identifier: Soulati, K. (1995). Thermal analysis of the overinjection of a molten thermoplastic over a thermoplastic insert  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Heat transfer during phase change -- Mathematical formulation -- Changes in thermophysical properties during the phase change -- Different methods for solution of phase-change problems -- Numerical methods -- Enthalpy method for solution of phase-change problems -- Finite element simulation of solidification problem -- Melting range -- Front position -- Phase transition in polymers -- Heat transfer in polymers -- Phase transition in amorphous and crystalline polymers -- Thermal properties of polymers -- Model -- Problem definition -- Mechanism of heat transfer -- Introduction a mathematical model -- Abaqus -- Finite element model -- Material -- Process parameters.


identifier: Ntakaburimvo, N. (1996). Contributions instrumentales en microscopie électronique en transmission et caractérisation chimique de précipités contenant du Cu  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: v. 1. Partie texte -- v. 2. Partie tableaux. Interactions électron-matière dans un microscope électronique analytique -- Principe de fonctionnement d'un spectromètre rayons X -- Analyse chimique quantitative par spectrométrie des R-X en sélection d'énergie -- Revue de la littérature sur les contaminations et contributions instrumentales en microscopie électronique A -- Transmission analytique -- Procédures expérimentales -- Description succinthe du microscope électronique à transmission utilisé (MET JEOL 200 FX) -- Conditions d'opération d spectromètre R-X utilisé -- Traitements thermiques et préparations des échantillons analysés -- Méthodes de mesure d'épaisseur d'une lame mince ou d'une réplique -- Détermination de la fraction volumique des particules -- Méthodologie d'analyse, présentation et discussion des résultats sur les différentes contributions en R-X parasites en EDS au MET analytique JEOL 2000 FX -- Quantification chimique par EDS des précipités analysés -- Détermination de la fraction volumique des précipités caractérisés.


identifier: Navarro Arias, S. H. (1996). Etude numérique des effets de diffusion directionnels dans le coeur du réacteur Gentilly-2  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Description de l'approche B1 homogène et hétérogène -- Rappels théoriques sur l'équation de transport -- L'approche P1 -- L'approche B1 -- Calcul de transport multigroupe -- Homogénéisation et condensation des propriétés sur la cellule -- Méthodologie du calcul des coefficients de fuites -- Bilan neutronique et formule des 4 facteurs -- Équation de la diffusion multigroupe -- Description de la modélisation numérique du CANDU-6 -- Le réacteur CANDU-6 -- Calcul des mécanismes de contrôle de la réactivité -- Simulations numériques de l'effet de vidange -- Considérations faites dans les calculs -- Vidange complète d'un coeur neuf -- Vidange complète du caloporteur pour un coeur a l'équilibre -- Comportement des coefficients de diffusion lors de la vidange.


identifier: Petrican, P. (1997). Conception et réalisation d'un détecteur ultrasonique nimiaturisé dédié à l'évaluation du volume urinaire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Anatomie, physiologie et dysfonctions de la vessie -- Méthodes existantes de mesure de la vessie -- Notre méthode d'évaluation du volume de la vessie.


identifier: Perron, N. (1996). Etude des problèmes musculo-squelettiques dans des tâches de sertissage et d'enroulage de matériel à sutures  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Structures musculo-squelettiques de l'avant-bras -- La théorie de l'accumulation des micro traumatismes -- Tendon -- Graine synoviale -- Zone d'insertion du tendon dans l'os -- Zone d'insertion du tendon dans le muscle -- Analyse biomécanique des facteurs de risques de lésions musculo-squelettiques relies au travail -- Éléments de biomécanique -- Tendon -- Gaine synoviale -- Insertion du tendom dans l'os -- Insertion du tendon dans le muscle -- Méthodologie -- Méthodologie de l'étude ergonomique -- Méthodologie de l'analyse des postures -- Méthodologie de la validation des solutions proposées -- Caractéristiques des cas diagnostiqués -- Changements technologiques -- Étude du travail -- Sertissage -- Enroulage -- Facteurs de risques dus au travail -- Solutions proposées ou implantées pour diminuer les risques de lésions musculo-squelettiques -- Sertissage -- Évaluation des correctifs apportés -- Sertissage -- Analyse des résultats de l'étude -- Appréciation des solutions -- Réflexions de l'ergonome sur cette expérience d'étude ergonomique -- Les facteurs de risques sont-il connus?.


identifier: Shen, Y. (1996). Combining fuzzy logic and neural networks for decision support in an industrial environment  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Fuzzy logic and neural networks -- Fuzzy logic -- Neural networks -- Why combine fuzzy logic with neural networks? -- Fuzzy knowledge database feneration with and without the neufuz method -- Fuzzy knowledge database structure analysis -- The generation of a fuzzy knowledge database with the neufuz method -- The definition and the process of the neufuz method -- A simple adding -- The restructure of the cutting parameters from the machining data handbook in a knowledge database in a manual manner -- The running environment for the fuzzy decision support system (FDSS) and the neufuz method -- The neufuz method applications -- Cutting parameters selection -- Pre-travel error correction -- Pole life estimation.


identifier: Zepeda, P. (1996). Etude d'un guide à fentes rayonnantes réglables  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Bref historique du chauffage micro-onde industriel -- Comparaison avec les méthodes traditionnelles du chauffage -- Secteurs de recherche en chauffage micro-onde -- Propriétés des diélectriques -- Premìères études du guide d'ondes à fentes -- Méthodes analytiques courantes pour l'étude des fentes disposées sur un guide d'onde rectangulaire -- Conception d'un applicateur de type guide à fentes -- Principes des fentes rayonnantes -- Revue des principales configurations de fentes rayonnantes -- Théorie sur le guide d'ondes à fentes -- Méthodologie et étude des besoins -- Choix des paramètres de conception du guide d'onde à fentes -- Conception du guide à fentes réglables -- Résultats -- Caractérisation d'une fente -- Simulation du diagramme de rayonnement du guide à fentes -- Essais à haute puissance.


identifier: Thériault, S. (1997). Utilisation d'un système d'information géographique dans la modélisation d'un bassin versant  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Les systèmes d'information géographique -- Principes de base des sytèmes d'information géographique -- Le système d'information géographique SPANS -- Les sytèmes d'information géographique et les ressources hydriques -- Les modèles de prévision hydrologique -- Modélisation du bassin versant -- Processus hydrologiques -- Modèle d'écoulement -- Collecte des données -- Résultats graphiques -- Calcul de débit.


identifier: Quesnel, S. (1996). Essai sous gradient thermique du corindonage des réfractaires : application aux fours de traitement de l'aluminium  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Envergure du travail -- État des connaissances actuelles -- Les fours de maintien et de refonte de l'aluminium -- Revêtement -- Conditions de service -- Choix des matériaux -- Dégradation des réfractaires -- Les essais de corindonage -- Procédure expérimentale -- Étude des paramètres favorisant le corindonage -- Essais d'immersion totale -- Mesures de densité et de porosité -- Résultats et interprétation -- Étude des paramètres favorisant le corindonage -- Utilisation et Évaluation de l'essai EGTC -- Analyse chimique du métal résiduel dans les essais EGTC -- Résultats des essais d'immersion -- Valeurs de densité et de porosité -- Analyse globale des résultats -- Résumé. des résultats.


identifier: Prouvost, A. (2021). New Foundations of Machine Learning for Combinatorial Optimization  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nombreux problèmes de décision à travers la société peuvent se formuler sous la forme de problèmes d'optimisation à variables discrètes. Ces problèmes, comme ceux de la programmation linéaire en nombres entiers, sont généralement N P-dur à résoudre. Dans les dernières décennies, de nombreux travaux de recherche ont été menés pour tenter de résoudre le plus efficacement des problèmes de grande envergure. De nouvelles améliorations restent nécessaires, cependant, à mesure que le domaine progresse, celles-ci deviennent de plus en plus marginales. Il devient également plus difficile de suivre la façon dont les différentes techniques d'optimisation interfèrent les unes avec les autres, comme c'est le cas par exemple dans les solveurs d'optimisation modernes. Dans cette thèse, nous soutenons que l'apprentissage automatique est un candidat prometteur pour remplacer les heuristiques utilisées pas les algorithmes d'optimisation. Les modèles statistiques ont l'avantage de pouvoir s'adapter automatiquement à des problèmes distribués selon une loi de probabilité inconnue (empirique). Plutôt que de remplacer entièrement les algorithmes d'optimisation par des techniques d'apprentissage automatique, nous défendons qu'exploiter les algorithmes d'optimisation existants fournit une structure adaptée à l'apprentissage, ainsi que la possibilité d'exploiter de fortes garanties d'optimalité (losrqu'elles existent). Tout d'abord, nous donnons un exemple d'une manière dont l'apprentissage automatique peut typiquement être utilisé pour résoudre des tâches prédictives. Nous démontrons comment l'apprentissage peut être employé pour mieux modéliser les problèmes d'optimisation sans retravailler l'algorithme d'optimisation. Nous illustrons l'efficacité de la méthodologie en l'appliquant à un problème de tournées de travailleurs de la santé dans le cadre de patients recevant des soins à domicile. Nous entraînons un réseau de neurones récurrent avec les relevés médicaux quotidiens des patients afin d'estimer leur risque d'incident. Ces prédictions fournissent des informations tactiques permettant de hiérarchiser les visites lors du calcul des itinéraires des soignants. Ensuite, nous développons un cadre méthodologique permettant de mieux comprendre les possibilités d'application de l'apprentissage automatique aux problèmes d'optimisation combinatoire. Nous passons en revue la littérature récente et la classons en fonction du degré d'intégration des techniques d'apprentissage et d'optimisation. Nous examinons les différentes méthodes d'apprentissage utilisées, et nous transposons les fondations de la théorie de l'apprentissage statistique à celle de l'apprentissage d'algorithmes d'optimisation. Enfin, en observant les défis d'ingénierie logicielle existants pour mener des recherches sur l'apprentissage automatique à l'intérieur de solveurs d'optimisation combinatoire, nous présentons le développement d'Ecole, une bibliothèque logicielle permettant de surmonter ces obstacles. Notre bibliothèque s'appuie sur les processus de décision de Markov, ainsi que sur la bibliothèque OpenAI Gym, pour fournir des abstractions intuitives et hautement personnalisables. Elle permet de reproduire des travaux de recherche existants avec une accélération significative et une forte réduction de la complexité du code source des utilisateurs.  ABSTRACT: Several decision problems arising in the word involve computing optimal outcomes with regards to discrete choices. These problems, such as mixed integer programming ones, are in general N P-hard to solve. In the last decades, a large body of research has emerged to successfully tackle large-scale optimization problems. New improvements are still needed, but as the field matures, they become harder to establish. It also becomes harder to track how different optimization techniques interfere with one another, as it happens, for instance, in modern optimization solvers. In the present thesis, we argue that machine learning is a promising candidate to complement heuristics in optimization algorithms. Statistical models have the advantage that they can be adapted to a given probability distribution of problem instances in an automated and scalable way. Rather than fully replacing optimization algorithms with machine learning, we argue that leveraging existing optimization algorithms provides useful structure to facilitate learning, as well as the possibility to leverage strong optimality guarantees (when they exist). First, we illustrate one way that machine learning can typically be used for predictive tasks. We show how learning can be practically used to better model optimization problems without reworking the optimization algorithm. We demonstrate the effectiveness of the methodology through an application to an healthcare workers routing problem in the context of home healthcare patients. We train a recurrent neural network on daily medical records of patients to estimate their risk of adverse events. These predictions provide tactical information to prioritize visits when computing care workers routes. Second, we develop a methodological framework to better understand the possible ways of applying machine learning to combinatorial optimization problems. We survey the recent literature and classify it by the level of integration of learning and optimization techniques. We look at the different learning methods used, and transpose key elements of the learning theory to learned optimization algorithms. Finally, motivated by the software engineering challenges to conduct machine learning research inside combinatorial optimization solvers, we present the development of Ecole, a library to overcome these hurdles. Our library builds on Markov decision processes and the OpenAI Gym library to provide intuitive and highly customizable abstractions. It can already be used to reproduce existing research with significant speedup and with reduced complexity in user source code.


