title: A Synthetic User Environment for Network Counter-Surveillance Operations

title: Automatic Generation of Human Interface Device Events

title: Génération automatique d'évènement de dispositifs d'interface humaine

title: Un environnement utilisateur pour opérations de contre-surveillance réseau

subject:
Automatic USB Generation
Network Intelligence Toolsuite

abstract: The traditional response to the discovery of a network compromise has been to remove the compromised system from the network, to clean it and to restore it to service. This approach is reactive; a more active approach is necessary and such an approach requires better intelligence collection on attackers. New tools and techniques are required to allow the collection of intelligence on attackers, including the provision of realistic user activity at the human interface device (HID) level. This research developed a conceptual framework for the automatic generation of HID events in a manner that, when observed by attackers, is consistent with a human inputting text into a computer system. The framework, called the Human Interface Device Event Generation Process, accepts a target document as its input and, through sequential transformation, generates a series of mouse and keyboard human interface device events. When placed on the Universal Serial Bus of a compromised computer system, these human interface device events render the composition of the target document by a synthetic user. In order to make the generation of human interface device events consistent with what is expected of a human user, the framework makes use of a User Personality Model which represents the synthetic user’s text composition preferences, editing choices, typing accuracy, use of the mouse and timing characteristics of human interface device events. All of these aspects of the User Personality Model are defined in this research. To demonstrate the validity and feasibility of the framework, we have developed a proof-of-concept Synthetic User Environment which implements the keyboard aspects of the Human Interface Device Event Generation Process framework. The research contributes to the field of computer network defence by providing a framework for the automatic generation of human interface device events, defining User Personality Model components and providing tools for the advancement of Network Counter-Surveillance Operations and Deception Operations.

abstract: La réponse typique à la découverte d’une compromission réseau est de retirer le système compromis du réseau, de le nettoyer et de le remettre en service. Cette approche est réactive; une approche plus active est nécessaire et une telle approche requière une meilleure cueillette de renseignement sur les attaquants. De nouveaux outils et techniques sont de mise pour permettre la cueillette de renseignements sur les attaquants, y compris la fourniture d’activité d’utilisateur au niveau de dispositifs d’interfaces humaines. Cette recherche a conçu un cadre conceptuel pour la génération automatisé d’évènements de dispositifs d’interfaces humaines de sorte à ce qu’ils soient consistants, lorsqu’observés par les attaquants, avec un humain composant du texte sur un système informatique. Le cadre conceptuel, appelé le Human Interface Device Event Generation Process, accepte un document-cible comme entrant et, de par une séquence de transformation, génère des évènements pour dispositifs d’interfaces humaines pour une souris et un clavier. Lorsque placé sur le bus USB d’un système informatique compromis, ces évènements pour dispositifs d’interfaces humaines simulent la composition du document-cible par un utilisateur synthétique. Afin que la génération d’évènements pour dispositifs d’interfaces humaines soit consistante avec un utilisateur humain, le cadre conceptuel utilise un modèle de personnalité humaine qui représente les aspects suivants de l’utilisateur synthétique : ses préférences de compositions, ses choix à titre de révision, son exactitude dactylographique,  son utilisation de la souris et les délais associés avec les évènements pour dispositifs d’interfaces humaines. Tous ces aspects du modèle de personnalité humaine sont définis dans cette recherche. Une démonstration de la faisabilité, nommé le Synthetic User Environment,  a été développée et mise en œuvre afin de démontrer la validité du cadre conceptuel. La recherche fait contribution à la défense de réseaux informatiques en fournissant un cadre conceptuel pour la génération automatique d’évènements pour dispositifs d’interfaces humaines, en définissant les aspects du modèle de personnalité humaine et en fournissant des outils pour l’avancement de opérations de contre-surveillance réseaux et les opérations de déception.


title: SURFACE PLASMON MICROSCOPY OF INHOMOGENEOUS AQUEOUS MIXTURES

title: MICROSCOPIE DE PLASMONS DE SURFACE DES MÉLANGES AQUEUX INHOMOGÈNES

contributor: Royal Military College of Canada / Collège militaire royal du Canada

subject:
surface plasmon resonance
microscopy

abstract: In the last decade, the field of photonics has seen a great deal of research in the use of nanostructures to excite surface plasmon resonance (SPR) on metal-dielectric interfaces. Nowadays, various applications benefit from this phenomenon where an incident light beam causes an electromagnetic resonance characterized by electron density fluctuations at a metal-dielectric interface. One of these applications is SPR microscopy. The most widely used excitation technique for SPR microscopy is the prism coupling method. This work presents a different approach, which uses crossed surface relief gratings (CSRG) for SPR microscopy. The CSRG fabrication is based on direct laser interference patterning applied on azobenzene molecular glass thin films using a Lloyd’s mirror interferometer. Two superimposed perpendicular constant-pitch linear gratings are fabricated and then they are coated with a 60-nm layer of silver. The resulting metallic CSRG has the ability to transmit light in a very narrow bandwidth when placed in between two orthogonal linear polarizers due to a unique SPR light polarization conversion phenomenon. In this work, this SPR effect is used for obtaining polarization-contrast microscopy images of water-based inhomogeneous mixtures placed on the CSRG’s surface. A series of imaging experiments were carried out using a variety of water-based inhomogeneous mixtures when the samples were illuminated by coherent and incoherent light at a wavelength of 632.8 nm. The static and video microscopy images resulting from these experiments were analyzed in terms of their brightness and contrast with respect to the CSRG parameters, as well as their ability to image and detect various analytes or inhomogeneities in water. Also, first-ever direct imaging of the SPR wave propagation along a metal-dielectric interface was performed. The obtained SPR propagation length was found to be in agreement with the theoretical results. Two-dimensional demonstration of the plasmonic energy exchange and the polarization conversion in a CSRG was carried out.

abstract: Au cours de la dernière décennie, de nombreuses recherches ont été faites dans le domaine de la photonique sur l’utilisation de nanostructures  pour exciter la résonance de plasmon de surface (RPS) sur des interfaces métal-diélectrique. De nos jours, diverses applications tirent profit de ce phénomène lorsqu'un faisceau lumineux incident provoque une résonance électromagnétique caractérisée par des fluctuations de la densité des électrons à une interface métal-diélectrique. Une de ces applications est la microscopie RPS. La technique d'excitation RPS la plus largement utilisée pour la microscopie RPS est la méthode de couplage par prisme. Ce travail présente une approche différente qui utilise des réseaux de diffraction croisés (RDC) pour la microscopie RPS. La fabrication du RDC est basée sur la structuration de films minces d’azobenzène de verre moléculaire par interférence directe d’un laser à l’aide d’un interféromètre à miroir de Lloyd. Deux réseaux linéaires perpendiculaires à pas constant superposés sont fabriqués puis recouverts d'une couche d'argent de 60 nm. Le RDC métallique résultant a la capacité de transmettre la lumière dans une bande passante très étroite lorsqu'il est placé entre deux polariseurs linéaires orthogonaux en raison d'un phénomène unique de conversion de polarisation de la lumière RPS. Dans ce travail, cet effet RPS est utilisé pour obtenir des images de microscopie à contraste de polarisation de mélanges inhomogènes à base d’eau placés à la surface du RDC. Une série d'expériences d'imagerie a été réalisée en utilisant une variété de mélanges inhomogènes à base d'eau lorsque les échantillons ont été éclairés par une lumière cohérente et incohérente à une longueur d'onde de 632,8 nm. Les images statiques et  les vidéos de microscopie résultantes de ces expériences ont été analysées en termes de luminosité et de contraste par rapport aux paramètres RDC, ainsi que de leur capacité à visualiser et à détecter divers analytes ou inhomogénéités dans l'eau. En outre, la toute première imagerie directe de la propagation de l’onde RPS le long d’une interface métal-diélectrique a été réalisée. La longueur de propagation du RPS obtenue était en accord avec les résultats théoriques. Une démonstration bidimensionnelle de l'échange d'énergie plasmonique et de la conversion de polarisation dans un CSRG a été effectuée.


title: Modeling Three-Dimensional Deformation Mechanisms in CANDU Reactor Fuel Elements

title: Modélisation en Trois Dimensions des Mécanismes de Déformation des Éléments du Combustible des Réacteurs CANDU

subject:
Finite Element Analysis
Multiphysics
Thermo-mechanics
Deformation
MOOSE
BISON

abstract:
The horizontal orientation of nuclear fuel elements in CANDU reactors presents some unique challenges when it comes to modeling their performance and behaviour under reactor operating conditions.  The elements can undergo two different three-dimensional deformation mechanisms during operation: bow and sag.  Bowing is the deflection of the fuel elements due to temperature gradients developed across the diameter, and sagging is the deformation at high temperatures due to the self weight of the element.  Quantifying these deflections will help determine if element-to-element or element-to-pressure tube contact may occur during reactor operation, possibly causing sheath failure or pressure tube rupture under certain accident conditions.
This thesis assesses the feasibility, for CANDU reactor fuel elements, of using the state-of-the-art MOOSE computational framework developed at the Idaho National Laboratory for modeling these three-dimensional deformation mechanisms.  This work is the first use of the MOOSE framework in Canada.  An application is developed upon the MOOSE framework called HORSE (HORizontal nuclear fuel Simulation Environment) for modeling CANDU fuel.  Using HORSE, models are developed that examine the contact capabilities within the framework in two and three dimensions.  In addition models are constructed that predict fuel performance, the flexural rigidity of an element, and the thermal bowing behaviour in three dimensions.  Assessment and comparison of results against industry codes, numerical models, and analytical solutions are presented.  The capabilities of the framework for predicting flexural rigidity and thermal bowing are also discussed.  These comparisons demonstrate the potential of the MOOSE framework for developing these complex models.  Some additional development of the contact algorithms and inclusion of more nuclear phenomena is required to improve the accuracy for horizontal fuel.

abstract:
L’orientation horizontale des éléments de combustible nucléaire dans les réacteurs CANDU implique certains défis uniques quant à la modélisation de leur performance et de leur comportement dans les conditions d’exploitation du réacteur.  Les éléments sont soumis à deux différents mécanismes de déformation durant l’exploitation: le fléchissement et l’affaissement.  Le fléchissement est la déviation des éléments de combustible due aux gradients de température qui se produisent le long du diamètre, et l’affaissement est la déformation à hautes températures causée par le poids même de l’élément.  La quantification de ces déflexions devrait aider à déterminer si le contact élément-à-élément ou élément-à-tube de force peut se produire durant l’exploitation du réacteur, et devenir une cause possible de la défaillance des gaines de combustible ou de la rupture du tube de force selon certaines conditions d’accident.

