identifier: Adam, É. (2011). Électroluminescence et radiation thermique dans les nanotubes de carbone  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
RÉSUMÉ L'émission de lumière à partir de nanotubes de carbone excités électriquement a été reportée pour la première fois par le groupe d'IBM il y a maintenant 8 ans. Ces expériences ont été réalisées sur des transistors ambipolaires à base de nanotubes de carbone individuels (ou un petit fagot) recouverts d'un oxyde. Dans le cadre de ces premiers travaux, l'origine de l'émission de lumière fut attribuée au mécanisme d'électroluminescence basé sur la recombinaison excitonique d'électrons et de trous injectés à partir des contacts. Suite à ces travaux initiaux, d'autres groupes ont commencé à étudier l'émission de lumière de dispositifs à base de nanotubes et ont observé des propriétés similaires. Cependant, la lumière observée fut attribuée dans certains cas à de l'électroluminescence par impact ou simplement à de la radiation thermique pompée par effets Joule. Ainsi, différents mécanismes ont été proposés dans la littérature pour expliquer l'émission de lumière à partir de dispositifs à base de nanotubes de carbone. À ce jour, il n'y a toujours pas de consensus clair sur le mécanisme qui domine l'émission de sorte que plusieurs questions restent ouvertes en lien avec l'électroluminescence et la radiation thermique dans les nanotubes. L'objet principal de cette thèse est de réaliser une étude spectroscopique dans le proche infrarouge sur différents dispositifs faits de nanotubes de carbone dans le but de clarifier les mécanismes d'émission. Le montage expérimental mis au point pour les mesures spectroscopiques est constitué du spectromètre infrarouge de Montréal (SIMON). Ce spectromètre a initialement été conçu pour l'astronomie d'où le besoin d'adapter SIMON à une station sous pointes artisanale pour les mesures à l'air et à un cryostat compact pour les mesures spectrales sous vide. Ce montage est unique, car il permet la détection de spectres (détecteur HgCdTe) dans le proche infrarouge de sources ponctuelles sur une large gamme d'énergie (∼ 0.5 to 1.3 eV). De plus, tous les composants du montage sont refroidis à l'azote liquide dans le but de minimiser le bruit thermique. Nous avons investi un temps considérable à calibrer ce montage à partir d'une source corps noir commerciale. La stratégie préconisée est de mettre au point deux types de dispositifs macroscopiques à base de nanotubes de carbone qui ont différentes trajectoires de thermalisation. Le premier favorise une émission purement thermique tandis que l'autre est optimisé pour permettre une émission dominée par l'électroluminescence par injection ou par impact. Une étude spectroscopique sur ces deux types de dispositifs macroscopiques a permis d'identifier la signature spectrale propre à l'électroluminescence et celle propre à la radiation thermique. Cette étude inclut aussi l'étude de dispositifs faite à partir de différentes sources de nanotubes de carbone. Cette thèse se divise en deux parties. Dans la première partie, nous avons réalisé des mesures spectrales sur deux types de dispositifs macroscopiques dans le but de clarifier la signature spectrale de l'électroluminescence et la signature spectrale de la radiation thermique. Plus spécifiquement, nous avons démontré que les réseaux de nanotubes de carbone mesurés à l'air sont des sources purement électroluminescentes tandis qu'un film épais de nanotubes de carbone suspendu se comporte comme une source purement thermique. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons mesuré les spectres d'émission de nanotubes de carbone individuels dans différentes conditions, soit à l'air et sous vide. Nous discutons ensuite des mécanismes d'émission en comparant les spectres de nanotubes individuels avec les spectres de référence obtenus précédemment à partir des réseaux et des films suspendus. La signature spectrale claire des nanotubes individuels est un moyen efficace pour discriminer entre l'électroluminescence et la radiation thermique. Le premier type de dispositifs mesurés est un film macroscopique épais (∼ 450 nm) suspendu au dessus d'une tranchée et connecté à deux électrodes. Une augmentation significative de la température est attendue lorsque le voltage appliqué augmente étant donné que la dissipation thermique par le substrat est absente pour cette géométrie. En mode imagerie, nous observons que la lumière est émise à partir de toute la surface du film au lieu d'être localisée. Cette observation démontre que l'émission découle de la radiation thermique dans les films suspendus. Les spectres mesurés sur ce type de dispositifs ont une forme spectrale étendue sur toute la gamme de détection du détecteur, similaire au spectre typique d'une source corps noir. Il est attendu que les spectres de telles sources correspondent bien à la loi de