identifier: Vatani, P. (2021). Fate of Cyanobacteria after Pre-treatment Using H2O2 and CuSO4: a Mesocosm Experiment  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours d'efflorescences de cyanobactéries (Bloom), en particulier dans les sources d'eau potable, les processus conventionnels de traitement de l'eau sont mis à l'épreuve par l'accumulation de cyanobactéries et la libération potentielle de cyanotoxines. Le pré-traitement a été proposée comme solution pour une suppression efficace des cyanobactéries et de leurs métabolites (y compris les cyanotoxines et les composés de goût ou d'odeur). Pour sélectionner le traitement le plus approprié, il est nécessaire de comprendre le comportement des cyanobactéries et la dynamique de leur composition dans l'ecosystéme après l'ajout du traitement. Peu de travaux sont disponibles pour comparer l'impact de pré-traitement, couramment utilisés, sur la taxonomie et la réponse fonctionnelle de la communauté des bactéries/cyanobactéries. Afin de mieux explorer ce volet, ce travail de maîtrise a été réalisé en utilisant du peroxyde d'hydrogène (H2O2) et du sulfate de cuivre (CuSO4) comme pré-traitements en déployant des mésocosmes (étude à grande échelle) dans deux lacs canadiens, la baie Missisquoi et le Petit-lac-Saint-François (PLSF), durant l'été et l'automne 2019 (3 événements du 12 août au 23 octobre). L'objectif principal était d'évaluer l'impact de H2O2 et de CuSO4 sur le contrôle de la communauté cyanobactérienne.  ABSTRACT: During cyanobacterial bloom, especially in drinking water sources, conventional water treatment processes are challenged by cyanobacterial accumulation and potential cyanotoxins release. Pre-treatment has been proposed as a solution for efficient suppression of cyanobacteria and their metabolites (including taste and odor compounds or cyanotoxins). To select the most suitable pre-treatment, it is required to comprehend the dynamics of cyanobacteria and cyanobacteria behaviour following treatment addition. Little work is available comparing the commonly used pre-oxidants'/algicides' impact on the bacterial/cyanobacterial community and their functional response. To investigate this issue, this master's work was performed using hydrogen peroxide (H2O2) and copper sulfate (CuSO4) as pre-treatments by deploying mesocosms (large-scale study) in lakes such as Missisquoi Bay and Petit-lac-Saint-François (PLSF) during the summer and fall 2019 (for 3 events starting the 12th of August until October 23rd). The main objective was to evaluate the impact of H2O2 and CuSO4 on mitigating the cyanobacterial community.


identifier: Sliwak, J. (2021). Résolution de problèmes d'optimisation pour les réseaux de transport d'électricité de grande taille avec des méthodes de programmation semi-définie positive  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de l'Optimisation des Flux de Puissance (OPF) consiste à déterminer la puissance à produire pour satisfaire la demande électrique à moindre coût, tout en tenant compte des contraintes du réseau de transport d'électricité. La résolution de ce problème est aujourd'hui encore un défi, principalement car le problème est non convexe. Récemment, des méthodes d'optimisation globale prometteuses ont été proposées pour résoudre le problème de l'OPF. La plupart de ces méthodes reposent sur la Programmation Semi-Définie (SDP) car les relaxations SDP de l'OPF sont très précises voire exactes. Cependant, la résolution de problèmes SDP de grande taille est très coûteuse, ce qui limite la portée de ces méthodes d'optimisation globale. L'objectif principal de ce projet de recherche est d'accélérer la résolution des relaxations SDP de l'OPF afin de montrer que l'optimisation SDP reste un outil puissant pour l'OPF et ce, même pour des réseaux de grande taille. Pour atteindre cet objectif, nous commençons par concevoir des outils pour faciliter l'implémentation du problème de l'OPF et de ses nombreuses variantes. Nous cherchons ensuite à accélérer la résolution de la relaxation du rang de l'OPF en exploitant des méthodes de décomposition en cliques maximales. Nous proposons une nouvelle stratégie de fusion de cliques qui permet d'améliorer significativement le temps de résolution pour les instances MATPOWER. Nous proposons finalement une méthode d'énumération implicite s'appuyant sur une relaxation SDP pour résoudre différents problèmes d'OPF réactif (des problèmes d'OPF avec des variables binaires). Notre méthode permet de calculer la solution optimale ou au moins une bonne solution réalisable pour toutes les instances MATPOWER, y compris pour les plus gros réseaux. De plus, elle calcule de meilleures solutions qu'une heuristique d'arrondi, dans une limite de temps raisonnable et de manière robuste. Ainsi, nous montrons dans cette thèse qu'il est possible d'accélérer significativement la résolution de la relaxation du rang de l'OPF, la principale relaxation SDP utilisée dans le contexte de l'OPF. Nous démontrons aussi que l'optimisation SDP est un outil puissant pour résoudre des problèmes d'OPF réactif et cela même pour des réseaux de plus de 6000 nœuds.  ABSTRACT: The Optimal Power Flow (OPF) is a famous power system optimization problem. It consists in computing an optimal power generation dispatch for an alternating current transmission network that respects power flow equations and operational constraints. The OPF problem is highly nonconvex and there is still no efficient method to solve this problem to global optimality. Nevertheless, promising methods have been proposed recently. Most of them are based on Semidefinite Programming (SDP) since semidefinite relaxations of OPF problems are tight. However, the resolution of semidefinite relaxations is very costly, especially for large-scale networks. Therefore, all promising methods depend on large-scale SDP problems being solved efficiently. The main objective of this research project is to decrease the resolution time of semidefinite relaxations of OPF problems to demonstrate that semidefinite relaxations are still powerful to solve OPF problems, even for large-scale networks. To reach this objective, we first conceive programming tools to facilitate the implementation of the OPF problem and its variants. We then seek to speed up the resolution of the rank relaxation for OPF problems thanks to clique decomposition techniques. We propose a new strategy of clique merging which significantly improves the solving time for MATPOWER instances. We finally propose a SDP-based Branch-and-Bound algorithm to solve several Reactive OPF problems that contain binary variables. Our algorithm computes the optimal solution or at least a good feasible solution for all MATPOWER instances, including for large-scale networks. Moreover, it computes better solutions than a rounding heuristic and it is also more robust. Thus, we show in this thesis that it is possible to significantly speed up the resolution of the rank relaxation of the OPF problem, which is the main SDP relaxation used to solve OPF problems. We also demonstrate that semidefinite programming is a powerful tool to solve Reactive Optimal Power Flow problems, even for networks with more than 6000 buses.