Cette thèse évalue la possibilité d’utiliser pour les éléments de combustible du réacteur nucléaire CANDU le logiciel MOOSE développé au Idaho National Laboratory et présentement utilisé pour la modélisation en trois dimensions de ces mécanismes de déformation.  Cette recherche est la première utilisation de la structure du logiciel MOOSE au Canada.  On a développé une application dans la structure de MOOSE appelée HORSE (“HORizontal nuclear fuel Simulation Environment”) pour la modélisation du combustible CANDU.  À l’aide de HORSE, on a développé des modèles qui examinent les possibilités de contact dans la structure en deux et trois dimensions.  De plus, des modèles ont été construits pour prédire la performance du combustible, la rigidité d’un élément de combustible quant à la flexion, et le comportement en fléchissement thermique en trois dimensions. On présente l’évaluation et la comparaison des résultats de ce modèle avec ceux des codes industriels, des modèles numériques et de solutions analytiques.  Les capacités de la structure pour la prédiction de la rigidité d’un élément de combustible quant à la flexion et du fléchissement thermique font aussi l’objet d’une discussion.  Ces comparaisons démontrent le potentiel de la structure de MOOSE pour le développement de ces modèles complexes.  Quelques additions au développement d’algorithmes pour traiter le contact et l’inclusion de phénomènes nucléaires additionnels sont nécessaires pour améliorer la précision des résultats pour l’élément de combustible horizontal.


title: A SOLID ELEMENT APPROACH TO ANALYZING CANDU FUEL ELEMENT BEHAVIOUR UNDER POST-DRYOUT HEAT TRANSFER CONDITIONS

title: UNE APPROCHE D’ÉLÉMENT SOLIDE POUR L’ANALYSE DU COMPORTEMENT DES GAINES DE COMBUSTIBLE CANDU SOUS CONDITIONS DE TRANSFERT DE CHALEUR POST-ASSÈCHEMENT

subject:
Finite Element Analysis
ANSYS
solid element
thermo-mechanical
fuel element deformation
pellet-sheath interaction
post-dryout
drypatch
trip parameter acceptance criteria
Anticipated Operational Occurrence

abstract:
With the age of many nuclear power plants either reaching or approaching the end of their design life, the effects of aging phenomena on both plant performance and safety analysis has become more of an interest to regulators and nuclear energy corporations. Although aging effects were considered individually in design and manufacturing, the rate and integrated impact on safety analysis is greater than expected.

One particular fuel channel interaction of interest under abnormal conditions is fuel element to pressure tube contact.  Elements in a CANDU® fuel bundle can deform (i.e., deflect or bow) during their residence in the fuel channel by thermally-induced phenomena. Under nominal design conditions, these deflections are small and pose minimal risk to fuel channel integrity. However, as the pressure tube ages with operational life, the diameter of the pressure tube begins to creep. As a result, the fuel channel geometry experiences a change in shape, which allows more coolant flow over the fuel bundle rather than through the subchannels. This increased flow by-pass will alter the critical heat flux which directly impacts where and when dryout will occur on the bundle. Under post-dryout conditions, deteriorated heat transfer can agitate these thermal phenomena to produce larger deflections, which may pose an increased risk to fuel and fuel channel integrity.

To prevent dryout in CANDU reactors, conservative parameters are used for the trip parameter acceptance criteria as stated in CNSC regulatory guide G-144. Limited in-reactor experiments have indicated that operational margins exist when compared to those stated in G-144. A 3-D model utilizing the finite-element method to examine fuel deformation under post-dryout heat transfer conditions could be used as a tool to help better understand the effects of thermally-induced phenomena. A one-way coupled thermal-mechanical model is developed to simulate the deformation behaviour of a fuel element in contact with the pressure tube at the onset of dryout. The methodology and approach used for the model development and studies performed as part of the verification are presented.

Results obtained from this thesis conclude that the outer fuel element (FE) bearing pads play a significant role in reducing the extent of thermally driven deformation when the fuel element is positioned in contact with the pressure tube (PT). For a drypatch with a maximum sheath temperature of roughly 800°C located in between the center and end bearing pad free span length, contact was not observed between the fuel element and pressure tube. Artificially high temperature gradients were used to demonstrate the model’s FE-PT contact capabilities when sufficient thermal driving forces are present. The realised model may be useful for analysing complex thermal conditions under a typical Anticipated Operational Occurrence.

abstract:
Avec l’âge de plusieurs centrales nucléaires qui atteignent ou s’approchent de la fin de leur vie utile, les effets des phénomènes reliés au vieillissement sur la performance de la centrale et l’analyse de la sûreté représentent un intérêt grandissant pour les responsables de la règlementation et des corporations en énergie nucléaire.  Bien que les effets aient été considérés séparément aux étapes de la conception et de la fabrication, leur taux et leur impact intégré sur l’analyse de sûreté sont plus importants que selon les attentes.
Une interaction d’un intérêt particulier au niveau du canal de combustible en conditions anormales est celle du contact entre un élément de combustible et la paroi du tube de force.  Les éléments d’une grappe de combustible CANDU peuvent se déformer (i.e. subir une déflexion ou devenir cambré) durant leur temps de résidence dans le canal de combustible à la suite de phénomènes induits thermiquement.  Dans des conditions de design nominales, ces déflexions sont petites et ne représentent que des risques minimes pour l’intégrité du canal de combustible.  Cependant, à mesure que le tube de force vieillit au cours de sa vie utile, le diamètre du tube commence à montrer des signes de fluage.  Il en résulte que la géométrie du canal de combustible subit un changement dans sa forme ce qui permet à plus de caloporteur de s’écouler au-dessus de la grappe de combustible plutôt qu’à l’intérieur des sous-canaux.  Ce contournement accru du flux de caloporteur va causer un changement du flux calorifique critique qui a un impact direct sur où et quand l’assèchement va se produire dans la grappe.  Dans de telles conditions de post-assèchement,  le transfert de chaleur réduit peut exacerber ces phénomènes thermiques au point de produire des déflexions encore plus importantes qui peuvent causer des risques accrus pour l’intégrité du combustible et du canal de combustible.

Afin de prévenir l’assèchement dans les réacteurs CANDU, on utilise des valeurs conservatrices pour les paramètres d’acceptation du déclenchement de l’arrêt du réacteur comme il est énoncé dans le guide G-144 de règlementation de la Commission canadienne de sûreté nucléaire.  Des expériences en-pile limitées ont indiqué que des marges opérationnelles existent lorsque comparées à celles énoncées dans le document G-144.  Un modèle 3-D basé sur une méthode par éléments finis pour examiner la déformation du combustible dans des conditions de transfert de chaleur post-assèchement peut être utilisé comme un outil pour aider à une meilleure compréhension des effets de phénomènes induits thermiquement.  On a développé un modèle couplé thermique-mécanique à sens unique pour simuler le comportement de déformation d’un élément de combustible en contact avec le tube de force au début de l’assèchement.  On présente la méthodologie et l’approche utilisées pour le développement de ce modèle et les études effectuées pour une partie de la vérification.
Les résultats obtenus de cette thèse permettent de conclure que les tampons d’appui jouent un rôle significatif dans la réduction de l’ampleur de la déformation induite thermiquement lorsque l’élément de combustible est placé en contact avec le tube de force.  Pour une région sèche avec une température maximum de 800˚C pour la gaine située dans l’espace libre de tampon d’appui entre les tampons situés au centre et près des extrémités de la grappe, on n’a pas observé de contact entre l’élément de combustible et le tube de force.  On a utilisé des gradients de température artificiellement élevés pour démontrer les capacités du modèle de prédire le contact entre l’élément de combustible et le tube de force lorsque des forces motrices thermiques suffisantes sont en présence.  Le modèle ainsi réalisé peut être utile pour l’analyse de conditions thermiques complexes lors d’une occurrence opérationnelle anticipée.


title: Synthesis of Perylenediimide and Fullerene Functionalized Molecular Glasses

title: Synthèse de verres moléculaires fonctionnalisés avec des pérylènediimides et des fullerènes

subject: molecular glasses

abstract: Organic molecular glasses are considered as an important category of organic functional materials that have attracted increasing attention in technical applications. The ability of these compounds to produce amorphous uniform thin films that are easy to process, makes them appealing candidates as chromophores, semiconductors and charge transport materials in several fields such as organic electronics, optoelectronics, and photonics. The advantages associated with these amorphous molecular materials, such as small size and low molecular weight, make the process of characterization and purification easier. In our research group, molecular glasses functionalized with selected electron transporting groups have been designed, synthesized, and characterized. Also corresponding molecular and physical properties have been investigated by DSC (differential scanning calorimetry) and UV-Vis spectroscopy. In this research thesis strategies to design and synthesize glasses functionalized with perylenediimide (PDI) dyes and fullerenes and corresponding properties will be discussed

abstract: Les verres moléculaires organiques sont une famille importante de matériaux fonctionnels organiques qui ont suscité beaucoup d'intérêt pour certaines applications techniques. La capacité de ces composés de former des couches minces amorphes uniformes qui sont faciles à mettre en oeuvre fait de ces matériaux des candidats idéaux comme chromophores, semiconducteurs ou transporteurs de charge dans des domaines tels que l'électronique organique, l'optoélectronique et la photonique. La petite taille et la basse masse moléculaire de ces composés leur procure des avantages au niveau de la purification et de la caractérisation. Dans notre groupe de recherche, nous avons conçu, synthétisé et caractérisé des verres moléculaires fonctionnalisés avec des groupes transporteurs d'électrons. De plus, nous avons déterminé leurs propriétés physiques à l'aide de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC, differential scanning calorimetry) et la spectroscopie UV-Visible. Le but principal de cette thèse est de discuter des nouvelles stratégies mises au point pour la conception et la synthèse de verres moléculaires fonctionnalisés avec des colorants pérylènediimides (PDI) et des fullerènes.


title: Synthesizing Spacecraft Ground Truth Spectra Using Homogeneous Material Spectral BRDFs and Faceted CAD Models

title: Synthèse de mesures de références à partir de spectres de matériaux homogènes et de modèles CAD

subject: space situational awareness

subject: spectroscopy

subject: ground truth

subject: surface composition characterization

abstract:
Resident space objects appear as unresolved point sources in most cases when viewed using ground-based optical telescopes.  The measured reflectance spectra of these objects are products of the reflected solar spectrum and their surface material composition, and are a function of the illumination and observation geometry of their illuminated and observable surfaces, atmospheric absorption and scattering effects, and telescope/detector performance.  Correct interpretation of these spectra requires a complete optical ground truth characterization of the spacecraft.  This is difficult to obtain due to the challenges associated with limited access to completed spacecraft immediately before launch.  Systems that produce a synthetic optical spacecraft ground truth characterization, using homogeneous material reflectance properties applied to computer models, present an attractive solution to this problem as they are not impeded by these difficulties.

There are presently systems that model the ground truth spectra of spacecraft, however, they are not peer-reviewed nor commercially or publicly available, leaving the validity of their simulated quantities in question.  The most common deficiency of these systems is their dependence on misunderstood functions that inaccurately model material reflection phenomena.  The quantity that best describes spectral reflectance is the spectral bidirectional reflectance distribution function (sBRDF), a function of wavelength and four illumination and observation angles, able to reproduce measured changes in intensity and spectral features.  All materials possess their own unique sBRDF allowing, in principle, for the reflecting material to be directly inferred from its reflectance spectrum properties.

