'interpolation. Une fois que ces étapes sont complétées, la simulation peut ensuite être effectuée. Dans le cadre de ce laboratoire de recherche, la présente implémentation 2D a certains prob- lèmes connus non résolus. Également, ces méthodes 2D sont difficilement transférables à des applications 3D lors des transferts technologiques avec l'industrie qui se servent de solveurs de CFD 3D à topologies structurée et non structurée. La partie 2D de ce mémoire concerne les solutions aux problèmes au sein du préprocesseur chimère de NSCODE qui est un solveur de CFD 2D structuré. Plusieurs problèmes avec les méthodes implémentées dans le passé ont été identifiés et résolus dans le cadre de ce mémoire. Le premier problème concerne les erreurs de décalage avec les poids d'interpolation qui sont calculés aux nœuds des cellules au lieu d'être calculés au centre des cellules. Un nouveau schéma d'interpolation est mis en place dans lequel la précision et la fidélité du schéma précédent sont retenues tout en calculant les poids d'interpolation au centre des cellules. Le deuxième problème concernait la difficulté à générer des maillages de type «collar» qui sont un type particulier de maillages qui présentent une discrétisation plus fine de la géométrie pour un endroit en particulier du maillage d'arrière-plan. Des améliorations à NSGRID qui est le mailleur 2D structuré du laboratoire de recherche ont été effectuées.  ABSTRACT: The present thesis addresses the recent developments made to the overset framework of Pro- fessor Éric Laurendeau's research lab at Polytechnique Montreal. In Computational Fluid Dynamics (CFD), overset methods allow complex multi-geometry simulations for which with- out its use the meshing process can be tedious, if not impossible. Essentially, these methods link individual meshes containing different geometries together by the means of interpola- tion and interfaces. This reduces the time spent on meshing since elements of the geometry can be meshed out individually, and thus more time can be spent on running simulations or implementing new features in a CFD flow solver which is a highly valuable resource in a research/industrial environment. In order for overset methods to work, a couple of steps are taken at the preprocessor level of the CFD flow solver in question. They usually include a hole cutting process, a donor search algorithm, and an interpolation algorithm. Once these steps are done, the simulation can then be performed. In the case of this research lab, the current framework has some pitfalls with its 2D imple- mentation and the ability of its methods to be used for 3D applications in the case of doing technological transfers with the industry who use both 3D CFD flow solvers with structured and unstructured topology. The 2D part of this thesis concerns the solutions to the problems inside the overset prepro- cessor of NSCODE which is a 2D structured CFD flow solver. Several problems with the methods implemented in the past have been identified and are solved in the case of this thesis. The first problem concerns offset errors with the interpolation weights calculated at the cell vertices instead of the cell centers. A new interpolation scheme is devised in which the pre- cision and accuracy of the first one are retained while having the weights properly calculated at the cell centers. The second issue was with the rigidity of generating collar grids which is a type of mesh that possesses a finer discretization of the geometry for a specified region of the background mesh. Improvements to NSGRID which is the 2D structured mesher of the research lab have been made in that regard. Users can now generate normally projected collar grids with easier inputs. The third issue concerns the solid-solid discontinuity problem that occurs when 2 overset meshes share the same solid geometry (i.e. a collar grid with a background mesh). The results demonstrate the geometric correction that is employed to recreate halo cells which are cells found on the fringes of the mesh. In the case of the overset method, these cells are necessary for proper computation of derived values such as the pressure coefficient and coefficient of friction.