identifier: Temgoua, M. D. (2021). Évaluation de la ségrégation dans deux parcs à résidus inactifs situés en Abitibi  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le dépôt hydraulique des rejets (avec un pourcentage massique solide ≤ 45 %) dans les parcs à résidus peut être accompagné de la ségrégation qui est la différenciation granulométrique, chimique, minéralogique et hydrogéotechnique observée le long du parc de la digue de dépôt jusqu'à l'étang d'eau. Ainsi, la ségrégation peut affecter la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée (NPS) avec une monocouche de protection en favorisant, par exemple, la baisse du degré de saturation dans les résidus plus grossiers de la zone proche du point de dépôt. La variation des paramètres physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéotechniques devrait être considérée dans la conception de la technique de la nappe phréatique surélevée avec une monocouche de protection. L'objectif du projet de recherche est d'évaluer l'ampleur de la ségrégation dans les parcs à résidus miniers non actifs en déterminant la distribution spatiale des paramètres physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéotechniques des résidus échantillonnés au niveau de 12 stations reparties en 3 rangées sur le parc 3 Est Doyon/Westwood et sur le parc 3 du site Manitou /Goldex. Les rangées sont désignées R1, R2, R3. Les stations sur chaque rangée sont S1, S2, S3, S4 sachant que S1 est la plus proche de la digue et S4 la plus éloignée. Au niveau des zones étudiées sur les deux sites, ces propriétés ne sont pas distinctivement distribuées en réponse à la ségrégation comme décrit théoriquement dans la littérature et comme escompté. Sur le parc 3 Est Doyon, une stratification de résidus de couleur différente a été observée. Chaque échantillon de résidus a été repéré par sa position par rapport à la surface du parc. Les analyses physiques ont été effectuées sur 121 échantillons. Les résidus de la zone d'échantillonnage sont fins. En effet, le pourcentage de fines (P80) est globalement supérieur à 50 % à l'exception de 11 échantillons prélevés à une profondeur comprise entre 100 et 125 cm sur différentes rangées pour lesquels P80 varie entre 26 et 48 %. La granulométrie, la densité relative des grains solides (Gs) et le pourcentage de minéraux lourds (pyrite, rutile) diminuent en s'éloignant de la digue 1 du parc 3 Est, tant en surface qu'en profondeur seulement pour les résidus d'une des trois rangées, la rangée R2 (la distribution est aléatoire pour les rangées R1 et R3). P80 variait, par exemple, pour la rangée R2 entre 28 et 80 % pour la station S1 et entre 47 et 100 % pour la station S4 situé à 67 m de S1. Le diamètre médian (D50) variait respectivement entre 29 µm et 155,2 µm et entre 12 µm et 85 µm pour ces mêmes stations. Sur une distance de 179 m qui sépare les stations S1 des rangées R2 et R3, P80 varie entre 28 et 80 % pour la station S1 de la rangée R2 et entre 38 et 93 % pour la station S1 de la rangée R3. Le pourcentage de diminution du rutile et de la pyrite sur une distance de 67 m, de la station S1 à S4 de la rangée R2, était respectivement de 38 % et 23 % à une profondeur de 50 cm et 33 % et 37 % à 125 cm de profondeur. La conductivité hydraulique (ksat) est plus élevée à la station S1 (ksat = 8,1×10-5 cm/s) et diminue progressivement vers la station S4 (ksat = 2,03×10- 5 cm/s) de la rangée R2. Les valeurs mesurées de ksat sont 8,1×10-5 cm/s, 5,2×10-5 cm/s; 2,6×10-5 cm/s; 2,03×10-5 cm/s respectivement pour les stations R2S1, R2S2, R2S3, R2S4. Ces valeurs sont néanmoins du même ordre de grandeur parce que les résidus appartiennent à la même classe granulométrique. Les pressions d'entrée d'air (ψa) obtenues successivement sur les stations S1, S2, S3 et S4 de la rangée R2 sont respectivement de 14 kPa, 19 kPa, 22 kPa et 23 kPa pour les échantillons de surface. Généralement, ψa de la station S1 est inférieur à celui de la station S4. Sur le parc 3 du site Manitou/Goldex, la monocouche faite de résidus Goldex était homogène sur 125 cm de profondeur. Les caractérisations physiques ont été effectuées sur 126 échantillons. Aucune différence significative n'a été observée après comparaison des valeurs de P80 et Gs. Globalement pour tous les échantillons, Gs varie entre 2,73 et 2,93. En effet, le pourcentage de fines (P80) global est supérieur à 50 %. La distribution de la granulométrie sur le parc était aléatoire. P80 variait entre 30 et 92 % pour la station S1 et entre 45 et 100 % pour la station S4 de la rangée R2. D50 est compris entre 15 µm et 61 µm et entre 13 µm et 93 µm pour ces mêmes stations. Ces stations S1 et S4 sont éloignées de 117 m. Sur une distance de 529 m qui sépare les rangées R1 et R3, P80 variait entre 50 et 81 % et D50 varie entre 30 µm et 104 µm au niveau de la station S1 à 60 cm de profondeur. Les résidus les plus grossiers et les plus lourds se sont déposés au niveau des stations proches de la digue 1 sur le parc 3 Est Doyon/Westwood. Les variations observées sur le parc 3 Manitou/Goldex étaient aléatoires si bien qu'une tendance claire n'a pas pu être déterminée. Pour les sites considérés, les distributions transversale et longitudinale des paramètres étudiés auraient pu être précisées davantage si la séquence de dépôt des résidus miniers et les chemins d'écoulement étaient connus.  ABSTRACT: Hydraulic deposition of tailings (with a pulp density < 45 %) in tailings storage facilities (TSF) can be accompanied by the segregation, which is the particle size, chemical, mineralogical and hydrogeotechnical differentiation observed along the TSF from the deposition dike to the water pond. Thus, segregation may affect the performance of the elevated water table (EWT) technique coupled with a protective monolayer cover by promoting, for example, lower saturation levels in the coarser tailings in the area near the deposition point. Variation in physical, chemical, mineralogical, and hydrogeotechnical parameters should be considered in the design of the EWT technique with a protective monolayer cover if the underlying tailings and the cover tailings have been deposited hydraulically. This paper aims to evaluate the extent of segregation in non-active TSF by assessing the spatial distribution of physical, chemical, mineralogical, and hydrogeotechnical characteristics of the tailings sampled at 12 stations grouped in 3 rows at the Doyon/Westwood TSF 3 East and the Manitou/Goldex TSF 3 site. The rows were named R1, R2, R3. The stations on a row are S1, S2, S3, S4. S1 is the nearest station to the dike of the TSF and S4 is the farthest one. Over the study areas at both sites, these properties are not distinctively distributed in response to segregation as described theoretically in the literature and as expected. At Doyon TSF 3 East, a layering (by color) of different types of tailings was observed. Each tailings sample was identified by its position to the surface of the TSF. Physical testing was performed on 121 samples. No significant differences were observed after comparing the results from one station (or one row) to the next. The tailings from the sampling area are fine. Indeed, the percentage of fines (P80) is globally higher than 50% except for 11 samples (located on stations R2S1, R3S1, R1S2, R2S3, R2S4 at 100 to 125 cm depth) for which P80 varies between 26 and 48%. Nevertheless, the particle size, the specific gravity and the percentage of heavy minerals (pyrite, rutile) decrease away from dike 1, both at the surface and at depth for the tailings in row 2. P80 ranged, for instance, in row 2 (R2) from 28 to 80 % for station S1 and from 47 to 100 % for station S4. The median diameter (D50) ranged from 29 µm to 155.2 µm and from 12 µm to 85 µm for the stations previously cited. Over 179 m, P80 varied between 28 and 80% for station R2S1 and between 38 and 93% for station R3S1. D50 is between 29 µm and 155.2 µm and between 16 µm and 106.5 µm for these same locations. The mass percentage of rutile and pyrite decreases respectively by 38% and 23% from station R2S1 to R2S4 at 50 cm depth and by 33 % and 37 % at 125 cm depth. R2S1 and R2S4 are spaced of 67 m. Saturated hydraulic conductivity (ksat) is highest at station R2S1 and gradually decreases towards station R2S4. Ksat is highest at R2S1 and gradually decreases toward R2S4. The measured ksat are 8.1×10-5 cm/s, 5.2×10-5 cm/s; 2.6×10-5 cm/s; 2.03×10-5 cm/s respectively for stations R2S1, R2S2, R2S3, R2S4. The results are in the same order of magnitude because the tailings belong to the same particle size class. The predicted air entry values (ψa) obtained at R2S1, R2S2, R2S3 and R2S4 are successively 14 kpa, 19 kpa, 21 kpa, 23 kpa for samples located at the surface of the TSF. Generally, there is a decreasing tendency from S1 to S4. At Manitou TSF 3, the Goldex single-layer cover was homogeneous over a depth of 125 cm. Physical analyses were conducted on 126 samples. No significant differences were observed after comparing the results of the analyses. GS varies between 2.73 and 2.93 and the tailings in the sampling area are fine. Indeed, P80 is greater than 50%. The distribution of particle size across the TSF was random. P80 varied between 30 and 92% for R2S1 and between 45 and 100% for R2S4. D50 ranged from 15 µm to 61 µm and from 13 µm to 93 µm for these same stations. R2S1 and R2S4 are 117 m apart. Over 529 m, P80 was found between 50 and 81% and D50 between 30 µm and 104 µm from station R1S1 to R3S1 at 60 cm depth. The coarsest and heaviest tailings were deposited at stations near Dike 1 on Doyon TSF 3 East. The variations observed at TSF 3 Manitou were random so that a clear tendency could not be determined. For  the sites considered, the interaction of particle size parameters with hydrogeotechnical properties and the influence of depth on physical quantities could have been further clarified if the tailings deposition sequence and flow channels could be known.


identifier: Chanu, A. (2006). Conception d'une architecture logicielle pour l'intégration des systèmes de positionnement, contrôle et propulsion d'un dispositif ferromagnétique endovasculaire autonome guidé par IRM  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Problématique actuelle -- Objectifs du projet -- Les piliers du projet -- Objectifs du projet -- Les piliers du projet -- Objectifs et requis de la présente étude -- Contraintes du projet -- Description de l'environnement informatique du système d'imagerie par résonance magnétique retenu -- Séquences IRM -- Environnement de développement : IDEA/ICE -- Capacités en temps réel de l'Avanto -- Interaction, intégration des modules et vues d'ensemble de l'architecture -- Constitution des classes.


identifier: Régnier, A. (2008). Détermination d'un horaire optimal d'arrêt des groupes turbo-alternateurs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Introduction -- Présentation du problème -- La gestion des réserves d'eau -- Application de la gègle optimale de gestion -- Déterminer un horaire d'arrêts -- Modifications de l'enveloppe supérieure des DEB [MAX, I, T].


identifier: Arzate, A. (2004). Étude hydrodynamique du couchage du papier par jet  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Le couchage sans contact du papier -- Les systèmes d'enduction sans contact -- L'état d'avancement dans le domaine du couchage par jet -- La théorie de couche limite près d'une plaque plane -- L'hydrodynamique du système d'enduction par jet -- La nature des sauces de couchage -- Conception d'un banc d'essais -- Fluides étudiés -- Visualisation des écoulements -- Étude de la couche limite d'air -- Air entrainment on a moving continuous web -- L'hydrodynamique de l'enduction avec des fluides non pigmentés -- Viscosité extensionnelle des sauces de couchage -- Localisation de la ligne de mouillage avec des sauces de couchage.