This thesis presents the development of an open-source system to synthesize the sBRDF of spacecraft, which may be utilized to simulate quantities useful for the surface composition characterization of unresolved objects.  This research required: the establishment of a homogeneous material reflectance database, an approach to represent the complex surface properties of spacecraft using a computer model, and the derivation of a mathematical algorithm to compute the overall sBRDF of the subject depending on its illumination and observation geometry.  The efficacy of the synthetic ground truth system was established through a comprehensive verification process comprised of a series of experiments.  The project concluded by synthesizing the sBRDF of the CanX-1 spacecraft engineering model (EM), which was then used to simulate other quantities useful for its surface composition characterization.

abstract:
Les objets spatiaux en orbite apparaissent comme des sources ponctuels non-résolus dans la plupart des cas lorsqu’ils sont observés avec des télescopes terrestres. La réflectance spectrale de ces objets qui est mesurée est un produit du spectre solaire, de la réflectance des matériaux se trouvant à la surface de l’objet, de la géométrie d’illumination et d’observation, des effets atmosphériques ainsi que de la performance du télescope utilisé. Idéalement, une interprétation exacte des spectres de réflectance de l’objet spatial en orbite terrestre requerrait la caractérisation au sol de cet objet avant son lancement dans l’espace, ce qui est pratiquement très difficile d’obtenir. Une solution potentielle à ce problème est l’utilisation de système informatique étant en mesure de générer des mesures de références d’un objet spatial à partir de son modèle CAD ainsi que de spectres de matériaux homogène se trouvant à sa surface.

Il y a pr\'{e}sentement quelques systèmes pouvant synth\'{e}tiser des mesures de r\'{e}f\'{e}rences d’un objet spatial par contre leurs performances n’ont pas subis d’\'{e}valuation et ils ne sont pas disponibles au public g\'{e}n\'{e}ral. De plus, d’après les quelques textes d\'{e}crivant ces systèmes, ces systèmes utilisent des spectres de mat\'{e}riaux qui ont \'{e}t\'{e} acquis sans aucune consid\'{e}ration de la g\'{e}om\'{e}trie d’illumination et d’observation. La quantit\'{e} physique qui d\'{e}crit le mieux les caract\'{e}ristiques de r\'{e}flexions spectrales est la fonction de distribution de r\'{e}flexion bidirectionnelle spectrale. Cette fonction est d\'{e}pendante de la longueur d’onde ainsi que des quatre angles n\'{e}cessaires pour d\'{e}finir la g\'{e}om\'{e}trie d’illumination et d’observation.

Cette thèse pr\'{e}sente le d\'{e}veloppement du système open-source pour synthèse de mesures de r\'{e}f\'{e}rences de spectres satellites pouvant être utilis\'{e}es pour simuler des quantit\'{e}s utilis\'{e}es pour la caract\'{e}risation de satellites non r\'{e}solus. Cette recherche a donc requise : le d\'{e}veloppement d’une base de donn\'{e}es de spectres de r\'{e}flectance de mat\'{e}riaux homogènes de satellites, un approche pour repr\'{e}senter les propri\'{e}t\'{e}s de surface d’un satellite à partir d’un modèle informatique, et finalement l’\'{e}laboration d’un algorithme pour calculer la r\'{e}flectance du satellite pour une g\'{e}om\'{e}trie d’illumination et d’observation donn\'{e}e. La performance du système qui a \'{e}t\'{e} cr\'{e}\'{e} pendant ce projet fut \'{e}valu\'{e} par un processus de validation comprenant une s\'{e}rie d’exp\'{e}riences divers. Une fois la validation du système obtenu, le système fut utilis\'{e} pour obtenir les signatures spectrales du modèle d’ing\'{e}nierie du nanosatellite CanX-1 pour diff\'{e}rentes g\'{e}om\'{e}tries d’illumination et d’observation. Ces r\'{e}sultats furent ensuite utilis\'{e}s pour produire les quantit\'{e}s physiques utiles pour la caract\'{e}risation de la composition de la surface du modèle de CanX-1.


title: Thorium-Based Nuclear Fuel Performance Modelling with Multi-Pellet Material Fuel and Sheath Modelling Tool

title: Modélisation d’un Combustible Nucléaire Basé sur le Thorium par un Outil de Modélisation de Combustible à Pastilles Multiples et de la Gaine.

subject:
Nuclear Fuel
Fuel Performance Model
Thorium Dioxide
Thorium Uranium Dioxide
Thorium Plutonium Dioxide
Finite Element Analysis

abstract:
A means of improving fuel sustainability within the nuclear power industry is to develop thorium-based fuel cycles. The Canadian Super-Critical Water cooled Reactor (SCWR) concept is using this path to achieve the sustainability requirement as part of the Gen-IV Forum. The study of Th-based fuel irradiation behaviour is less advanced than that of UO2 fuel, with the majority of studies focused on (Th,U)O2, and very limited work examining the (Th,Pu)O2 fuel type proposed in the SCWR project.
The Fuel and Sheath Modelling Tool (FAST), a fuel performance model for Canadian Pressurized Heavy Water Reactor UO2 fuel, was developed at the Royal Military College of Canada (RMCC). By extending FAST’s capabilities to include ThO2, (Th,U)O2 and (Th,Pu)O2 as fuel pellet materials, it seemed feasible to develop this as a tool to aid in the design and performance assessment of Th-based fuels, including the proposed SCWR (Th,Pu)O2 fuel.
Development and integration of ThO2, (Th,U)O2, and (Th,Pu)O2 models into the existing FAST model led to a new version called the Multi-Pellet Material Fuel and Sheath Modelling Tool (MPM-FAST). Model development was performed in collaboration between RMCC and Canadian Nuclear Laboratories (CNL). This work presents an outline of the MPM-FAST (Th,U)O2, and (Th,Pu)O2 models. Modelling results were compared with post-irradiation examination (PIE) data from two experimental irradiations conducted at CNL under normal operating conditions of a Canadian Pressurized Heavy Water Reactor.
Although the MPM-FAST model can be further improved, results are encouraging when compared to the PIE data. The ThO2, (Th,U)O2, and (Th,Pu)O2 fuel performance models in MPM-FAST show a marked improvement in replicating the PIE data, as compared to the UO2 model simulating the same geometry and irradiation conditions. MPM-FAST has demonstrated that it is able to predict high fission gas release from (Th,Pu)O2 and can be used to aide in the experimental design of new test irradiations. The measurement of the material properties of Th-based fuel is rare, but the development of MPM-FAST has taken the first step to collect and use the best available data and holistic approach. When further knowledge and experimental data becomes available, MPM-FAST could be used as a fuel performance modeling tool for test these new Th-based fuel types.

abstract:
Un moyen d’améliorer la viabilité de l’industrie nucléaire est de développer des cycles de combustibles basés sur le thorium.  Le concept du réacteur canadien refroidi par de l’eau surcritique utilise cette voie pour satisfaire aux exigences de viabilité comme partenaire du Forum Génération-IV.  L’étude du comportement sous irradiation de combustibles basés sur le thorium est moins avancée que celle de combustibles à l’UO2, la plupart des études portant sur des mélanges de (Th,U)O2 et un nombre limité de recherches sur des mélanges de (Th,Pu)O2 proposés pour le projet du réacteur canadien refroidi par de l’eau surcritique.
L’outil de modélisation du combustible et de la gaine (« Fuel and Sheath Modelling Tool (FAST) », est un modèle de la performance du combustible à l’UO2 du réacteur canadien à eau lourde pressurisée qui a été développé au Collège militaire royal du Canada (CMRC).  Il apparaît possible de développer davantage cet outil en augmentant les possibilités de « FAST » pour inclure le  ThO2, le (Th,U)O2 et le (Th,Pu)O2 comme matériaux des pastilles de combustible afin d’aider au design et à l’évaluation de la performance de combustibles basés sur le thorium, y compris le combustible au (Th,Pu)O2 proposé pour le  réacteur canadien refroidi par de l’eau surcritique.
Le développement et l’intégration de modèles de combustibles au ThO2, au (Th,U)O2, et au (Th,Pu)O2 dans le modèle présent  “FAST” a conduit à une nouvelle version appelée « outil de modélisation de combustible à pastilles multiples et de la gaine » (« Multi-Pellet Material Fuel and Sheath Modelling Tool (MPM-FAST) »).  Une collaboration entre le CMRC et les Laboratoires nucléaires canadiens (LNC) a permis le développement du modèle.  Le présent travail décrit le « MPM-FAST » tel qu’appliqué à des modèles de combustibles au  (Th,U)O2 et au (Th,Pu)O2.  Les résultats de la modélisation ont été comparés à des résultats expérimentaux provenant de données d’examen post-irradiation de deux irradiations expérimentales effectuées au LCN dans des conditions d’exploitation normales dans un réacteur canadien à eau lourde pressurisée.
Considérant que le modèle « MPM-FAST » peut encore être amélioré, les résultats sont encourageants à la suite d’une comparaison avec les données expérimentales des examens post-irradiation.   Les modèles de la performance des combustibles au ThO2, au (Th,U)O2, et au (Th,Pu)O2 utilisant “MPM-FAST” montrent une nette amélioration en comparaison des données expérimentales des examens post-irradiation, lorsque l’on compare avec un modèle d’un combustible à l’UO2 simulant une même géométrie et des conditions d’irradiation identiques.  « MPM-FAST» a démontré qu’il est capable de prédire des relâchements importants de produits de fission gazeux du (Th,Pu)O2 et peut être utilisé pour la conceptions de nouveaux test expérimentaux sous irradiation.  Les propriétés matérielles des combustibles basés sur le thorium sont encore peu connues, mais le développement de « MPM-FAST » représente un premier pas et utilise l’approche la plus disponible.  Lorsque des nouvelles connaissances et des données expérimentales deviendront disponibles, le modèle pourra servir comme outil de modélisation de la performance du combustible pour des combustibles basés sur le thorium.


title: The Genesis of Ballistic Missile Proliferation in the Middle East

title: La genèse de la prolifération des missiles balistiques au Moyen-Orient

contributor:
The Royal Military College of Canada
Dizboni, Ali

subject:
Ballistic Missiles
Saudi Arabia
Egypt
Iran
Coup-Proofing
Missile Effectiveness
Air Force Doctrine

abstract: This research argues that the decision to go ballistic does not take place in a political vacuum but stems from the inherent state’s awareness of its operational incapacity to project firepower beyond the state’s borders. Scientifically, the use of ballistic missiles to deliver conventional warheads is both ineffective (explosion value) and inefficient (high cost) if compared to the cheaper alternatives, why? Because it is more efficient and effective to deliver a conventional payload via a reusable aircraft. Ballistic missiles lose up most of the conventional destructive payload value upon the impact, as the significant part of destructive wave would travel vertically rather than horizontally. If this is the case, then why would some non-nuclear Middle Eastern states resort to these ineffective and inefficient means of delivery? This dissertation develops a theory that tackles ballistic missile proliferation in the Middle East, with a primary focus on Short Range Ballistic Missiles (SRBMs) and Medium Range Ballistic Missiles (MRBMs). The theory argues that ballistic missile proliferation in the Middle East stems from a desperate pragmatic military need to deliver a payload that aircrafts would otherwise do if not for those states’ airpower incapacity to project firepower beyond the state borders.