identifier: Besançon, M. (2020). Bilevel models for demand response in smart grids  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La thèse porte sur les modèles d'optimisation mathématique biniveau et leurs applications à la réponse de la demande dans les réseaux électriques. L'augmentation de la production d'énergie renouvelable et l'apparition de nouveaux acteurs ont complexité les opérations et décisions dans les réseaux électriques. La nature aléatoire et distribuée de la génération solaire et éolienne entraîne un besoin d'ajustement de la production conventionnelle à la demande nette, correspondant à la demande après prise en compte de la production renouvelable. La réponse de la demande est une des solutions utilisées pour faire face à ces nouveaux besoins des réseaux électriques. Au lieu d'étudier l'adaptation de la production à la charge, son principe est d'exploiter la �exibilité d'une partie de la consommation, ajustant ainsi la courbe de demande au cours du temps. Dans la première partie de cette thèse, nous étudions un système de réponse de la demande par prix dynamique, TLOU. Dans ce système, un usager réserve une capacité pour une période donnée, et paie un prix dépendant du dépassement de sa capacité par la consommation sur la période donnée. Nous étudions les propriétés de ce système de tari�cation, en particulier du point de vue du fournisseur déterminant les paramètres de prix. L'interaction entre le fournisseur et les usagers est modélisée comme un jeu de Stackelberg ou meneur-suiveur qui est résolu par une approche d'optimisation mathématique biniveau. Les problèmes d'optimisation biniveau sont caractérisés par un problème d'optimisation imbriqué dans les contraintes d'un autre problème d'optimisation. Leurs champs d'applications incluent les problèmes de conception en ingénierie, les modèles économiques, les réseaux électriques ou encore la sûreté des systèmes. Dans la deuxième partie de la thèse, une formulation du problème biniveau est proposée dans laquelle le deuxième niveau n'est plus nécessairement résolu exactement, mais peut dévier de son optimum d'une quantité limitée. Nous développons une formulation biniveau robuste à la quasi-optimalité (NORBiP) dans laquelle le premier niveau s'assure de trouver une solution dont la faisabilité est garantie pour l'ensemble des solutions quasi optimales du deuxième niveau. Ce modèle introduit une notion de robustesse spéci�que à l'optimisation multiniveau. Une reformulation à un seul niveau est développée dans le cas où le deuxième niveau est un problème d'optimisation convexe, basée sur la dualisation des contraintes de robustesse. Dans le cas où le deuxième niveau est un problème linéaire, une formulation étendue linéarisée est proposée. Bien que cette formulation robuste soit plus di�cile à résoudre que le problème biniveau classique, nous établissons des résultats sur sa complexité, démontrant que le problème robuste à la quasi-optimalité appartient à la même classe de complexité que le problème optimiste équivalent sous certaines hypothèses. En�n, des algorithmes exacts et heuristiques sont proposés pour accélérer la résolution de problèmes biniveaux robustes à la quasi-optimalité dans le cas linéaire.  ABSTRACT: This thesis investigates mathematical optimization models with a bilevel structure and their application to price-based Demand Response in smart grids. The increasing penetration of renewable power generation has put power systems under higher tension. The stochastic and distributed nature of wind and solar generation increases the need for adjustment of the conventional production to the net demand, which corresponds to the demand minus the renewable generation. Demand Response as a means to this adjustment of demand and supply is receiving growing attention. Instead of achieving the adjustment thanks to generation units, it consists in leveraging the �exibility of a part of the demand, thus changing the aggregated demand curve in time. The �rst part of this thesis focuses on a Time-and-Level-of-Use Demand Response system based on a price of energy that depends on the time of consumption, but also on a capacity that is self-determined by each user of the program. This capacity is booked by the user for a speci�c time frame, and determines a limit for energy consumption. Several key properties of the pricing system are studied, focusing on the perspective of the supplier setting the pricing components. The supplier anticipates the decision of the customers to the prices they set, the sequential decision created by this situation is modelled as a Stackelberg or Leader-Follower game formulated as a bilevel optimization problem. Bilevel optimization problems embed the optimality condition of other optimization problems in their constraints. Their range of applications includes optimization for engineering, economics, power systems, or security games. The inherent computational di�culty of bilevel problems has motivated the development of customized algorithms for their resolution. In the second part of the contributions, a variant of the bilevel optimization problem is developed, where the upper level protects its feasibility against deviations of the lower-level solution from optimality. More speci�cally, this near-optimal robust model maintains the upper-level feasibility for any lower-level solution that is feasible and almost optimal for the lower-level. This model introduces a robustness notion that is speci�c to multilevel optimization. We derive a single-level closed-form reformulation when the lower level is a convex optimization problem and an extended formulation when it is linear. The near-optimal robust bilevel problem is a generalization of the optimistic bilevel problem and is in general harder to solve. Nonetheless, we obtain complexity results for the near-optimal robust bilevel problem, showing it belongs to the same complexity class as the optimistic problem under mild assumptions. Finally, we design exact and heuristic solution methods that signi�cantly improve the solution time of the extended formulation.


identifier: Gilbert, J. (2020). Explainable IDS for DoS Attacks  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