identifier: Nzale Mimbe, W. A. (2021). Traitement des discontinuités pour la simulation des réseaux électriques et des circuits d'électronique de puissance  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes électriques connaissent des évolutions perpétuelles dans le but de satisfaire une demande en énergie de plus en plus grandissante, ceci dans des conditions d'opération optimales. La simulation de tels systèmes fait face à de nombreux défis à cause de la complexité qui les caractérise. Cette thèse développe de nouvelles méthodes de simulation dans le domaine du temps des transitoires de réseaux électriques et des circuits d'électronique de puissance. Les méthodes présentées visent un traitement plus efficient des discontinuités. Elles permettent d'améliorer la précision et parfois de réduire les temps de calcul par rapport aux méthodes existantes. La relative simplicité d'implémentation dans des logiciels existants représente également une caractéristique essentielle des méthodes proposées. Ces dernières sont intégrées à des algorithmes qui utilisent l'approche MANA pour la formulation des équations et la méthode trapézoidale pour l'intégration numérique. Les contributions de la thèse peuvent être regroupées en trois grandes parties. Dans la première partie, deux nouvelles méthodes utilisant un pas d'intégration numérique variable sont proposées. La première permet de simuler les transitoires des grands réseaux. Elle implémente une stratégie de changement du pas d'intégration selon le niveau de précision souhaité. La seconde permet de simuler les circuits d'électronique de puissance. C'est une méthode qui utilise l'interpolation linéaire pour détecter les discontinuités avec précision et un pas d'intégration très petit pour les traverser. Les résultats de simulation ont démontré que, comparées aux méthodes de simulation utilisant un pas d'intégration fixe, ces deux méthodes sont capables d'atteindre des précisions excellentes tout en réduisant de manière significative les temps de calcul. La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la simulation des circuits d'électronique de puissance, plus particulièrement à la gestion des discontinuités. Il s'agit en effet de la principale source d'erreurs lors de la simulation de tels circuits. La détection précise des discontinuités par interpolation, la suppression des oscillations numériques et la réinitialisation des variables après chaque discontinuité sont les principales précautions à prendre afin de limiter les erreurs qui se créent pendant la simulation. De plus, il a été établi que l'erreur due aux techniques d'interpolation peut, dépendamment des méthodes, varier selon le moment précis où les variables sont interpolées entre deux points de temps consécutifs. À la lumière de ce résultat et d'analyses complémentaires qui ont été menées, trois nouvelles méthodes de simulation sont proposées.  ABSTRACT: Power systems and embedded power electronics converters are constantly evolving, aiming to satisfy a continuously increasing demand, in optimal operation conditions. The simulation of such systems faces several challenges due to related levels of complexity. This thesis develops new methods for time-domain simulation of transients in power networks and in power electronic circuits. The presented methods focus on discontinuities treatment. They improve accuracy and sometimes reduce computing times when compared to existing methods. The relative ease of implementation in actual software for the simulation of electromagnetic transients represents a key characteristic of the proposed methods. The contributions of the thesis are organised into three main parts. In the first part, two variable time-step methods are proposed. The first one is designed for the simulation of transients in power networks. It implements a variable time-step strategy based on expected accuracy level. The second one is dedicated to the simulation of power electronic circuits. Basically, this method uses linear interpolation to accurately locate discontinuities and a much smaller time-step to cross them. Simulation results show that, when compared to fixed time-step methods, the proposed methods can reach excellent accuracy levels while significantly reducing computing times. The second part of this thesis focuses on the simulation of power electronic circuits, specifically on the treatment of discontinuities. Discontinuities are the main sources of errors in the simulation of power electronic circuits. Accurate tracking of discontinuities through interpolation, suppression of numerical oscillations and re-initialisation of network variables after discontinuities are main features that must be implemented in simulation algorithms to reduce simulation induced errors. Furthermore, it has been established that errors due to interpolation techniques may, depending on the methods, vary with respect to the exact moment at which network variables are interpolated in between consecutive time-points. Regarding this observation and based on complementary analysis, three new simulation methods are proposed. Tested on practical circuits and compared to existing methods, the proposed methods show significant accuracy improvement without significant deterioration of computing times. Finally, the third and last part of this thesis focuses on the simulation of nonlinear circuits. Some existing methods are presented, and their limits are analyzed.


identifier: Tang, R. (2021). Modèle de ligne à transformation constante basé sur le modèle large-bande  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans  ce  mémoire,  un  nouveau  modèle  pour  les  lignes  aériennes  dérivé  du  modèle  large-bande  (Wideband en anglais, WB) est présenté pour sa spécialité d'utiliser une matrice de transformation  constante  et  réelle  durant  la  procédure  d'identification  de  ces  deux  fonctions  matricielles  :  la fonction de propagation H et l'admittance caractéristique Yc, sachant que l'identification de deux  fonctions  matricielles  dans  le  domaine  fréquentielle  est  une  étape  clé  pour  les  modèles  de  type   large-bande et le modèle actuel utilise une matrice complexe dépendante de la fréquence. Le modèle à transformation constante a le mérite de présenter des avantages de simplicité de calcul  et d'intuitivité au niveau du codage comparé à la méthode de référence WB utilisé actuellement  dans le logiciel de simulation EMTP-RV. Le lissage des données se fait par la technique de lissage vectoriel grâce à sa précision et facilité  d'implémentation. Pour réaliser la procédure de transformation constante,  un point de fréquence  est choisi et sa matrice de transformation correspondante est utilisée. Cependant, ce choix doit être  fait  avec  précaution,  car,  certains  points  peuvent  causer  une  non-passivité  du  modèle  et  ceci   deviendra une source d'instabilité. Nous avons proposé un algorithme qui permet de choisir le point  de fréquence à la fois rend le système passif, et donne le moindre d'erreur RMS d'approximation.  Une amélioration a aussi été faite pour rendre le modèle plus robuste, le lissage de Yc est fait avec  une matrice dépendante de la fréquence, parce que le lissage de Yc n'est pas satisfaisant avec une  matrice constante. La  simulation  temporelle  a  prouvé  la  faisabilité  du  nouveau  modèle  en  donnant  des  résultats   suffisamment précis. Après avoir testé différents points de fréquence, cette variation de fréquence  ne  donne  pas  d'impact  significatif  sur  l'étude  des  pics  de  surtension  de  commutation.  Mais  le  résultat varie plus ou moins d'un cas à l'autre, il n'existe pas de critères permettant de conclure au  meilleur choix du point de fréquence. Le  modèle  à  transformation  constante  est  par  conséquent  un  modèle  qui  est  valide  et  faisable.  L'optimisation  de  la  matrice  de  transformation  afin  de  réduire  l'erreur  d'approximation  mais  en   gardant la passivité requiert future recherche.  ABSTRACT: In this thesis, a new model for overhead lines derived from the Wideband (WB) model is presented  for its speciality of using a real constant transformation matrix during the identification procedure  of the following two matrix functions: the propagation function H and the characteristic admittance  Yc, knowing that the identification of two matrix functions in the frequency domain is a key step  for Wideband models and the current model uses a complex frequency dependent matrix. The constant transformation model has the merit of being computationally simple and intuitive at  coding compared to the WB reference method currently used in the EMTP-RV simulation software. The fitting is achieved by the vector fitting technique due to its accuracy and ease of  implementation. To perform the constant transformation procedure, a frequency point is chosen,  and its corresponding transformation matrix is used. However, this choice must be made with care,  as  some  points  may  cause  passivity  violation  of  the  model,  and  this  will  become  a  source  of   instability.  We  have  proposed  an  algorithm  that  allows  to  choose  the  frequency  point  that  both   makes the system passive and gives the least RMS error of approximation. An improvement was  also proposed to make the model more robust, the fitting of Yc is done with a frequency dependent  matrix, because the fitting of Yc is not as satisfactory with a constant matrix. The time domain simulation proved the feasibility of the new model by giving sufficiently accurate  results. After testing different frequency points, the varying choices of frequency points does not  have  significant  impact  on  the  evaluation  of  peak  switching  overvoltage.  Since  the  result  varies   from case to case, there are no criteria to conclude which frequency point is best. The constant transformation model is therefore a valid and feasible model. Optimization of the  transformation matrix to reduce approximation errors while maintain passivity requires further  research.


identifier: Mahdi, S. (2021). Outil de planification de tournées de transport à la demande pour la desserte de gares de train de banlieue  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'accès aux transports publics a toujours été une préoccupation; mais plus récemment, l'intérêt s'est accru pour la rationalisation de la "chaîne" de déplacements, qui comprend le voyage vers et depuis les stations ou les arrêts désignés par les différents modes de transport (Givoni & Rietveld, 2007). Le gouvernement du Québec a confirmé des objectifs très ambitieux à horizon 2030 pour la réduction des émissions de GES (-37,5%) et de la consommation d'hydrocarbures (-40%). Pour atteindre leurs objectifs, plusieurs projets sont mis en place comme l'exploration du potentiel de transport collectif flexible comme le microtransit. Ce mémoire étudie le potentiel de microtransit dans le réseau de transport métropolitain de Montréal géré par la compagnie Exo. L'organisme Exo a débuté ses activités le 1er juin 2017 et englobe sous sa charge l'agence métropolitaine de transport(AMT) et 14 organismes de transport locaux. Dans ce contexte, nous cherchons par ce mémoire à faciliter Exo à choisir la meilleure stratégie pour implémenter ce nouveau service complémentaire à leur offre de transport.  Nous avons développé un algorithme itératif inspiré de l'algorithme de « Recherche taboue » , une métaheuristique employant des méthodes de recherche locale utilisées pour l'optimisation mathématique. Cet algorithme est ensuite utilisé pour répondre aux questions assujetties au projet comme la taille optimale de la flotte véhicule pour répondre à la demande d'une gare prédéterminée. Les résultats de ce mémoire sont encourageants pour la clientèle utilisant le service de train pour se rendre ou quitter leur domicile. Nous concluons que le potentiel de microtransit est présent avec 60% des usagers se situant dans un rayon de 2,5 km de la gare de départ. De plus, nous avons développé un tableau de bord visant à donner la liberté au gestionnaire d'effectuer des tests sur les usagers. Les différentes variables dans ce site web correspondent à la taille des véhicules , de la flotte, du temps de trajets maximum du véhicule de desserte, la catégorie de client choisie comme le ramassage de client se déplaçant avec leur véhicule personnel, la gare et l'heure de départ du train.  ABSTRACT: Access to public transport has always been a concern; but more recently, interest has grown in rationalizing the "chain" of trips, which includes travel to and from designated stations or stops by different modes of transport (Givoni & Rietveld, 2007). The Quebec government has confirmed very ambitious targets for the reduction of GHG emissions (-37.5%) and hydrocarbon consumption (-40%) by 2030. To reach their objectives, several projects are being implemented such as the exploration of the potential of flexible public transportation such as microtransit. This paper studies the potential of microtransit in the Montreal metropolitan transportation network managed by Exo. Exo began operations on June 1, 2017 and includes the Metropolitan Transportation Agency (MTA) and 14 local transit agencies. In this context, we aim to facilitate Exo to choose the best strategy to implement this new service complementary to their transportation offer. We have developed an iterative algorithm inspired by the Taboo Search algorithm, a metaheuristic employing local search methods used for mathematical optimization. This algorithm is then used to answer the project question such as the optimal size of the vehicle fleet to meet the demand for a predetermined station. The results of this thesis are encouraging for customers using the train service to travel to and from their homes. We conclude that the potential for microtransit is present with 60% of the users being within 2.5 km of the departure station. In addition, we have developed a dashboard to give the manager the freedom to test the users. The different variables in this website correspond to the size of the vehicles, the fleet, the maximum travel time of the vehicle, the category of customer chosen as the collection of customers moving with their personal vehicle, the station, and the time of the departure of the train.