abstract:
Résumé
Cette recherche soutient que la décision de passer à la balistique n’a pas lieu dans un vide politique mais découle de la conscience inhérente de l’État de son incapacité opérationnelle à projeter la puissance de feu au-delà des frontières de l’État. Scientifiquement, l'utilisation de missiles balistiques pour livrer des ogives conventionnelles est à la fois inefficace (valeur d'explosion) et inefficiente (coût élevé) par rapport aux alternatives moins chères, pourquoi ? Parce qu'il est plus efficace et efficient de livrer une charge utile conventionnelle via un avion réutilisable. Les missiles balistiques perdent la majeure partie de la valeur de charge utile destructrice conventionnelle lors de l'impact, car la partie importante de l'onde destructrice se déplacerait verticalement plutôt qu'horizontalement. Si tel est le cas, alors pourquoi certains États non nucléaires du Moyen-Orient auraient-ils recours à ces moyens de livraison inefficaces et inefficients? Cette thèse développe une théorie qui se penche sur la prolifération des missiles balistiques au Moyen-Orient, en mettant l'accent sur les missiles balistiques à courte portée (MBCP) et les missiles balistiques à moyenne portée (MBMP). La théorie soutient que la prolifération des missiles balistiques au Moyen-Orient découle d'un besoin militaire pragmatique désespéré de fournir une charge utile que les avions auraient pu autrement livrer, si ce n’était pour l'incapacité de la force aérienne de ces États à transporter la puissance de feu au-delà de leur frontière.


title: Development, Analysis and Synthesis of a Three-degree-of-freedom Translational Tensegrity Mechanism

title: Développement, analyse et synthèse d'un méchanisme de tenségrité avec trois degrés de liberté en translation

subject:
Robotics
cable-driven mechanisms

abstract:
This thesis presents a novel robotic mechanism based on the structural concept of Tensegrity.
Winch-driven cables are used to actuate the mechanism in such a way that it experiences only translational motion of its end-effector.
This behaviour, and the reduction of the mechanism's inertia due to the use of cables, could be beneficial for certain industrial operations.

A comprehensive study was conducted to investigate the behaviour of the proposed tensegrity mechanism.
Kinematic analysis was performed to explore the relationship between actuator and end-effector coordinates, kinematic singularities, reachable workspace volume, and mechanical interferences between internal components.
Models of the mechanism were derived to verify that tension is maintained within all cables for both static and dynamic cases.
These models were used to determine external forces or accelerations that the mechanism can attain without losing cable tension, and thus controllability.
Stiffness was also investigated, as it relates to the accuracy of the end-effector's position.

Additionally, the construction of a functional prototype is outlined.
The design challenges faced when manufacturing this proof-of-concept are examined and a discussion of the chosen design approaches is included.
Recommendations are made for future experimental work to evaluate the mechanism performance and validate the theoretical work of this thesis.
The finished prototype may act as a platform for further development.

abstract:
Dans cette thèse, un mécanisme robotique novateur qui est développé à partir du concept de tenségrité est présenté.
Le mécanisme est actionné à partir de câbles dont les longueurs sont modifiées par des treuils de manière à obtenir un mouvement en translation de sa plate-forme mobile.
Ce type de mouvement, combiné avec une réduction de l'inertie du mécanisme en raison de l'utilisation de câbles, font du mécanisme un candidat intéressant pour certaines applications industrielles.

Une étude approfondie du mécanisme de tenségrité proposé est présentée.
D'une part, une analyse cinématique permet d'établir le lien entre les longueurs des câbles et la position de la plate-forme mobile, d'identifier les singularités du mécanisme, de calculer les limites de son espace atteignable et de déceler l'existence d'interférences entre ses composants mécaniques.
D'autre part, des modèles statique et dynamique du mécanisme permettent de vérifier les conditions nécessaires pour que ses câbles demeurent tendus pendant son opération.
Ces modèles sont également utilisés pour calculer les forces externes pouvant être supportées par le mécanisme ou encore les accélérations qu'il peut exécuter lors de ses mouvements tout en gardant ses câbles tendus.
Une analyse de la raideur du mécanisme est présentée de manière à évaluer l'exactitude avec laquelle la plate-forme mobile peut être positionnée dans son espace atteignable.

Finalement, la conception et la fabrication d'un prototype fonctionnel du mécanisme sont décrites.
Les défis rencontrés pendant la fabrication du prototype sont expliqués et les décisions de conception sont justifiées.
Certaines recommandations sont faites concernant des travaux futurs visant à mieux évaluer la performance du mécanisme et la validité de certains résultats théoriques obtenus dans cette thèse.
Le prototype, pour sa part, est apte à être utilisé comme point de départ pour des recherches plus approfondies dans le domaine des mécanismes de tenségrité.


title: Growth Mechanism, Kinetics and Morphology of Gas Hydrates of Carbon Dioxide, Methane and their Mixtures

title: Mécanisme de croissance, cinétique et morphologie des hydrates gazeux de dioxyde de carbone, de méthane et de leurs mélanges

contributor:
Royal Military College of Canada
Beltran, Juan

subject:
Gas hydrates
Morphology
Growth mechanism
Kinetics

abstract:
Morphology, film growth rate and growth mechanism of gas hydrates of methane, carbon dioxide and
two of their mixtures (CH4+CO2, 80:20 and 30:70 nominal concentration) were studied using the 3-in-1
technique. Hydrates of carbon dioxide, methane and the two mixtures presented euhedral, faceted crystal
habits at low driving forces. As growth rates increased, carbon dioxide and 30:70 formed different spherulitic
morphologies while methane and the 80:20 mixture exhibited granular and smooth spherulites. These results
solve previous apparent contradictions in literature about the morphology of hydrates of methane, carbon
dioxide and their mixtures. It was also shown that hydrate growth of methane, carbon dioxide and their
mixtures proceeds via partial dissociation of the growing crystal. The single-guest, mass-transfer model
proposed by Kishimoto & Ohmura (2012) was extended to binary guest systems. At low driving forces, our
extended model related morphology and growth rates with the mass-transfer driving force. Furthermore, it
was shown that the model could be correlated to an abrupt change in morphology common to all systems.
This change in morphology was explained by a shift in the crystal growth mechanism. At higher driving
forces, growth rates and morphologies were different for all systems.

abstract:
La morphologie, la vitesse de croissance du film et le mécanisme de croissance des hydrates de gaz de
méthane, de dioxyde de carbone et de deux de leurs mélanges (CH4 + CO2, concentration nominale
80:20 et 30:70) ont été étudiés en utilisant la technique 3-en-1. Les hydrates de dioxyde de carbone, de
méthane et des deux mélanges ont présenté des habitudes cristallines à facettes euédriques à de faibles
forces d’entrainement. À mesure que les taux de croissance augmentaient, le dioxyde de carbone et le
mélange 30:70 formaient différentes morphologies sphérolitiques tandis que le méthane et le mélange 80:20
présentaient des sphérulites granulaires et lisses. Ces résultats résolvent des contradictions apparentes
antérieures dans la littérature sur la morphologie des hydrates de méthane, de dioxyde de carbone et de leurs
mélanges. Il a également été démontré que la croissance des hydrates de méthane, de dioxyde de carbone et
de leurs mélanges se fait par dissociation partielle du cristal en croissance. Le modèle de transfert de masse
à invité unique, proposé par Kishimoto & Ohmura (2012), a été étendu aux systèmes à invités binaires. À
faibles forces motrices, notre modèle étendu a associé la morphologie et les taux de croissance à la force
motrice de transfert de masse. De plus, il a été démontré que le modèle pouvait être corrélé à un changement
drastique de morphologie, commune à tous les systèmes. Ce changement de morphologie s’explique par
un changement dans le mécanisme de croissance cristalline. À des forces motrices plus élevées, les taux de
croissance et les morphologies se sont avérés différents pour tous les systèmes.


title: THE REORGANIZATION OF CANADA’S NATIONAL SECURITY INFRASTRUCTURE:  SEPTEMBER 2001 TO APRIL 2004

title: LA REORGANISATION DE L’INFRASTRUCTURE DE LA SECURITE NATIONALE DU CANADA: SEPTEMBRE 2001 A AVRIL 2004

subject: National Security- Canada , Security Organization-Infrastructure

abstract:
Abstract
In the immediate wake of the tragic events of 11 September 2001 (9/11), much in the way of academic discourse within Canada focussed on the Government of Canada’s (GoC) initial policy and program responses to the threat posed by transnational terrorism. These included the introduction of Canada’s Anti-Terrorism -2001and Immigration and Refugee Protection Acts, the Smart Border Accords and the security budget of December 2001.  Political, academic and media communities concentrated their efforts on the introduction of new investigative powers for the state and how they impacted traditional Canadian values and norms, how there was a need to acknowledge and appreciate US security concerns in the aftermath of 9/11 and how this was linked to keeping trans-border commercial traffic flowing, and domestic sensitivities associated with Canadian sovereignty in the face of calls by certain communities within both Canada and the US for fully integrated continental security.
However, little, if any, scholarly attention has been directed towards the rationale and timing behind the reorganization of Canada’s national security infrastructure that took place primarily in late 2003 and early 2004 under Prime Minister Paul Martin, that was presumed to be driven largely by the impacts of transnational terrorism. This is the focus of this study. This restructuring included the creation of fifteen   different agencies, including the Department of Public Safety and Emergency Preparedness, Canada Border Services Agency, the office of the National Security Advisor to the Prime Minister, and the Integrated Terrorist (Threat) Assessment Centre, amongst other entities.
It is commonly perceived the rationale behind the reorganization in Canada was driven by the need to mimic similar efforts ongoing in the US. Organizational initiatives south of the 49th parallel were being undertaken to address concerns regarding inter-agency coordination and “jointness”, or a lack thereof, as identified in the 9/11 Commission Report, and to prevent against follow-up attacks.
Research supports the view, however, the GoC’s primary policy interests regarding the impact that 9/11 may have had on Canada, particularly its relations with the US, were largely addressed by the initiatives noted above and implemented in 2001 /2002. Furthermore, there is no clear evidence there were concerns on the part of Canadian decision makers regarding a willingness to share of information and coordination between Canadian security agencies prior to 9/11 as was the case in the US.
Consequently, the general hypothesis is while there were certainly some similarities between Canadian and US efforts in the reconfiguration of their respective national security agencies, the reorganization of Canada’s national security infrastructure, and the timing behind it, was not driven by a need to mimic parallel efforts in the US.  Instead, as with other international partners, it reflected an acknowledgement that the threat posed by transnational terrorism touched on a greater number of policy and program centres within the GoC as compared to threats posed by the Cold War. This necessitated an organizational response in support of the need to better manage and integrate the agendas of an increased number of GoC departments and agencies that now had a national security mandate.   Beyond that, there was a need to align the organizational infrastructure to support efforts to strengthen the policy and program linkages behind a new national security policy and a counter-terrorism strategy that included the means to provide for prevention, response and recovery from terrorist attacks, and the securitization of non-traditional, “human” security issues.
This study also explores why most of the key organizational changes within the GoC occurred some two years after the 9/11 attacks, and immediately after the political transitioning between the Chretien and Martin administrations.
The reorganization of the GoC’s national security infrastructure serves as a case study of punctuated equilibrium theory. This theory suggests that, under normal circumstances, organizational structures  typically remain static or undergo modest incremental changes, until driven to undertake some form of comprehensive response to extraordinary, and most often externally generated, circumstances.  It also suggests that, while the punctuated equilibrium theory provides an explanation of why and when the organizational changes took place, how the GoC responded was dictated, supported and guided by established organizational and normative institutions consistent with the theory of historical institutionalism.