Planck. Étant donné que la formule de Planck est dépendante de la température, il est possible d'extraire une limite inférieure de la température du film en fonction du voltage appliqué. Nous avons mesuré une augmentation de température de 350 K à 600K pour une augmentation de voltage de 0.1V à 1.6V. Le second type de dispositifs que nous avons mesuré est un réseau composé d'une submonocouche de nanotubes de carbone interconnectés les uns aux autres pour former une couche semi-conductrice. Le nombre important de jonctions tube-tube dans le réseau limite le courant et empêche la température d'augmenter significativement à haut voltage. Le contact entre le réseau et le substrat contribue aussi à limiter les processus de thermalisation, ce qui a aussi pour effet de minimiser l'augmentation de la température à haut voltage. Dans ces conditions, il est attendu que l'électroluminescence domine la radiation thermique dans ce type de dispositifs. Premièrement, les mesures d'émission résolues spatialement sur des dispositifs dont le canal est un long réseau de nanotubes indiquent que la zone d'émission est toujours localisée près du contact où les porteurs minoritaires sont injectés. Ce résultat suggère fortement que l'émission de lumière découle de l'électroluminescence dans les dispositifs à base de réseaux, ce qui implique que la radiation thermique n'est pas un phénomène important dans ce contexte. Nous avons aussi étudié des dispositifs faits à partir de réseaux plus courts dans le but d'extraire le spectre d'émission de ces sources. Comme attendu, tous les spectres mesurés présentent une résonance principale caractérisée par une largeur à mihauteur relativement large (∼ 200 meV) avec un maximum qui correspond au premier niveau excitonique des nanotubes semi-conducteurs, appelé E S 11. Ces résultats supportent l'existence d'un courant de recombinaison bipolaire comme principal mécanisme d'émission et démontre que l'électroluminescence par impact n'est pas un mécanisme important dans les réseaux mesurés à l'air. Nous avons aussi observé que le spectre d'émission est décalé vers le rouge par rapport au spectre d'absorption correspondant à une source donnée. Deux effets différents ont été proposés pour expliquer cette émission dominée par les gros diamètres : i) la densité de porteurs est plus grande sur les nanotubes de plus grands diamètres et ii) un processus de transfert d'énergie se produit des nanotubes ayant un petit diamètre vers les plus gros. Finalement, nous avons mesuré les spectres d'émission de transistors faits à partir de nanotubes de carbone individuels (ou petits fagots) à l'air et sous vide. À l'air, chacun des spectres montre un pic bien défini qui est plus étroit (∼ 80-150 meV) que ceux mesurés sur les réseaux (∼ 200meV), ce qui suggère que plusieurs nanotubes émettent simultanément dans les réseaux. De plus, la position du maximum varie d'un dispositif à l'autre comme attendu pour des dispositifs constitués de nanotubes ayant différents diamètres. Cette série d'observations suggère que le mécanisme principal de l'émission de lumière de dispositifs individuels dans l'air est l'électroluminescence. Sous vide, bien que les spectres mesurés à bas courant ont une forme similaire à ceux mesurés à l'air, les spectres à haut courant ont une forme complètement différente. La forme générale suit la loi du corps noir de façon similaire aux spectres mesurés sur les films suspendus. Cette similarité suggère fortement que l'émission de lumière est dominée par la radiation thermique dans les nanotubes individuels mesurés sous vide et à haut courant. Par contre, de faibles déviations sont tout de même observées entre le spectre expérimental et le meilleur fit de la loi de Planck. Trois différentes explications ont été proposées pour expliquer l'existence de ces déviations : une contribution de l'électroluminescence qui se superpose à la composante thermique, une contribution due à l'émissivité spectrale du nanotube ou encore un artéfact possiblement lié à la faible résolution de la réponse spectrale du montage. Plus d'expériences sont nécessaires pour réussir à distinguer entre les trois explications possibles. La contribution principale de ce travail est la démonstration que l'émission de lumière à partir de transistors à base de nanotubes de carbone découle de deux différents régimes : l'électroluminescence par injection à bas voltage et l'émission thermique à haut voltage et sous vide. Lorsque mesuré à l'air, il n'est pas possible d'atteindre de haute température dans les transistors à base de nanotubes individuels, probablement à cause du claquage du nanotube par oxydation thermique qui se produit autour de ∼ 800K. Sous vide, étant donné que l'oxydation thermique n'est pas possible, la température du dispositif augmente rapidement et l'émission lumineuse devient donc très vite dominée par la radiation thermique.