identifier: Font, L. (2021). Génération automatique de preuves pour un logiciel tuteur en géométrie  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le logiciel QED-Tutrix est un tuteur intelligent qui offre un cadre aidant les élèves de secondaire à résoudre des problèmes de géométrie. Une de ses caractéristiques fondamentales est l'aspect tuteur, qui accompagne l'élève dans sa résolution du problème, et l'aide à avancer en cas de blocage par le biais de messages, personnalisés selon son avancement dans la preuve. Une autre de ses caractéristiques est de rester proche de la façon dont un élève résoudrait le problème avec un papier et un crayon, et, par conséquent, lui permet d'explorer la construction de sa preuve dans l'ordre de son choix. En d'autres termes, si le premier instinct de l'élève est de remarquer une caractéristique de la situation géométrique n'étant ni un conséquent direct des hypothèses, ni un élément directement nécessaire à la conclusion, QED-Tutrix lui permet de commencer à résoudre le problème à partir de ce résultat intermédiare. Ces deux caractéristiques créent une difficulté importante. En effet, le logiciel doit fournir une aide personnalisée selon l'avancement de l'élève, qui peut contenir des éléments de preuve très variés et sans nécessairement de rapport direct entre eux, pouvant par exemple appartenir à plusieurs chemins de preuve distincts. Par conséquent, le logiciel doit connaître à l'avance les différents chemins de résolution possibles pour chaque problème, et être capable d'analyser ces chemins pour déterminer dans quelle direction l'élève se dirige. Pour résoudre cet enjeu, le logiciel associe à chaque problème une structure de données, nommée le graphe HPDIC et présentée plus en détail dans les sections centrales de ce document, qui permet de représenter sous forme de graphe toutes les preuves possibles pour un problème donné. Ainsi, il devient possible d'analyser finement l'avancement de l'élève dans sa résolution du problème, et ce quel que soit l'ordre dans lequel il a fourni les éléments de la preuve.  ABSTRACT: The QED-Tutrix project has the ultimate goal of creating, improving, and expanding the eponym tutor software, to accompany high school students in the resolution of geometry problems. Based on proven mathematics education theories, it has several distinctive characteristics. First, as a tutor software, the tutoring aspect is paramount. The virtual tutor, aptly named Professor Turing, is tasked with helping the student through the entire resolution process, from the exploration of the problem to the redaction of the proof. Second, the software as a whole stays close to the way students would typically solve a problem with paper and pencil, while adding digital tools to improve this process. This includes a dynamic geometry interface to explore the problem, a listing of available justifications, such as definitions or theorems, and a semi-automated redaction engine. Further, the student is allowed, like in real life, to construct the proof by adding elements in any order, for example by noticing a particular geometrical result on the figure, that is neither a hypothesis of the problem or its conclusion. It is possible in QED-Tutrix to begin the proof “in the middle”, by stating this particular result and working from there.These educational goals create interesting issues from a computer science point of view. Indeed, the tutoring is tailored to the exact point of the resultion reached by the student, and this point can be quite discontinuous since the elements of the resolution may have been entered in any order, can be unrelated, or pertain to different possible proofs of the problem. As a logical consequence, in order for the software to “know” what the student is doing and, mostly, what he or she is missing to complete the resolution, it is necessary to know, beforehand, all the possible proofs for the problem.


identifier: Habibzadeh Motlagh, A. (2021). Detection, Classification, and Modeling Evaluation of Network Intrusions  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les intrusions dans le réseau peuvent causer des dommages importants à différents systèmes. L'utilisation de méthodes d'apprentissage automatique nous aidera à identifier les intrusions au moment de l'occurrence de l'intrusion afin que nous puissions identifier les intrusions si tôt afin d'arrêter de manière significative les dommages. En outre, la classification nous aide à identifier et à reconnaître la catégorie et le type de l'intrusion concomitante. En conséquence, nous connaîtrons la stratégie appropriée pour vaincre l'intrusion puisque nous comprenons son type. Dans cette recherche, nous avons présenté différentes méthodes pour détecter les intrusions réseau ainsi que pour les classer. Nous présentons trois modèles de détection et de classification des intrusions réseau dans le but d'atteindre une précision supérieure à celle de la littérature existante. Nous avons utilisé trois méthodes, à savoir l'arbre de décision, la forêt aléatoire et l'approche d'apprentissage en profondeur. Tous les modèles proposés ont atteint des précisions supérieures à celles de la littérature existante, tandis que le modèle d'arbre de décision a obtenu le résultat le plus précis.  ABSTRACT: Network intrusions can cause significant damage to different systems. Using machine learning methods will help us to identify the intrusions at the time of the occurrence of the intrusion so that we can identify the intrusions so soon in order to significantly stop the damages. Besides, the classification assists us to identify and recognize the category and type of the concurring intrusion. As a result, we will know the proper strategy to defeat the intrusion since we comprehend its type. In this research, we have presented different methods for detecting network intrusions as well as classifying them. We present three models for the detection and classification of network intrusions with the aim of achieving higher accuracy than the existing literature. We have used three methods, namely Decision Tree, Random Forest, and Deep Learning Approach. All of the proposed models have achieved high accuracies than the existing literature while the decision tree model achieved the most accurate result.