abstract:
Resume
Dans la foulée immédiate des événements tragiques du 11 septembre 2001 (11 septembre), le discours académique a été largement axé sur les politiques et les programmes initiaux du gouvernement du Canada (GC) face à la menace posée par le terrorisme transnational. Celles-ci comprenaient l'introduction de la loi antiterroriste – 2001 et la loi sur l'immigration et la protection des réfugiés, les Accords sur la frontière intelligente et le budget de sécurité de décembre 2001. Les communautés politiques, universitaires et médias ont concentré leurs efforts sur l'introduction de nouveaux pouvoirs d'enquête et comment elles ont eu une incidence sur les valeurs et les normes canadiennes traditionnelles, sur la nécessité de reconnaître et d’apprécier les préoccupations des États-Unis en matière de sécurité après le 11 septembre et sur la manière dont elles étaient liées au maintien du trafic commercial transfrontalier et aux sensibilités nationales associées à la souveraineté canadienne dans le pays, face aux appels lancés par certaines communautés au Canada et aux États-Unis pour une sécurité continentale pleinement intégrée.

Cependant, peu ou pas d'études ont été consacrées à la logique et au timing de la réorganisation de l'infrastructure de sécurité nationale du Canada, qui a eu lieu principalement à la fin de 2003 et au début de 2004 sous le Premier ministre Paul Martin, présumément occasionnés grandement par les impacts du terrorisme transnational. C'est l'objet de cette étude. Cette restructuration comprenait la création de quinze agences différentes, notamment le ministère de la Sécurité publique et de la Protection civile, l'Agence des services frontaliers du Canada, le bureau du conseiller national pour la sécurité auprès du Premier ministre et le Centre intégré d'évaluation du terrorisme (menace), entre autres.

Il est communément présumé que la restructuration de la réorganisation au Canada était motivée par la nécessité d'imiter des efforts similaires en cours aux États-Unis. Des initiatives organisationnelles au sud du 49e parallèle ont été lancées pour répondre aux préoccupations concernant la coordination inter-institutions et le caractère «conjoint», telles qu'elles ont été identifiées dans le 9/11 Commission Report, et pour prévenir les attaques potentielles subséquentes.
Les recherches confirment toutefois que les principaux intérêts au niveau des politiques gouvernementales concernant l’impact potentiel du 11 septembre sur le Canada, en particulier ses relations avec les États-Unis, ont été largement pris en compte dans les initiatives susmentionnées et mises en œuvre en 2001-2002. De plus, rien n'indique clairement que les décideurs canadiens étaient préoccupés par le partage d'informations et la coordination entre les agences de sécurité canadiennes avant le 11 septembre, comme c'était le cas aux États-Unis.

Par conséquent, l'hypothèse générale est qu'il existe certes des similitudes entre les efforts du Canada et des États-Unis dans la reconfiguration de leurs agences de sécurité nationales respectives, mais que la réorganisation de l'infrastructure de sécurité nationale du Canada et son timing ne sont pas nécessairement motivés par la nécessité d'imiter efforts parallèles aux États-Unis. Au lieu, comme d’autres partenaires internationaux, cela reflétait la reconnaissance du fait que la menace posée par le terrorisme transnational touchait un plus grand nombre de centres de politiques et de programmes au sein du gouvernement du Canada par rapport aux menaces posées par la guerre froide. Cela a nécessité une réponse organisationnelle à l'appui de la nécessité de mieux gérer et intégrer les programmes d'un nombre croissant de ministères et d'organismes du GC qui ont maintenant un mandat en matière de sécurité nationale. Au-delà, il était nécessaire d'aligner l'infrastructure organisationnelle pour soutenir les efforts visant à renforcer les liens entre les politiques et les programmes à la base d'une nouvelle politique de sécurité nationale et d'une stratégie antiterroriste, qui prévoyait notamment les moyens de prévenir, de réprimer et de récupérer des attaques terroristes, et la sécurisation des questions de sécurité non traditionnelles «humaines».

Cette étude explore également pourquoi la plupart des changements organisationnels clés au sein du GC ont eu lieu environ deux ans après les attentats du 11 septembre et immédiatement après la transition politique entre les administrations Chrétien et Martin.

La réorganisation de l’infrastructure de sécurité nationale du GC sert d’étude de cas de la théorie de l’équilibre ponctué. Cette théorie suggère que, dans des circonstances normales, les structures organisationnelles restent généralement statiques ou subissent de modestes changements progressifs, jusqu'à ce qu'elles soient amenées à apporter une forme de réponse globale à des circonstances extraordinaires, le plus souvent générées à l'extérieur. Cela suggère également que, même si la théorie de l'équilibre ponctué fournit une explication de la raison et du moment des changements organisationnels, la réponse du gouvernement du Canada a été dictée, soutenue et guidée par des institutions organisationnelles et normatives établies conformes à la théorie de l'institutionnalisme historique.


title: Biomimetic Nanoreactors: An investigation of confined polymer-metal nanosystems

title: Nanoréacteurs Biomimétiques: Une etude sur des nanosystèmes de type polymère-métal favorisant l’effet de confinement

subject:
Nanotechnology
Nanoreactors
Biomimicry
Polymer Science
Catalysis
Nanocrystals

abstract:
Biomolecular reactors enable life-sustaining chemical processes through the complementary effects of catalysis and confinement. Innovations in polymer science and supramolecular chemistry have led to the discovery of materials that mimic these effects to increase reaction efficiency while simultaneously decreasing ecological impact. This was recently demonstrated using poly(styrene-alt-maleic anhydride)–platinum (SMA-Pt) nanoreactors that combine nanoscale hydrophobic domains with high surface area nanocrystals to initiate and catalyze an otherwise energetically unfavourable reaction in neutral water at room temperature and pressure.
This thesis marks a significant expansion of that initial finding. First, a new self-assembling morphology of SMA is characterized by quantum theoretical modeling coupled with transmission electron microscopy and small-angle neutron scattering. The polymer is shown to associate into highly organized bi-layer sheets through π-π stacking between styrene groups of adjacent chains. The supramolecular structure houses a 2-3 nm hydrophobic inner cavity capable of producing the reactive environment that defines the confinement effect.
Second, the reductant-free decomposition of platinum and gold chloride salts into metal nanoparticles through interaction with the SMA template is described, including the first reported observation of stable atomically-thin gold nanoplates. The complete structural characterization of SMA-Pt, SMA-Au, and combined SMA-metal systems is established through electron microscopy, light and neutron scattering, and quantum theoretical methods. Platinum reduction is reproduced in poly(isobutylene-alt-maleic anhydride) to demonstrate the critical role of confinement to the reaction mechanism.
Lastly, further progress towards artificial nanoreactors with activity comparable to their biological counterparts will require the ability to predict outcomes of confined reactions.  The outline of a theory is advanced that is consistent with existing evidence and suggests a new approach incorporating thermodynamics. Their facile synthetic method, environmentally friendly reaction conditions, and structural stability make biomimetic nanoreactors a fundamental advancement in science and technology applications from detoxification to nanoelectronics, medicine, and sustainable energy.

abstract:
Les réacteurs biomoléculaires favorisent des procédés chimiques permettant le maintien de la vie à travers les effets complémentaires de la catalyse et du confinement. Des innovations dans la science des polymères et la chimie supramoléculaire ont conduit à la découverte de matériaux qui imitent ces effets pour accroître l'efficacité de réactions tout en diminuant simultanément leur impact écologique. Cela a été récemment démontré en utilisant des nanoreacteurs composés du polymère poly(styrène-alt-maléique anhydride) et de nanoagrégats de platine (SMA-Pt) qui combinent des domaines hydrophobes nanométriques avec des nanocristaux ayant une grande surface de contact afin d’initier et de catalyser une réaction énergétiquement défavorable dans l'eau neutre à température et pression ambiante.
Cette thèse décrit une étude approfondie de cette constatation initiale. Tout d'abord, une nouvelle morphologie de l'auto-assemblage de SMA est caractérisée par la modélisation théorique quantique couplée avec la microscopie électronique à transmission ainsi que la diffraction de neutrons aux petits angles. Les chaines de polymère s’associent en feuillets bi-couche hautement organisés grâce à des interactions π-π entre les groupements styrène de chaînes adjacentes. La structure supramoléculaire abrite une cavité interne hydrophobe de 3.2 nm capable de produire l'environnement réactif qui promeut l'effet de confinement.
D'autre part, la décomposition, sans agent réducteur, de sels de chlorure de platine et de d'or en nanoparticules métalliques à travers l'interaction avec la nanostructure de SMA est décrite, y compris la première observation rapportée de nanoplaques d'or atomiquement minces et stables. La caractérisation structurelle complète de SMA-Pt, SMA-Au, et des systèmes combinés SMA-métal est établie par microscopie électronique, diffusion de rayons-X et de neutrons, et des méthodes théoriques quantiques. La réduction du Platine reproduite dans le poly (isobutylène-alt-maléique anhydride) a démontré le rôle critique du confinement pour le mécanisme de réactionnel.
De plus, une meilleure compréhension des nanoréacteurs artificiels ayant une activité comparable à leurs homologues biologiques exigera la capacité de prédire les réactions en milieu confiné. L'esquisse d'une théorie est avancée qui est compatible avec les preuves expérimentales existantes et suggère une nouvelle approche incluant la thermodynamique. La combinaison d’une méthode synthétique facile, de conditions de réaction respectueuses de l'environnement, ainsi que de la stabilité structurelle font de ces nanoréacteurs biomimétiques un progrès fondamental dans des applications scientifiques et technologiques allant de la désintoxication à la nanoélectronique, de la médecine et à l'énergie durable.