title: Explainable IDS for DoS Attacks

abstract: RÉSUMÉ: L'internet des objets (Internet of Things, IoT) est un secteur d'activité en plein développe-ment. Cette technologie va permettre de faire communiquer entre eux di˙érents appareils qui pourront alors échanger un nombre important de données. Sécuriser les informations trans-mises est un requis important de l'IoT. Des mécanismes de sécurité utilisés dans les réseaux actuels peuvent être repris (chi˙rement, authentification, etc). Néanmoins, l'augmentation de la surface d'attaque nécessite de développer de nouveaux outils afin d'améliorer la sécurité de ce type de réseau.Le mécanisme étudié dans cette étude est le système de détection d'intrusions (Intrusion Detection System, IDS). Les systèmes de détection d'intrusions analysent un ensemble de données afin de détecter de potentielles intrusions. Le développement de l'apprentissage automatique a permis d'augmenter les performances de ces algorithmes. Néanmoins, les al-gorithmes d'apprentissage automatique sont souvent très diÿcilement interprétables par un humain. Des méthodes, nommées Explainable Artificial Intelligence (XAI), ont été dévelop-pées pour permettre une meilleure interprétation des résultats. La revue de littérature a montré que plusieurs méthodes pouvaient être utilisées afin de réaliser un système de détec-tion. Les contraintes des objets connectés nous ont orientés vers une approche de détection d'anomalie à l'aide de l'analyse de paquets réseau. L'étude de la littérature a mis en avant l'algorithme Suport Vector Machine dans la détection des intrusions et la méthode Partial Dependence Plot (PDP) pour l'interprétation des résultats. Nous proposons une approche combinant ces deux algorithmes dans l'objectif d'obtenir un système de détection d'intrusions performant et ayant une meilleure interprétabilité.  ABSTRACT: The Internet of Things (IoT) is a rapidly developing sector of activity. This technology will enable di˙erent devices to communicate with each other and exchange a large amount of data. Securing the information transmitted is an important requirement of the IoT. Security mechanisms used in current networks can be used (encryption, authentication, etc.). Nevertheless, the increase of the attack surface requires the development of new tools to improve the security of this type of network.The mechanism studied in this study is the Intrusion Detection System (IDS). Intrusion detection systems analyse a set of information in order to detect potential intrusions. The development of automatic learning has made it possible to increase the performance of these algorithms. Nevertheless, machine learning algorithms are often very diÿcult for a human to interpret. Methods, called Explainable Artificial Intelligence (XAI), have been developed to allow a better interpretation of the results. The literature review showed that several methods could be used to build a detection system. The constraints of the connected objects led us to an anomaly detection approach using network packet analysis. The literature review highlighted the Support Vector Machine algorithm in intrusion detection and the Partial Dependence Plot (PDP) method for the interpretation of the results. We propose an approach combining these two algorithms with the objective of obtaining a high-performance intrusion detection system with better interpretability.The resulting mechanism has been the subject of 3 experiments: an analysis of the errors in the detection algorithm using the PDP method, a comparison with an algorithm attacking the IDS and an implementation in a network simulator.


identifier: Zarrabi, M. (2021). A Viscoplastic Constitutive Model For Cyclic Clay Behavior  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les séismes peuvent avoir des conséquences désastreuses en termes de pertes humaines et matérielles. Parmi les phénomènes géotechniques qui peuvent mener à des pertes pendant un tremblement de terre, la liquéfaction des sols granulaires a été le plus étudié, bien que l'amollissement cyclique des argiles puisse générer des dommages significatifs. Par exemple, le tremblement de 1964 en Alaska a déclenché un glissement de terrain majeur le long de la 4ième avenue à Anchorage, dont la cause principale était l'amollissement cyclique. Pour étudier l'impact de tels phénomènes, des simulations numériques dynamiques non linéaires peuvent être utilisées. Ces simulations s'appuient sur des modèles constitutifs qui sont formulés pour capturer le déclenchement de la liquéfaction ou de l'amollissement cyclique. L'utilisation de ces modèles nécessite une connaissance de leur formulation et des essais et erreurs fastidieux pour calibrer leurs nombreux paramètres d'entrée. La calibration difficile a rendu difficile l'utilisation de modèles constitutifs avancés pour les applications géotechniques sismiques. En conséquence, les modèles constitutifs avancés n'ont pas été largement adoptés dans la pratique malgré l'attention significative qu'ils ont reçue ces dernières années.  ABSTRACT: Earthquakes can have dire consequences both in terms of loss of human lives and properties. Among the geotechnical phenomena that can induce losses during an earthquake, liquefaction of granular soils is the most well-studied but cyclic softening of clays is also capable of producing significant damages. For instance, the 1964 Alaska earthquake triggered a major landslide along the 4th avenue in Anchorage, attributed to cyclic softening. To study the impact of such phenomena, numerical dynamic nonlinear simulations can be used. These simulations rely on constitutive models that are formulated to capture the triggering of liquefaction or cyclic softening. The use of these models requires knowledge of their formulation, and time-consuming trial and error efforts to calibrate their numerous input parameters. The arduous calibration has rendered the use of advanced constitutive models for earthquake geotechnical applications in practice challenging. As a results advanced constitutive models have not been widely adopted in practice despite the significant attention they have received in recent years.