identifier: Coulombe, C. (2021). Support à la conception intégrée de manipulateurs aériens  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les manipulateurs aériens (UAM - Unmanned aerial manipulator) sont des systèmes robotiques aériens combinant l'agilité de leur base, sous forme de multicoptère, à la capacité de manipulation du ou des bras robotiques montés. Ils peuvent être utilisés dans des contextes où leur manoeuvrabilité, leur petite taille et leur autonomie en font des alliés intéressants, comme dans des missions de récupération à la suite de catastrophes ou encore dans des entrepôts automatisés. Les tâches pouvant être accomplies par les UAM sont variées, pouvant aller de la simple préhension d'objets pour leur transport, au perchage ou à la fermeture de valves. Afin d'accomplir ces tâches, les UAM doivent être équipés de nombreux sous-systèmes interagissant entre eux. La polyvalence de l'UAM complexifie le processus de conception, car il doit tenir compte de la ou des tâches pour lesquelles il sera utilisé. Cette thèse propose le développement de méthodes de support à la conception pour la commande et la planification de missions. Dans le cadre de la conception d'un UAM, ou de tout produit mécatronique, le système doit être considéré dans son ensemble afin d'obtenir un design optimal. Cependant, la complexité de conception associée aux nombreux sous-systèmes nécessaires peut forcer les concepteurs à se concentrer sur la conception détaillée de ceux plus critiques. Il est alors possible de supporter la conception en utilisant des méthodes facilitant l'intégration. Puisque les requis de conceptions pour les sous-systèmes varient en fonction de la tâche pour laquelle ils sont conçus, ces méthodes sont développées spécifiquement pour une tâche. Dans le cas présent, les tâches de saisies d'objets statiques sont étudiées. Tout d'abord, les tâches pouvant être accomplies ont été colligées en une taxonomie permettant de les catégoriser selon le type de contact nécessaire, la description de la tâche, les conditions environnantes ainsi que la présence de contraintes temporelles. La catégorisation a été obtenue suite à une revue de littérature du domaine ainsi qu'une méthodologie d'acquisition d'information par vidéo. Au même titre que les taxonomies de type de saisie avec une main, cette taxonomie permet de supporter la conception d'un UAM en simplifiant la description des tâches et en facilitant ainsi la définition du problème de conception. Elle permet aussi de baser la description d'une mission complexe en plusieurs tâches simples. Par la suite, une méthode de support à la conception de lois de commande pour UAM est développée sur la base de la synthèse Hx structurée. Le correcteur est conçu à partir de la modélisation dynamique linéarisée de l'UAM. Cette dernière est complexe au fait des interactions hautement couplées entre le multicoptère et le bras robotique. Les équations dynamiques générales d'un UAM sont dérivées à partir de la dynamique d'un multicoptère combinée à celle du bras robotique, obtenue par la méthode de Newton-Euler récursive. La structure de correction choisie possède des gains séquencés en fonction des angles des articulations du bras robotique. Le correcteur obtenu par la synthèse Hx structurée permet de stabiliser le quadricoptère en plus de répondre au cahier des charges défini pour toutes les positions du bras robotique, soit un amortissement supérieur à 0.4 pour les pôles du système et une erreur en régime permanent inférieure à 0.1% pour les signaux contrôlés. Le correcteur développé est aussi robuste à une variation des valeurs de paramètres physiques de 10% par rapport à ceux utilisés lors de l'obtention des gains. Pour terminer, le second sous-système étudié est une méthode pour la sélection optimale d'un UAM dans une flotte en fonction de la tâche de saisie à accomplir. La sélection est effectuée à partir d'un classificateur obtenu par apprentissage profond. Le classificateur permet de choisir l'unité la plus apte à accomplir la tâche parmi ceux disponibles dans la flotte, en prenant en entrée une description de l'environnement local, ainsi qu'une description de la tâche. L'environnement est représenté sous la forme d'un nuage de points, tandis que la tâche est définie par l'orientation de la saisie, sous la forme d'un quaternion. La position de la tâche est considérée comme l'origine du nuage de points. Afin d'entraîner le classificateur, une base de données de 20000 éléments est obtenue en combinant aléatoirement des bases de données existantes pour générer des scènes et des tâches. Les étiquettes associées à chacun des éléments sont obtenues par une méthode à base de planification de trajectoire pour sélectionner l'UAM le plus efficace à accomplir la tâche. Le classificateur est entraîné avec la base de données créée et obtient une précision de classification de 70%. Une expérience avec des scènes réelles permet de confirmer une précision similaire et donc que l'entraînement avec des données simulées peut être utilisé avec des scènes et des tâches réelles. La méthode de sélection par classificateur est alors 100 fois plus rapide que celle à base de planification de trajectoire.  ABSTRACT: Unmanned aerial manipulators (UAMs) are aerial robotic systems combining the agility of their multicopter base with the manipulation capabilities of the mounted robotic arm(s). They can be used in situations where their maneuverability, small size and autonomy make them interesting allies, such as in disaster recovery missions or in automated warehouses. The tasks that can be performed by UAMs are varied; simple gripping, valves closing, perching and force application are some of them. In order to accomplish these tasks, UAMs must be equipped with numerous subsystems that interact with each other. Their versatility complicates the design process, as it must take into account the tasks for which the UAM will be used. This thesis proposes the development of design support method for control and mission planning of a UAM. When designing a UAM or any mechatronic product, integrated design is necessary in order to obtain an optimal system. However, the complexity of designing individual subsystems can force designers to focus on the detailed design of those most critical. Design support methods allow designers to simplify this process and thus promote integration and the integrated design aspect. Since the design requirements for subsystems may vary depending on the task for which they are designed, these methods are developed specifically for a static object grasping. First, the tasks that can be performed are summarized in a taxonomy where they are categorized according to the type of contact required, the task description, the surrounding conditions and the presence of temporal constraints. The categorization was obtained following a literature review of the field as well as a video information acquisition methodology, in which the most recent advances in the field were collected. Like the grasping type taxonomies, this taxonomy supports the design of UAMs by simplifying the task description and thus facilitating the definition of the design problem. It also allows the separation of complex missions into multiple simple tasks. Subsequently, the development of a design support method for a UAM controller is based on the Hx structured controller synthesis framework. The controller is designed on the linearized dynamic modeling of the UAM. The latter is complex due to the highly coupled interactions between the multicopter and the robotic arm. The general dynamic equations of a UAM are derived from the dynamics of a multicopter combined with that of the robotic arm, obtained by the recursive Newton-Euler method. The chosen controller structure is gain-scheduled with respect to the robotic arm joint angles. The controller obtained by the structured Hx synthesis method allows to stabilize the quadcopter base in addition to answering the specifications defined at all positions of the robotic arm; a pole damping higher than 0.4 and a steady state error inferior to 0.1% for the controlled signals. It is also robust to variations in the physical parameter values up to 10% compared to those used during the controller tuning. Finally, the second subsystem studied is a method for the optimal selection of a UAM in a fleet according to the grasping task at hand. The selection is performed based on a deep learning classifier. The classifier is used to select the most suitable unit to perform the task among those available in the fleet, using a description of the local environment and the task as input. The environment is represented as a point cloud, while the task is defined by a quaternion representing the grasping orientation. The position of the task is considered as the origin of the point cloud. In order to train the classifier, a database of 20000 elements is generated by randomly combining existing databases into novel scenes and tasks. The labels associated with each of the features are obtained using a path planning based method to select the most efficient UAM to accomplish the task. The classifier is trained with the created database and reaches a classification accuracy of 70%. An experiment with real scenes confirms similar accuracy levels and thus that the model trained with simulated data can also be used with real scenes and tasks. The classifier-based selection method is 100 times faster than the one using path planning.


identifier: Mérabet, R. (2021). Aerodynamic Simulations of Helicopter Rotors through the Actuator Line Method  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les hélicoptères se distinguent des autres aéronefs par leur polyvalence inégalée dans leur capacité de vol vertical efficace leur permettant d'accéder facilement à des zones reculées. Bien que les capacités de vol vertical et leurs performances soient d'une importance primordiale, l'hélicoptère d'aujourd'hui doit encore fonctionner efficacement dans tous les régimes de vol, comme le vol vers l'avant, la descente et en interaction étroite avec les obstacles environnants sur des terrains difficiles. Ces défis, en particulier le dernier, s'étendent également à un champ plus large de véhicules à décollage/atterrissage vertical plus généraux tels que les drones sous la forme de micro-véhicules aériens et l'avènement de la mobilité aérienne urbaine. Toutefois, en raison de la grande polyvalence et de l'applicabilité de l'aéronef, il serait impossible pour les concepteurs d'envisager tous les cas de vol et les configurations hors design dans lesquels les opérateurs utilisent l'aéronef. Pour certaines de ces applications spécifiques, il est nécessaire d'évaluer les performances de vol des hélicoptères dans des conditions de vol difficiles. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier les calculs aérodynamiques haute-fidélité des rotors d'hélicoptères dans diverses conditions de vol. Des conditions telles que le vol stationnaire, le vol avant, l'effet de sol et l'interaction avec un bâtiment de faible hauteur sont évaluées. Les simulations traditionnelles de haute fidélité basées sur les méthodes Navier-Stokes par Moyennage de Reynolds Instationnaire (U-RANS) peuvent prendre jusqu'à plusieurs semaines sur des centaines de coeurs de CPU pour compléter un calcul pour une configuration, ce qui les rend intensives en temps et en calcul. Pour tenter d'enrayer ce problème, un modèle, toujours basé sur un cadre U-RANS haute fidélité, est exploré. La méthode développée doit simuler et prédire avec précision les principaux paramètres de performance du rotor tels que la poussée, le couple, le facteur de mérite et le sillage général du rotor. Le modèle retenu est la méthode de la ligne actuatrice (ALM). Cette méthode, qui est largement utilisée pour les simulations d'éoliennes, remplace les pales du rotor par des termes sources de quantité de mouvement dans les équations U-RANS. La suppression du maillage des pales réduit considérablement la taille du maillage de calcul, ce qui diminue le coût de calcul. Tout d'abord, afin d'adapter l'ALM aux écoulements de rotor d'hélicoptère, une étude paramétrique est réalisée dans un cadre simplifié. Dans un cadre bidimensionnel, différentes méthodologies d'échantillonnage de la vitesse sont testées avec l'échantillonnage intégral de la vitesse s'avérant supérieur. D'autres sensibilités du modèle liées à la modélisation et à l'écoulement sont évaluées et caractérisées. Ensuite, une simple extension en 3D pour une application d'aile fixe montre l'adéquation de la méthode dans le traitement des écoulements 3D. Ensuite, l'ALM est appliquée à un rotor en vol stationnaire. Un kernel Gaussien tronquénormalisé correctement ajusté donne des résultats supérieurs en termes de capacités de prédiction des coefficients du rotor. L'ALM produit également un sillage tourbillonnaire similaire à celui d'une simulation avec les pales pleinement résolues. Troisièmement, la méthode est appliquée à un cas de vol axial où les capacités de prédiction du modèle ALM sont presque identiques par rapport à la simulation de référence avec pales entièrement résolue. L'ALM est également capable de prédire la diminution linéaire du facteur de mérite pour un rotor en montée avec une grande précision. En descente, l'accord est moins bon en raison de l'absence de régime d'anneau tourbillonnaire sensé être présent tel qu'observé dans les résultats expérimentaux. Enfin, l'ALM est testée dans des conditions d'écoulement de plus en plus complexes, y compris le vol stationnaire en effet de sol, le vol avant en effet de sol, en effet de sol en interaction avec un obstacle en forme de boîte, avec et sans vent incident. Dans tous les cas, l'ALM est capable de prédire les tendances globales de l'écoulement avec une petite erreur de prédiction de la poussée dans les états d'effet de sol les plus extrêmes. La méthode est également capable de prédire la magnitude relative et le changement d'orientation du coefficient de moment. L'ALM est par ailleurs en bon accord avec les simulations de référence avec les pales pleinement résolues. La concordance globale de l'ALM avec les simulations à pales entièrement résolues et les données expérimentales démontre ses capacités à prédire avec précision l'écoulement autour d'un rotor ainsi que ses performances dans des conditions difficiles. La méthode est donc jugée apte à remplacer les simulations à pales entièrement résolues qui sont plus coûteuses en temps de calcul.  ABSTRACT: Helicopters distinguish themselves from other aircraft by their unparalleled versatility in their capacity of efficient vertical flight allowing them to access remote areas easily. Although vertical flight capabilities and their performance are of primordial importance, today's helicopter must still operate in all flight regimes efficiently such as forward flight, descent and in close interaction with surrounding obstacles over challenging terrain. These challenges, in particular the latter, also extend to a widening field of more general vertical take off/landing vehicles such as drones in the form of Micro Air Vehicles and the advent of urban air mobility. However, due to the wide versatility and applicability of the aircraft, it would be impossible for designers to consider all flight cases and off-design configurations that third parties use or operate the aircraft in. For some of these specific applications, there remains a need to evaluate the aerodynamic performances of helicopters in possibly challenging conditions. The main objective of this thesis is to study the high fidelity aerodynamic computations of helicopter rotors in various flight conditions. Conditions such as hover, forward flight, ground effect and in interaction with a low-rise building are assessed. Traditional high fidelity simulations based on Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (U-RANS) methods can take up to several weeks on hundreds of CPU cores to complete a computation for one configuration, making them time and computationally intensive. In an attempt to curtail this issue, a model, still based on a high fidelity U-RANS framework, is explored. The developed method needs to accurately simulate and predict the main rotor performance metrics such as thrust, torque, figure of merit and general rotor wake. The Actuator Line Method is the selected model. This method, which is widely used for wind turbine simulations, replaces the rotor blades by momentum source terms in the U-RANS equations. The removal of the blade mesh significantly reduces the computational mesh size thus lowering the computational cost. First, in order to adapt the ALM for helicopter rotor flows, a parametric study is performed in a simplified framework. In a two-dimensional setting, different velocity sampling methodologies are tested with the integral velocity sampling proving superior. Other model sensibilities related to the modelling and the flowfield are assessed and characterized. Then, a simple extension in 3D for a fixed wing application shows the appropriateness of the method in handling 3D flows. Second, the ALM is applied to a rotor in hover. A properly tuned truncated-normalized Gaussian kernel showed superior results in terms of integrated coefficient prediction capabilities. The ALM also produces a similar tip vortex wake when compared to an equivalent blade resolved simulation. Third, the method is applied to an axial flight case where the predictive capabilities of the ALM model are near identical when compared to the fully resolved reference. The ALM is also capable of predicting the linear decrease in figure of merit for a rotor in climb with great accuracy. In descent, less agreement is found due to the mispredicted absence of vortex ring state present in the experimental results. Finally, the ALM is tested in increasingly difficult flow conditions including hovering in ground effect, forward flight in ground effect, in ground effect in interaction with a boxshaped obstacle both with and without incoming wind. In all cases, the ALM is capable of predicting global flow trends with a small misprediction of thrust in the most extreme ground effect states. The method is also capable of predicting the relative magnitude and orientation change of the moment coefficient. The ALM otherwise agrees well with the reference blade resolved simulations. The overall agreement of the ALM with both the fully blade resolved simulations and the experimental data demonstrates its capabilities in accurately predicting rotor flows in challenging conditions and its appropriateness to replace more costly fully blade resolved simulations.