title: Optimization and Experimental Characterization of Leading Edge Tubercles in Transonic Flow

title: Optimisation et charactérisation experimentale de tubercules sur le bord d'attaque d'une aile en régime transonique

subject:
bio-inspired
tubercles
aerodynamic shape optimization
transonic flow

abstract: Tubercles are bio-inspired leading edge protuberances used as a passive flow control device that can improve the performance of a wing by altering its flow field. Many investigations have been performed to study the effect of tubercles in low subsonic incompressible flow showing improvements in post-stall performance. Recently, based on the idea that a spanwise variation of pressure may delay the onset of sonic flow and improve the drag divergence Mach number, tubercled wings were investigated in transonic flow. It was found that along the pressure variation there is a change in shockwave formation that may lead to drag improvements. Being able to increase the drag divergence Mach number can lead to a drag decrease for a specific velocity and, for example, for a transport aircraft this implies lower fuel consumption. To date, determination of optimal tubercle shapes in transonic flow has not been performed. In this study, tubercles are optimized using computational fluid dynamics with adjoints providing sensitivity information to a gradient based optimizer. Results from the optimization process and a post-optimal parametric study provided insights into the optimal tubercle shape, flow behavior, and impact on drag performance at low angles of attack. Those numerical findings are further supported by an experimental characterization of the drag force and surface pressure using an indraft transient polysonic wind tunnel. An optimal tubercle shape was found to experimentally improve the drag up to 6% over the same wing with a straight leading edge at very low angles of attack and in transonic flow.

abstract:
Les tubercules sont des protubérances sur le bord d'attaque d'une aile. Ils sont un dispositif de contrôle passif d'écoulement qui peuvent améliorer la performance de l'aile. Plusieurs recherches ont été effectuées afin d'étudier l'effet de tubercules dans un écoulement incompressible et subsonique et elles ont démontré une amélioration de la performance après le décrochage. Récemment, basé sur l'idée qu'une variation de pression dans la direction de l'envergure peut créer un délai de l'apparition d'écoulement supersonique, les tubercules ont été étudiés en écoulement transsonique. Il a été trouvé qu'avec la variation de pression il a un changement dans l'apparition de l'onde de choc emmenant une amélioration potentielle de la trainée. Pouvoir augmenter le nombre de Mach où la trainée commence à croitre exponentiellement implique une réduction de la trainée à une vitesse spécifique, ce qui pourrait, par exemple, être utile pour réduire la consommation d'essence d'un avion de transport.

Jusqu'à présent, l'optimisation de la forme des tubercules en écoulement transsonique n'a pas encore été effectuée. Dans le cadre de cette étude, les tubercules sont optimisés à l'aide d'analyses numériques de dynamique des fluides et à l'aide de la méthode adjointe. Celle-ci fournit l'analyse du degré de variation à un algorithme d'optimisation à gradient. Les résultats de l'optimisation et d'une analyse paramétrique ont donnés des indices à propos de la forme optimale, des nouvelles caractéristiques de l'écoulement et de l'effet sur la performance en terme de trainée à petits angles d'attaque. Les résultats numériques sont ensuite appuyés par des résultats expérimentaux. Ceux-ci inclus des mesures de la force de trainée et de la pression à la surface obtenue dans une soufflerie à succion trisonique. Il a été trouvé que la forme optimale des tubercules peut améliorer la trainée de 6% à petits angles d'attaque et dans un écoulement transsonique lorsque comparée avec la même aile sans tubercules.


title: SURFACE PLASMON POLARITON BANDWIDTH INCREASE USING CHIRPED-PITCH LINEAR DIFFRACTION GRATINGS FABRICATED ON AZOBENZENE THIN FILMS

title: AUGMENTATION DE LA BANDE DES POLARITONS DE PLASMON DE SURFACE AVEC DES RÉSEAUX LINÉAIRES À PAS VARIABLE INSCRITS DANS DES FILMS D’AZOBENZÈNE

subject:
"surface plasmon"
"chirped-pitch grating"
"azobenzene thin film"

abstract:
Surface plasmon polaritons that are excited by light incident on a diffraction
grating are limited to discrete excitation wavelengths. Various applications could
bene t from the simultaneous excitation of surface plasmons with a broad, bandwidth
of wavelengths. To accomplish this, linear chirped-pitch surface relief grating
were fabricated using a novel, single-step process whereby a chirped-pitch
interference pattern was shone onto a photo-active azobenzene thin- lm. To generate
the chirped-pitch interference pattern, a modi ed Lloyd mirror set-up was
used where a cylindrical lens was placed in front of the direct half of a 532 nm
laser. Using this method, gratings with a chirping rate as high as (13.3   0.8
nm/mm) were fabricated in 160 seconds. Then, by coating these gratings with
a 60 nm layer of silver, surface plasmon polaritons were generated and measured
by observing polarization dependent transmission peaks. When the full-widthhalf-
max of these peaks was compared to that from constant-pitch gratings, an
increase by a multiplicative factor ranging from 2.5 - 6 was observed, depending
on the grating pitch.

abstract: Les polaritons de plasmon de surface qui sont excités par la lumière incidente sur un réseau de diffraction sont limités à des longueurs d'onde discrètes. Diverses applications pourraient bénéficier de l'excitation simultanée des plasmons de surface avec une large bande de longueurs d'ondes. Pour ce faire, des réseaux de diffraction linéaires à pas variable ont été fabriqués à l'aide d'un nouveau procédé, ayant une seule étape de fabrication, à l’aide d’un patron d'interférence qui est incident sur un film d'azobenzène photo-actif. Pour générer le patron d'interférence à pas variable, une configuration modifiée du miroir de Lloyd a été utilisée avec une lentille cylindrique qui est placée devant la moitié directe du faisceau laser ayant une longueur d’onde de 532 nm. En utilisant cette méthode, des réseaux avec un taux de variation de pas aussi élevé que (13,3 +- 0,8 nm / mm) ont été fabriqués en 160 secondes. Ensuite, en recouvrant ces réseaux par une couche d'argent de 60 nm, des polaritons de plasmon de surface ont été générés et mesurés en observant les pics de transmission dépendants de la polarisation. Lorsque la largeur de bande de ces pics a été comparée à celle des réseaux à pas constant, une augmentation par un facteur multiplicatif allant de 2,5 à 6 fois a été observée, dépendant du pas du réseau.


title: STRUCTURAL BEHAVIOUR OF THIN-WALLED DOUBLY-CORRUGATED  K-SPAN STRUCTURES WITH PINNED AND FIXED BASE SUPPORT  CONDITIONS

title: COMPORTEMENT STRUCTURAL DE PANNEAUX K-SPAN EN ACIER À  PAROIS MINCE DOUBLEMENT ONDULÉES AVEC APPUIS ARTICULÉS ET  ENCASTRÉS

contributor:
Royal Military College of Canada
Wight, Gordon
Dagenais, Marc-André

subject:
K-Span
Double corrugated panels
Cold formed steel
Arch
Self-supporting
ABM
Finite element

abstract:
K-Spans are structures made of thin-walled cold-formed steel arch panels. All panels are
manufactured on-site with the use of an automated building machine (ABM) and seamed together, giving
the arch structure its unique self-supporting characteristics and arched shape. The ABM also allows for the
ability to concurrently assemble the structure while the panels are formed, making its construction time limited and cost-effective. K-Spans are versatile and can easily be built in a variety of settings. Their
economical and rapid construction process has increased the production and number of K-Span structures
found in industrial areas, and also within the Department of National Defence (DND) for storage of military
equipment.
Recent K-Span failures have led to concerns regarding the structures’ capacities and behaviours,
including detailed construction methods and the system’s ability to sustain heavy loads. Although K-Spans
can be an ideal solution in some environments, they are not immune to the elements, especially with the
Canadian climate and its heavy snowfalls. With regards to construction methods, despite the manufacturer’s
recommendation of cast-in-concrete foundations, many K-Span structures within DND’s infrastructure
portfolio were built using steel hinges as support conditions.
This research investigated the overall behaviour and displacements of four large-scale K-Span
specimens subjected to simulated snow loads, each comprised of four seamed ABM-120 panels with a 7 m
diameter. Balanced and unbalanced loading patterns were used to assess the behaviour difference between
fixed and pinned base support connections, the two support conditions found in K-Spans in Canada. The
investigation was complimented by simulations using finite element analysis to estimate theoretical
deflections and structural capacities of the same sized K-Spans.
The experimental and numerical results demonstrated that 7 m-diameter K-Span structures with
both types of supports could reach the ultimate snow loads for many cities in Canada, but the flexibility of
the structure permitted the structure to undergo large displacements under severe loading conditions. These
large displacements which are more pronounced in the specimens with pinned supports conditions can
cause localized buckling of panels and are a concern for the serviceability of the structure, especially under
unbalanced snow loading patterns, where snow is present on only half of the structure. The localized
buckling patterns created instabilities within the structure and worsened the already large deformations
experienced by the structure which led to the loss of structural capacity of the specimens.
The structures built using hinges showed a reduction in panel stiffness as well as ultimate load
capacity, compared to their equivalent structures built using the manufacturer’s recommendation of having
the end panels embedded in concrete. The K-Span specimens resisted 24% to 40% higher loads when built
using fixed base supports, and exhibited more stiffness, deflecting 41% to 49% less than the equivalent
pinned base support K-Spans. The reduction in thickness to account for the lack of double corrugation
within the numerical also demonstrated a percentage difference of 1% to 31% difference within the
numerical and experimental results. The pinned base support structures may present a risk in areas of
Canada that may have large snow accumulations. In general, fixed support conditions should be used for
future construction and any exceptional deviation from this approach should only be pursued with careful
and deliberate analysis and thorough design. Further monitoring and analysis of larger size K-Spans (15 m
or larger) is recommended and would allow for a better understanding of behaviour and correlation of the
data between different K-Span sizes, both small and large.