identifier: Colaïtis, Y. (2021). Stratégie numérique pour l'analyse qualitative des interactions aube/carter  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont permis de développer une approche numérique basée sur la méthode de l'équilibrage harmonique couplée à un algorithme de continuation de type prédicteur-correcteur dans le but de prédire qualitativement des interactions aube/carter dans les moteurs d'avion. Les interactions de contact unilatéral et le frottement sec sont pris en compte au travers d'une loi de pénalité régularisée. Afin d'améliorer la robustesse de la méthodologie, une attention particulière est accordée à l'atténuation du phénomène de Gibbs. Pour ce faire, le schéma d'alternance fréquence/temps utilisé intègre directement un filtrage de Lanczos des efforts de contact non-linéaires, ce qui permet d'éliminer la majeure partie des oscillations parasites associées au phénomène de Gibbs. La méthodologie proposée n'impose aucune restriction, en termes de modélisation, par rapport aux stratégies industrielles d'intégration temporelle existantes. L'approche développée est appliquée en conjonction d'une technique de réduction modale sur plusieurs modèles éléments finis 3D d'aubes industrielles (compresseur et soufflante) ainsi que sur une roue aubagée complète dotée de 21 aubes. Afin d'évaluer l'influence de la régularisation de la loi de contact et du filtrage de Lanczos, les résultats obtenus sont méticuleusement comparés à une stratégie numérique existante, faisant état de référence sur le sujet, basée sur l'intégration temporelle couplée à une gestion du contact par multiplicateurs de Lagrange et ayant déjà été confrontée avec succès à des résultats expérimentaux. Les résultats présentés démontrent un très bon accord entre la méthodologie proposée et la stratégie numérique d'intégration temporelle de référence. Une analyse de la stabilité locale des solutions calculées est également effectuée sur base de la théorie de Floquet par le biais du calcul de la matrice de monodromie et de la résolution du déterminant de Hill. Les résultats obtenus à l'aide de l'approche fréquentielle proposée permettent d'enrichir la compréhension des phénomènes vibratoires inhérents aux interactions aube/carter : ils aboutissent à une analyse qualitative de ces interactions et permettent avantageusement d'estimer précisément la fréquence de résonance non-linéaire. Mots-clés : méthode de l'équilibrage harmonique, continuation numérique, contacts aube/carter, frottement aube/carter, interactions rotor/stator, phénomène de Gibbs, théorie de Floquet, analyse de stabilité, bifurcation.  ABSTRACT: This thesis introduces a frequency-domain numerical methodology based on the harmonic balance method coupled to a predictor-corrector continuation algorithm for the qualitative analysis of blade-tip/casing contacts in aircraft engines. Unilateral contact and dry friction are taken into account through a regularized penalty law. In order to enhance the robustness of the methodology, attention is paid to the mitigation of the Gibbs phenomenon. To this end, the employed alternating frequency/time scheme features a Lanczos filtering so that spurious oscillations of the computed nonlinear contact forces become negligible. The proposed methodology is shown to be fully compatible with the numerical models used for existing industrial time integration strategies. The proposed numerical methodology is combined with a model reduction technique on several industrial blades (compressor and fan) as well as on a full 21-blades bladed disk. In order to assess the influence of both contact law regularization and Lanczos filtering, obtained results are thoroughly compared to an existing, state-of-the-art, time integration-based numerical strategy relying on a Lagrange multiplier-based approach for contact treatment that was previously confronted to experimental results. The presented results underline the very good agreement between the proposed methodology and the reference time integration numerical strategy. A local stability analysis of the computed solutions is also performed thanks to Floquet theory by means of both monodromy matrix computation and Hill's determinant solution. These results thus complement existing time integration-based results on blade-tip/casing contact, providing a much needed qualitative understanding of the interaction and an accurate estimation of the nonlinear resonance frequency. Keywords: harmonic balance method, numerical continuation, blade-tip/casing contacts, rotor/stator interaction, Gibbs phenomenon, Floquet theory, stability analysis, bifurcation.


identifier: Velasco Acosta, A. P. (2021). Développement d'une méthodologie de sélection de méthodes pour la planification et le contrôle de la fabrication  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les stocks et la satisfaction des clients ont toujours été des sujets fondamentaux dans la gestion de la fabrication. Dans le but d'assurer les bonnes quantités des produits au bon moment, respectant la qualité exigée et à un prix raisonnable, la planification et le contrôle sont devenus les éléments au coeur de cette gestion. Au fil des années, l'environnement a évolué rapidement menant à l'apparition de méthodes qui peuvent le supporter: les méthodes à flux poussé et à flux tiré. Cependant, ces méthodes ne peuvent être appliquées dans toutes les situations. Dans certaines industries, telle que l'industrie aéronautique caractérisée par un faible volume de production et par une nomenclature complexe, ces problèmes deviennent encore plus difficiles à résoudre. D'autres méthodes moins répandues, telles que les méthodes hybrides ou intégrées, permettent aussi de réduire les stocks et d'améliorer la satisfaction du client. Celles-ci comprenant la combinaison ou l'intégration d'au moins deux méthodes bénéficient des avantages de chacune. La littérature montre que plusieurs méthodes peuvent offrir les meilleurs résultats dans certains cas. Chaque entreprise interprète, adapte et implémente les méthodes selon les connaissances et l'expérience des ressources dont elle dispose. Alors, le choix d'une méthode à adopter devrait se faire selon l'environnement manufacturier. D'abord, les conditions dans lesquelles les méthodes sont plus susceptibles d'apporter les meilleures performances ont été analysées dans la littérature et collectées d'experts afin de développer un recueil de connaissances pour les mettre en évidence. Ces conditions qui représentent l'environnement ont été décrites selon cinq caractéristiques identifiées. Les méthodes intégrées et hybrides ont été incluses dans cette analyse. Parmi les méthodes mises de l'avant se trouve la demand-driven MRP, qui est très peu étudiée dans la littérature. Ensuite, cette méthode a été évaluée dans un cas synthétique avec des particularités du milieu de l'industrie aéronautique. Les résultats satisfaisants en matière de niveau de stocks et de service, soit une réduction des stocks de 18% et une amélioration de la satisfaction de la clientèle de 41% par rapport à son état initial, prouvent que cette méthode est applicable dans cet environnement complexe. En effet, la méthode permet de gérer sept types de structures de découplage et d'offrir une visibilité sur les ruptures de stocks et les surstocks. Néanmoins, le succès de l'implémentation dépend particulièrement du positionnement stratégique des stocks. Par la suite, une démarche structurée d'aide à la décision de trois étapes de sélection a été développée en se basant sur la compatibilité entre les méthodes existantes et l'environnement en étude pour n'importe quel type d'industrie. Les caractéristiques préalablement identifiées ont été considérées comme fondamentales pour cette analyse puisqu'elles ont permis d'attribuer une pondération à chaque méthode et d'assurer une possible combination ou intégration selon les buts de chacune. Le même cas synthétique a été adopté pour évaluer la robustesse de la démarche. Ainsi, les méthodes sélectionnées ont été classées par points de compatibilité, facilitant le choix final pour l'environnement donné. La démarche structurée incluant des règles a permis de proposer une méthode plus adaptée, appropriée et compétitive puisqu'elle prend en compte l'environnement manufacturier qui a été négligé jusqu'à présent.  ABSTRACT: Stocks and customer satisfaction have always been two crucial issues in manufacturing management. In order to ensure the right quantity of products at the right time with the required quality and at a reasonable price, planning and control have become the heart of such management. Over the years, the environment has quickly evolved, which resulted in the emergence of methods that can support it: push and pull methods. However, these methods are not applicable to every situation. In some industries, like the aeronautical, characterized by a low production volume and a complex bill of materials, these problems have become more complicated to solve. Other less known methods such as hybrid and integrated methods, also allow to reduce stocks and improve customer satisfaction. These defined as the combination or integration of at least two methods can include advantages from each method. Literature reveals that many methods can offer the best results in some case scenarios. Each company understands, adapts and implements methods according to the knowledge and expertise of its available resources. Thus, the choice of the method to be adopted should be made according to its manufacturing environment. First, the conditions under which these methods are more likely to bring the best performances have been analyzed in the literature and collected from experts to develop a collection of methods to highlight them. These conditions that represent the environment, have been described according to five targeted characteristics. Integrated and hybrid methods have been included in this analysis. Among the analyzed methods is demand-driven MRP, which has limited literature. This method has been evaluated in an aeronautical-related synthetic case. The satisfying results in terms of stock and customer satisfaction levels, including a stock reduction of 18% and customer satisfaction improvement of 41% compared to its initial situation, prove that this method is applicable in this complex environment. Indeed, the method has been able to manage seven types of decoupling structures and provide real visibility of stockouts and overstock. However, the success of the implementation depends specifically on the strategic positioning of buffers. A three-step selection framework has then been developed based on the compatibility match between existing methods and the studied environment for any type of industry. The previously identified characteristics have been considered essential for this analysis because they allow to assign a scale to each method and ensure a possible combination or integration according to the purposes of each one. The same synthetic case has been adopted to evaluate the robustness of the framework. Thus, the selected methods have been classified by an appropriateness rank, which simplifies the final choice for a given environment. This framework, includes rules that enables to propose a more adapted, appropriate and competitive method because it considers the manufacturing environment that has been neglected until now.


identifier: Masson, A. (2021). Tannins for Greeen Electrochemical Energy Storage - A Comparative Study  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les préoccupations environnementales croissantes du début du siècle ont stimulé les investissements dans les énergies renouvelables et les véhicules électriques. L'intermittence des premières et l'abondance des seconds ont exercé une pression considérable sur la demande de stockage électrochimique de l'énergie.  Les produits commerciaux actuels dépendent de matériaux inorganiques, entraînant des problèmes environnementaux et de disponibilité des ressources. La nécessité de développer des options basées sur des matériaux organiques, biosourcés et abondants est donc pressante, mais la faible conductivité et stabilité moyenne de la plupart des candidats ainsi que la difficulté de trouver un collecteur de courant efficace et sans métaux entravent leur développement.   Dans ce mémoire, nous étudions 5 représentants de la famille des tannins (catéchine, pyrogallol, acide tannique, epicatéchine, et gallate d'epicatéchine) et comparons leurs capacités de stockage de charge. Ces 5 tannins ont été choisis pour (i) la similarité de leurs structures : des polyphénols capables de s'oxyder de manière réversible en quinones, et (ii) leurs différences significatives, témoignant de la grande variété et du grand nombre de candidats de cette famille : taille, réactivité et complexité de la structure.   A partir de cet échantillon de 5 molécules, nous proposons une méthode générale pour évaluer et exploiter les propriétés de stockage d'énergie électrochimique des tannins. En exploitant la solubilité aqueuse de ces molécules, des solutions concentrées (eau/éthanol 2:1) de chaque tannin sont déposées sur des électrodes de carbone afin d'améliorer leur capacité de stockage par des processus d'oxydoréduction réversibles en surface.   L'électrode de carbone servant de substrat est préalablement traitée à l'aide d'une méthode d'activation acide et thermique afin d'augmenter sa surface et d'introduire un dopage de surface en O, N, S et P. L'augmentation de la surface améliore non seulement la capacité électrochimique à double couche de l'électrode de carbone sans tannins, mais permet également de déposer une couche plus fine de tannins pour la même masse totale, ce qui conduit à des processus limités en surface plutôt qu'en diffusion. Le dopage a pour effet combiné d'améliorer la mouillabilité, permettant ainsi l'accès à une plus grande partie de la surface du carbone et d'améliorer la pseudo-capacité de l'électrode en carbone sans tannins en introduisant des espèces électroactives.  ABSTRACT: Growing environmental concerns spurred investment in intermittent renewable energies and electric vehicles placing a considerable stress on electrochemical energy storage demand.  Current industrial standards are based on few, key, inorganic materials raising environmental and availability issues. Thus, the need to switch to biosourced, widely available, organic materials is pressing, but low conductivity and stability of most candidates and the difficulty to create efficient, metal-free current collectors hinder their development.   In this work, we focus on 5 quinone-based representatives of the tannin family (catechin, pyrogallol, tannic acid, epicatechin, and epicatechin gallate) and study their charge storage performance in electrochemical capacitor configuration using treated carbon electrodes. These 5 tannins were chosen for (i) their similar structures, characteristic of the tannin plant metabolites: polyphenols able to reversibly oxidize into quinones, and (ii) their significant differences, proof of the great variety of candidates in this family: size, reactivity, and complexity of the structure.   From this batch of molecules, we propose a general method to assess and exploit the electrochemical energy storage properties of tannins. Exploiting the aqueous solubility of these molecules, concentrated solutions (water/ethanol 2:1) of each tannin are drop casted on treated carbon electrodes to enhance their storage capacity through reversible surface redox processes.   The carbon electrode serving as substrate is initially treated using an acidic and thermal activation method to increase its surface area and introduce O, N, S, and P surface doping. The increased surface area not only improves the electrochemical double layer capacitance of the bare carbon electrode, but also allows for a thinner layer of tannins to be deposited for the same total mass, leading to surface limited instead of diffusion limited processes. The doping has a combined effect of improving the wettability, thus granting access to a greater portion of the surface of the carbon and enhancing the pseudocapacitance of the bare carbon electrode by introducing some electroactive functionalities. The larger specific surface area helps compensate for the low electronic conductivity of biosourced or organic molecules such as tannins by allowing thinner deposits.


identifier: Sridharan, A. (2021). A Study of In-Plane Charge Carrier Diffusion and Photon Recycling in Hybrid Organic-Inorganic Perovskites  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs études récentes prévoient une augmentation de près de 50% de la consommation énergétique mondiale avant 2050. Une chute de la production risque d'avoir des conséquences négatives à la fois sociales et économiques. De plus, les polluants issus des combustibles fossiles, les principales sources d'énergie à l'échelle mondiale, sont à la source de problèmes tels que le réchauffement planétaire, le smog et les pluies acides. Toute réponse à ce défi énergétique doit donc se faire par le moyen d'une alternative propre et renouvelable. En ce sens, l'énergie solaire est un excellent choix. Néanmoins, les panneaux solaires conventionnels restent dispendieux et relativement inefficaces par rapport aux combustibles fossiles. Récemment, la découverte des cellules solaires à base de pérovskites hybrides organique-inorganique a fait l'objet d'un intérêt considérable à travers le monde. Ces dispositifs ont surpassé leurs prédécesseurs organiques à base de colorants parce qu'ils sont plus efficaces, plus simples à fabriquer et moins coûteux. La croissance rapide de l'efficacité des cellules fabriquées à base de ces matériaux, présentement à 25.5%, est inégalée dans l'histoire des cellules solaires. Ceci représente une opportunité unique de créer une nouvelle génération de cellules solaires hautement eÿcaces pouvant stimuler l'industrie solaire. Un panneau solaire est composé de plusieurs cellules photovoltaïques qui sont typiquement reliées en série. Chaque cellule, à son tour, est composée de plusieurs couches; soit une anode, un matériau transporteur d'électrons, un absorbeur, un matériau transporteur de trous et finalement une cathode. Le matériau absorbeur, dans notre cas la pérovskite, sert à la conversion de la lumière entrante en porteurs de charges libres, soit électrons et trous. Le transport des porteurs de charge aux électrodes résulte en une génération d'une différence de potentiel aux bornes de la cellule photovoltaïque. Les pérovskites hybrides, grâce à leur bande interdite (~1.5 eV) approchant la valeur idéale (~1.34 eV) pour l'efficacité de conversion maximale, sont d'excellents absorbeurs. Cependant, il reste beaucoup à découvrir en ce qui concerne la physique fondamentale des porteurs de charges permettant ces valeurs d'efficacité aussi élevées. Plus spécifiquement, comprendre l'influence des processus de recombinaison et de diffusion de porteurs de charges sur les efficacités de conversion énergétique continue à poser un défi à la communauté de recherche en pérovskites. La grande majorité des expériences initiales telles que la photoluminescence résolue en temps (TRPL) ignorent les propriétés latérales du matériau et assument des valeurs idéales pour les conditions de frontières. De plus, les études effectuées jusqu'à présent sur la forme/structure/frontières des grains demeurent inconclusives.  ABSTRACT: Over the next few decades, global energy consumption has been predicted to increase by nearly 50%. The possibility of a shortfall in production or availability could have severe socioeconomic repercussions. In addition, fossil fuels are the primary source of pollutants leading to climate change, smog, acid rain along with various health problems. Hence, any response to this challenge must include a plan to replace fossil fuels with clean and renewable energy sources. Solar energy, which draws upon our nearly infinite supply of solar irradiation, is widely considered to be our most important resource for a sustainable energy future. At present, however, conventional solar panels remain expensive and relatively ineÿcient, when compared to their fossil fuel alternatives. Despite making headlines internationally, hybrid organic-inorganic perovskite (HOIP) solar cells, are a very recent development in solar science. These new devices largely surpass their organic and dye-sensitized predecessors in terms of conversion eÿciency, fabrication simplicity and materials cost. The rapid growth in perovskite solar cell power conversion eÿciencies, which is currently at 25.5% has been unparalleled. Hence, this is a unique opportunity to create a new generation of highly efficient solar cells which could reinvigorate the energy industry. A solar panel is composed of multiple cells which are typically configured in series. Each solar cell is composed of several layers, such as an anode, an electron transporting layer (ETL), an absorber, a hole transporting layer (HTL), and a cathode. The absorber material, i.e. the hybrid perovskite in our case, converts incident irradiation into free charge carriers, i.e. electrons and holes. The transport of charge carriers to their respective electrodes results in power across a load. Hybrid perovskites, thanks to a bandgap (~1.5 eV) approaching the ideal value (~1.34 eV) for maximum power conversion eÿciency, are phenomenal absorbers. How-ever, much remains to be discovered with respect to the underlying carrier physics producing such high efficiencies. Specifically, understanding the influence of recombination kinetics and diffusion on energy conversion effciencies poses a challenge for the perovskite research community. Most of the initial measurements such as time-resolved photoluminescence (TRPL) ignores lateral material properties and assume ideal boundary conditions when fitting coefficients. Also, studies on the e˙ect of grain shape/structure/boundaries on carrier diffusion remain inconclusive. With the recent surge in microscopic/spectroscopic methods for carrier transport characterization, we observe a greater emphasis on the importance of morphological aspects in shaping device performance.