abstract:
Les K-Spans sont des structures en forme de dôme qui sont formées de plusieurs panneaux arqués,
en acier formé-à-froid à paroi mince, dont la fabrication des panneaux est faite sur place dans le chantier de
construction à l’aide d’une machine spécialisée appelée Machine de Construction Automatique (ABM).
L’ABM permet l’assemblage et la fabrication des panneaux de façon concurrente sur le site du chantier de
construction. Ceci facilite le processus et aussi réduit les coûts de construction de façon exponentielle,
puisque la construction de K-Spans requiert très peu de matériaux et de main d’œuvre. Nous trouvons
surtout ces structures uniques dans les milieux industriels et sur des bases militaires du ministère de la
Défense nationale pour l’entreposage d’équipement, grâce aux nombreuses options quant à la grandeur de
la structure, mais aussi leur habileté d’avoir de grands espaces ouverts dans la structure.
Récemment, l’effondrement de plusieurs structures K-Span autour du monde a généré des
questionnements quant à sa capacité à soutenir une accumulation importante de neige, et déclenché une
investigation sur sa méthode de construction. Au Canada, il y a plusieurs instances où les instructions du
fabricant, M.I.C. Industries, n’ont pas été suivies pour la construction du K-Span. Dans ces cas, les supports
ont été bâtis avec des charnières d’acier contrairement à la recommandation d’avoir la structure coulée dans
le béton, impactant la capacité de la structure.
Cette recherche à investigué la performance, le comportement et la déformation structurelle de 4
spécimens de 7 mètres, composé de 4 panneaux ABM-120, sous différents types de chargements (équilibré
et non-équilibré) afin de comparer les différents types de supports utilisés au Canada. La recherche a été
complémentée par une investigation numérique utilisant une analyse d’élément fini pour estimer et
comparer les déformations théoriques et la capacité structurelles des K-Spans.
L'efficacité et la rentabilité du processus de construction pour les structures K-Spans apporte
plusieurs avantages économiques et permet leur construction dans n’importe quel environnement, qu’il soit
industriel ou militaire. Les résultats du programme expérimental et numérique des spécimens de la
recherche démontrent que les structures K-Spans peuvent soutenir une accumulation de neige importante,
respectant les normes et codes du code national du bâtiment, mais la présence d’imperfections liée à la
fabrication des panneaux arqués à paroi mince, combiné avec la flexibilité globale de la structure, fait en
sorte que la structure subit de grandes déformations. Non seulement l’état de limite de service de la structure
est une préoccupation dû aux déformations, mais la possibilité de flambage localisé des panneaux à paroi
mince peuvent causer une diminution significative de la capacité globale de la structure.
L’utilisation de supports avec charnières en acier a aussi un impact significatif sur la résistance des
K-Spans. Ce type de support présente un risque significatif pour les régions du Canada qui reçoivent de
larges accumulations de neige, surtout si l’accumulation de neige se retrouve sur seulement la moitié de la
structure, formant une charge non-équilibrée. Construire ces structures de façon à ce que les panneaux
soient coulés dans le béton, et suivre les recommandations du fabriquant à la lettre, sont essentiels pour que
la structure se comporte tel que prévu par le fabricant. L’analyse et la surveillance de K-Spans dont le
diamètre s’étend pour plus de 15 mètres permettrait d’avoir une meilleure compréhension sur ces structures
uniques.


title: THE STRUCTURAL, FERROELECTRIC, DIELECTRIC, AND ELECTROMECHANICAL PROPERTIES OF PIEZOELECTRIC AND ELECTROSTRICTIVE MATERIALS

title: LES PROPRIÉTÉS STRUCTURELLES, FERROÉLECTRIQUES, DIÉLECTRIQUES ET ÉLECTROMÉCANIQUES DES MATÉRIAUX PIÉZOÉLECTRITIQUES ET ÉLECTROSTRICTIFS

subject: piezoelectric electrostrictive ferroelectric dielectric electromechanical strain

abstract:
Piezoelectric materials are used in an increasing number of applications and submitted to a wide range of temperatures, frequencies, pressures, and voltages. Such diverse environmental conditions result in a non-linear piezoelectric response that is difficult to characterize, and the presence of impurities, dopants, and defects add to the complexity of predicting how a material will perform once it is manufactured, especially given the sensitivity of the manufacturing process. Also, recent environmental regulations require new lead-free piezoelectric materials to be developed and studied.
The object of this thesis is to further the knowledge with respect to the structural, ferroelectric, dielectric, and electromechanical properties of piezoelectric and electrostrictive materials in order to facilitate the development of new piezoelectric materials and help optimize current applications. Scanning electron microscope pictures of EC-65, EC-69, and EC-76 were taken, and X-ray diffraction patterns of PLZT 9.5 were obtained at room temperature. Polarization curves were obtained for EC-65, PLZT 9.5, BM-941, BM-600, BM-150, and PMN-PT for electric fields ranging from 0 to ±1000 kVm-1 and temperatures ranging from -40°C to 120°C. Impedance analysis was used to determine the relative permittivity and the dielectric loss tangent of EC-69, PLZT 9.0, PLZT 9.5, and BM-941 for electric fields ranging from 0 to ±2000 kVm-1 and temperatures ranging from -40°C to 140°C with frequencies ranging from 1 kHz to 5000 kHz. Finally, the AC strain amplitude of PLZT 9.0 and BM-941 were obtained for AC electric fields ranging from 0 to ±1000 kVm-1 and a DC bias ranging from 0 to ±1500 kVm-1. Overall, the measurements obtained build upon the current knowledge of piezoelectric materials, support results obtained by other researchers, and present new results that can be used to develop new materials and optimize current applications.

abstract:
Les matériaux piézoélectriques sont utilisés dans un nombre croissant d’applications les soumettant à un large éventail de températures, de fréquences, de pressions et de voltages. Ces conditions environnementales instables engendrent une réponse piézoélectrique non-linéaire qui est difficile à caractériser. De plus, la présence d’impuretés, de dopants et d’imperfections rendent le processus de production et de fabrication précaire et instable. Puis, de nouvelles lois environnementales exigent une diminution de l’utilisation du plomb dans l’industrie de l’électronique et exigent que de nouveaux matériaux piézoélectriques sans plomb soient développés.
L’objectif de cette thèse est d’améliorer les connaissances des propriétés structurelles, ferroélectriques, diélectriques et électromécaniques des matériaux piézoélectriques et électrostrictifs afin de faciliter le développement de nouveaux matériaux piézoélectriques et d’optimiser les applications actuelles. Des images de EC-65, EC-69 et EC-76 ont été prises par microscopie électronique à balayage et des réseaux de diffraction à rayons X de PLZT 9.5 ont été capturés. Des courbes de polarisation ont été obtenues pour EC-65, PLZT 9.5, BM-941, BM-600, BM-150 et PMN-PT pour des champs électriques variant de 0 à ± 1000 kVm-1 et des températures variant de -40°C à 120°C. L’analyse de l’impédance a été utilisée pour déterminer la permittivité relative et la tangente de perte diélectrique de EC-69, PLZT 9.0, PLZT 9.5 et BM-941 pour des champs électriques variant de 0 à ±2000 kVm-1 et des températures variant de -40°C à 140°C pour des fréquences variant de 1 kHz à 5000 kHz. Finalement, l’amplitude de la déformation de PLZT 9.0 et BM-941 a été obtenue pour des champs électriques AC variant de 0 à ±1000 kVm-1 avec des champs électriques DC variant de 0 à ±1500 kVm-1. Dans l’ensemble, les mesures obtenues ajoutent aux connaissances actuelles sur les matériaux piézoélectriques, soutiennent des résultats obtenus par d’autres chercheurs et présentent également de nouveaux résultats qui pourront être utilisés dans le développement de nouveaux matériaux piézoélectriques et pour l’optimisation des applications actuelles.


title: Development and Implementation of The Royal Military College of Canada's Geotechnical Beam Centrifuge for Physical Modelling

title: Développement et mise en oeuvre de la centrifugeuse géotechnique du Collège militaire royal du Canada pour la modélisation physique

subject:
Centrifuge Modelling
Slope Stability
Bearing Capacity
Expansive Soil
Road
Rain
Shrink
Swell

abstract: The Royal Military College of Canada has recently acquired a 1.5m-diameter, 6 G-ton geotechnical beam centrifuge. Geotechnical centrifuges apply an elevated gravity field to permit physical modelling of geo-structures at significantly reduced spatial and temporal scales. In this thesis both confirmatory testing for development of the centrifuge is conducted and behaviour of expansive soils subjected to wetting-drying is examined. First the methodology, equipment, and apparatuses for the centrifuge are developed for use in physical modelling exercises. Two verification test programs are conducted, a slope stability model and a strip footing constructed on a remolded clay soil are modelled, varying scale, shear strength, and model geometry. Correlation between behaviour of the physical models at different scales and agreement with analytical solutions is shown. These results demonstrate the application of the centrifuge and the methods used to produce accurate modelling of geotechnical structures at various scales and provides a basis of theory and methodology for further research of more complex geotechnical problems. Secondly, expansive soils are a challenging engineering material that cause severe damage to light infrastructure when subjected to seasonal wetting and drying cycles. A paved road structure model is constructed in expansive soil and subjected to cyclic infiltration and evaporation. The results of wetting-drying cycles agree with theoretical failure mechanisms for pavements and published field data of similar structures and conditions. The strains observed through the soil profile, which are observable with centrifuge modelling, explain the behaviour of the surface predicted by the theory and observed in field studies, and replicated in the models. The results provide insight into the mechanism producing road failure and the impact of modifications to road designs. The success of centrifuge modelling of idealized and complex geotechnical structures and mechanisms is established, providing a valuable tool for teaching and research at the Royal Military College of Canada.

abstract: Le Collège militaire royal du Canada a récemment acquis une centrifugeuse à faisceau géotechnique de 1,5 m de diamètre et 6 Gt. Les centrifugeuses géotechniques appliquent un champ de gravité élevé pour permettre la modélisation physique des géo-structures à des échelles spatiales et temporelles significativement réduites. Dans cette étude, des tests de confirmation du développement de la centrifugeuse sont effectués et le comportement des sols expansibles soumis à un séchage par voie humide est examiné. Tout d'abord, la méthodologie, l'équipement et les appareils de la centrifugeuse sont conçus pour être utilisés dans des exercices de modélisation physique. Deux programmes de test de vérification sont menés, un modèle de stabilité de pente et une semelle construite sur un sol d'argile remodelé sont modélisés, en variant l'échelle, la résistance au cisaillement et la géométrie du modèle. La corrélation entre le comportement des modèles physiques à différentes échelles et l'accord avec des solutions analytiques sont présentés. Ces résultats démontrent l'application de la centrifugeuse et les méthodes utilisées pour produire une modélisation précise des structures géotechniques à différentes échelles et fournit une base de théorie et de méthodologie pour une recherche approfondie de problèmes géotechniques plus complexes. Deuxièmement, les sols expansifs sont un matériau d'ingénierie difficile qui cause de graves dommages aux infrastructures légères lorsqu'ils sont soumis à des cycles environnementaux. Un modèle de structure de route pavée est construit dans un sol expansif et soumis à une infiltration cyclique et à une évaporation. Les résultats des cycles de mouillage-séchage concordent avec les mécanismes d'échec théorique pour les chaussées et les données de terrain publiées sur de structures et conditions similaires. Les efforts observés à travers le profil du sol qui sont observables par modélisation par centrifugation expliquent le comportement de la surface prédite par la théorie et observées dans les études sur le terrain et reproduites dans les modèles. Les résultats donnent un aperçu du mécanisme produisant la dégradation de la route et de l'impact de la modification de la conception. Le succès de la modélisation par centrifugation de structures et de mécanismes géotechniques idéalisés et complexes est établi, ce qui constitue un outil précieux pour l'enseignement et la recherche au Collège militaire royal du Canada.


title: The Dynamic Measurement of Unmanned Aerial Vehicle Radar Cross Section

title: Mesurer dynamiquement la surface equivalente radar de drones

subject: radar rcs UAV drones

abstract:
The radar cross-section (RCS) is a key parameter used to determine whether or not an airborne target will be detected by a radar at a given range. The accurate measurement of the RCS is of particular importance for the detection of miniature unmanned aerial vehicles (UAV) because the radar return strength is low. Although the UAV's RCS may be determined statically in an anechoic chamber, it may be advantageous to measure it whilst the target is in motion due to the greater resemblance with an operational environment. However, the dynamic measurement of RCS adds complexity to the measurement system because of the requirement to track the UAV in-flight. Furthermore, vibrations and moving parts modulate the return echo, which implies that the RCS can only be characterized statistically.

This work describes the design of the Dynamic RCS Measurement System used to measure the RCS of UAVs flying indoors. The results of measurements of a test UAV and comparison with static measurements show that the Dynamic RCS Measurement System is a viable option to investigate how dynamic effects affect the RCS of a flying UAV and to compute probabilities of detection.

abstract:
La surface équivalente radar (SER) est un paramètre important pour déterminer si une cible va être détectée par un radar à une certaine portée. La SER est particulièrement importante pour la détection de petits drones, car la puissance du retour radar est faible. La SER peut être déterminée statiquement dans une chambre anéchoïque. Il peut néanmoins être avantageux de la mesurer lorsque la cible est mobile en raison de la plus grande ressemblance avec un environnement opérationnel. Cependant, mesurer dynamiquement la SER ajoute de la complexité au système de mesure en raison de la nécessité de traquer le drone en vol. De plus, les vibrations et pièces mobiles du drone modulent le retour radar. Ceci implique que la SER peut seulement être caractérisée statistiquement.

Ce travail décrit le système de mesure de la SER dynamique qui est utilisé pour mesurer la SER de drones volant à l'intérieur. Les résultats obtenus en testant le système montrent qu'il est une option viable pour déterminer l'impact des effets dynamiques sur la SER d'un drone en vol et pour calculer des probabilités de détection.


title: Advanced testing and a numerical tool for swell equilibrium limit of expansive soils

title: Tests Avancés et un Outil d'analyse Numérique pour la limite de gonflements à l'équilibre des argiles expansives

subject:
advanced testing
swell equilibrium limit (SEL)
numerical model
expansive soils
suction

abstract:
Swelling-induced stresses and deformations have caused damage to buildings and infrastructure constructed in expansive soils. The cost of
remediation and repairs on swelling-induced damages exceeds billions of dollars annually. The conventional swelling test has some limitations on measuring swelling pressures and volume changes that affect the analysis of swelling soils.

The swelling behavior of expansive clays is investigated through hydraulic mechanical advanced testing in the Swell Equilibrium Limit (SEL, Siemens and Blatz 2009) context. The SEL encompasses an upper bound limit of
swelling-induced stresses and deformations under prescribed boundary conditions along with the applied pressure ranges from low stress to high confining stresses. A complete SEL is established from interpretation of triaxial and unconfined swelling tests. The unconfined swelling test is carried out in a newly developed testing apparatus. The maximum swelling
deformation is determined by a non-contact method that incorporates digital image correlation. Various specimen aspect ratios are examined to determine the efficient test duration to achieve swelling equilibrium.

The SEL is used as a unifying framework to characterize swelling behavior of expansive soils in terms of swelling-induced stresses and volume
change. A SEL catalogue is established with four tested materials that consist of a natural soil, two different recompacted soils and an engineered buffer. The index properties of each soil are studied in conjunction with the SEL curve fitting parameters. The developed correlation is used to calculate the preliminary SEL of Regina clay.

A numerical tool is developed to model swelling behavior in the SEL context. The numerical model used is the Sheng, Fredlund and Gens
(SFG) model that requires two additional input parameters, including soil compressibility and saturation suction. The other input variables in the SFG model are based on the initial states of the soil and the applied boundary condition. A parametric study of the model is carried out to determine the sensitivity of the input parameters and the initial soil state. An example of a
basement constructed in swelling soil is presented to demonstrate the model applicability to analyze swelling-induced stresses and deformations.

abstract:
Les contraintes et déformations induites par gonflement causent annuellement des dommages qui totalisent plusieurs milliards de dollars
aux bâtiments et infrastructures construits dans les argiles expansives. Au
présent, la conception et la construction des bâtiments sont guidés par les
tests conventionnels du laboratoire et les stratégies d’analyse pour mesurer
et prédire les pressions de gonflement et les changements de volume.
Clairement il existe un écart entre l'état de la pratique pour caractériser les
matériaux expansifs et l'analyse des applications d'ingénierie qui sont
construites utilisent les sols expansifs. Cette thèse répond à ce besoin
grâce à une nouvelle technique pour les tests du laboratoire,
l'établissement d'un catalogue des résultats des tests de gonflement et le
développement d'un outil d'analyse numérique pour prédire les contraintes
et les déformations induites par gonflement.

Le comportement de gonflement de l'argile expansive est examiné par les
tests avancés d'hydromécanique et est interprété dans le contexte de la
limite de gonflements à l'équilibre (SEL, Siemens et Blatz, 2009). La SEL
englobe une limite supérieure des contraintes et déformations induites par
gonflement dans les conditions aux limites prescrites, avec la gamme de
pression appliquée à partir de la contrainte nominale à la contrainte de
confinement élevé. La limite de gonflement à l’équilibre complète est
étayée par des tests triaxiaux et de gonflement non-confiné. Le test de
gonflement non-confiné est accompli dans un laboratoire avec un nouvel
appareil d’expérimentation. La déformation de gonflement maximale est
déterminée par une méthode de non-contact qui intègre la corrélation des
images numériques analysées avec le software geoPIV. Divers rapports
d’aspects des spécimens sont testé pour déterminer le rapport de hauteurv
à-diamètre optimal qui permet l’achèvement de gonflement équilibre dans
une période de test raisonnable.

La SEL est utilisé comme un cadre d’unification pour caractériser et prédire
le comportement de gonflement dans les sols expansifs en fonction des
contraintes induites par gonflement et le changement de volume. Un
catalogue de SEL est établi par des tests sur quatre sols; ces sols
consistent d’un sol naturel, deux sols différents qui sont ré-compacté et
d’un tampon ingénierie. Les deux sols ré-compactés, spécifiquement
l’argile ré-compacté de Bearpaw et l’argile de Lac Agassiz, ont été testés
dans le gonflement triaxiaux et le gonflement non-confiné pour leur SEL
interprétation. Les propriétés de l’index et les limites Atterberg de chaque
sol sont rapportés en conjonction avec les paramètres d’ajustement de la
courbe obtenus par le changement de volume de la SEL – la contrainte
moyenne et la pression de gonflement – et les graphes EMDD. Le
développement de cette corrélation est utilisé pour prédire la SEL de
l’argile du Regina, qui est en accorde avec les données publiées.

Un outil d’analyse numérique est développé pour modéliser le
comportement de gonflement dans le contexte de la SEL. L’outil d’analyse
numérique est fondé sur le modèle de Sheng, Fredlund et Gens (SFG) qui
a besoin de deux paramètres additionnels; la compressibilité du sol en
gonflement et la succion de saturation. Ces paramètres sont en plus des
propriétés des matériaux qui sont traditionnellement associés avec l’état
critique. Les variables qui restent pour le modèle SFG sont basées sur les
conditions du sol initial et les conditions aux limites appliquées pendant
gonflement. Le modèle est appliqué avec succès aux résultats triaxiaux et
de gonflement non-confiné sur un tampon ingénierie et un sol ré-compacté.
Une étude paramétrique du modèle était aussi menée pour déterminer la
sensibilité des paramètres d’entrée et l’état du sol initial. Finalement, un
exemple d’un mur de sous-sol construit dans le sol expansif est présenté
pour démontrer l’applicabilité du modèle SFG pour prédire les contraintes
et déformation induite par gonflement.


title: 2D EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION ON THE EFFECT OF A FOWLER FLAP GAP AND OVERLAP SIZE ON THE FLOW FIELD

title: INVESTIGATION EXPÉRIMENTALE ET NUMÉRIQUE EN 2D SUR L'EFFET DE LA TAILLE DE BÂILLEMENT ET DE RECOUVREMENT D'UN VOLET "FOWLER" SUR L'ÉCOULEMENT

subject:
Fowler flap
high lift devices
boundary layer
Computational Fluid Dynamics
RANS
wind tunnel test
PIV
Fluid dynamics
Aerospace engineering

abstract:
The performance of high lift devices such as flaps and slats is an essential part of aircraft design and maintenance. In spite of decades of research however, this complex flow is not yet fully understood by the aeronautical community. In an effort to improve the understanding of the aerodynamic performance of high lift devices, the flow about a cross section of the CP-140 Aurora wing was investigated at various angles of attack in the clean configuration (flap stowed), landing configuration (Fowler flap deployed and deflected to 40º), and the effect of the variation of the flap gap and overlap was quantified.
This research included both experimental work using a PIV system as well as numerical simulations using RANS. The focus of the investigation was on the flow behaviour of the boundary layer on the wing trailing edge, as well as on the slot flow. It was found that an increase in flap gap benefited the boundary layer on the wing trailing edge by promoting a fuller velocity profile. In contrast, an increase in flap overlap had a detrimental effect on the wing trailing edge boundary layer. The numerical simulations were validated using the experimental results, and it was found that current commercially available CFD software Fluent 14.0 was not capable of accurately resolving the flow without 'a priori' knowledge of part of the flow conditions. Once the 'a priori' knowledge obtained from the wind tunnel data was integrated into the simulations, the agreement of the 'a priori' simulations with the experiment was good.

abstract:
La performance des dispositifs hypersustentateurs tels que les volets et becs de bord d'attaque est essentielle pour la conception et l'entretien des aéronefs. En dépit de décennies de recherche, une compréhension complète de ce cas complexe continue à échapper à la communauté aéronautique. Cette thèse détaille une étude expérimentale et numérique d'un écoulement bi-dimensionnel autour d'une aile de CP-140 Aurora équipée d'un volet "Fowler". Cette section transversale de l'aile a été étudiée à différents angles d'incidence dans la configuration lisse (sous volet rétracté), configuration d'atterrissage (volet déployé et ajusté à  40º), et à plusieurs tailles de bâillement et de recouvrement. Cette étude comprend une partie expérimentale utilisant un système de PIV, et une partie numérique utilisant des simulations employant de type "RANS".
Cette recherche met l'accent sur la couche limite au bord de fuite de l'aile et de l'écoulement issu du bâillement du volet. Il fut constaté qu'une augmentation du bâillement bénéficie la couche limite sur le bord de fuite de l'aile qui présente un profil de vitesse plus remplis. Une augmentation du recouvrement, par contre, a un effet néfaste sur la couche limite et a finalement provoqué une séparation. Les simulations de configuration d'atterrissage sans la connaissance 'a priori' des conditions d'écoulement issu du bâillement du volet, n'ont pas été résolues avec précision par le logiciel Fluent 14.0. Après les essais en soufflerie, les simulations de configuration d'atterrissage ont ensuite été ajustées avec la connaissance 'a priori' résultant ainsi en un meilleur accord entre les simulations et les essais en soufflerie.