Abstract Light emission from electrically excited carbon nanotubes has been reported for the first time 8 years ago by the IBM group using ambipolar field-effect transistors (FETs) made of individual or small bundle of nanotubes embedded in an oxide. The origin of this light emission was ascribed to an electroluminescence mechanism involving an excitonic recombination of injected electrons and holes from the contacts. Other works followed up on other nanotube FETs and provided similar emission properties, but the emission was ascribed to electroluminescence from excitons generated by impact excitation or simply due to thermal radiation from joule heating. Thus, different mechanisms at the origin of the light emission in carbon nanotube FET have been proposed. At the moment, the mechanism that dominates the emission is still unclear and the questions around the electroluminescence or thermal radiation properties of the devices are widely opened. We present here a spectroscopic study of the light emission properties of different nanotube devices with the aim to clarify the different mechanisms leading to the light emission. The experimental setup used for the acquisition of the spectra is the Spectrometer Infrared of Montreal (SIMON). This spectrometer was initially designed for astronomy and work was required to adapt SIMON with a homemade probe station operating in air or in a cryostat. This setup assembled in this thesis is unique because it allows to detect using a HgCdTe detector the near-infrared spectra of point-like sources in a wide energy range (∼ 0.5 to 1.3 eV). All components of SIMON are cooled down with liquid nitrogen to minimize the thermal noise. Our work also includes a full calibration of the spectrometer using a commercial blackbody source. The strategy is based on the design of two types of macroscopic devices for which different thermalization paths are favored. The first aims to provide a pure thermal source, whereas the second was kept at room temperature and used to optimize the conditions leading to electroluminescence by injection from the contacts or by impact. By performing spectroscopic studies on those structures in the near-infrared, this strategy allowed us to distinguish the different regimes when electroluminescence or thermal emission dominates for different types of carbon nanotube devices. Last, the study is extended to include different sources of nanotubes. The experiments are composed of two parts. The first was to perform spectral measurements on two macroscopic types of devices in order to identify the spectral signature of electroluminescence and the spectral signature of thermal radiation. We demonstrated using the emission spectra that network CNFETs (measured in air) are pure electroluminescence sources, while thick suspended film of carbon nanotubes are pure thermal sources. In the second part, we measured spectra from individual carbon nanotube FET exposed to air and in vacuum. The emission mechanisms were then studied by comparing spectra from individual nanotubes with a reference spectra obtained previously from the network FETs and suspended films of carbon nanotubes. The clear spectral signatures of the emissions from individual carbon nanotubes provided a good way to discriminate between the different light emission mechanisms. The first study consists of taking measurements from a thick (∼ 450 nm) macroscopic suspended carbon nanotube film connected between two electrodes. A significant increase of the temperature is expected when voltage is applied since thermal dissipation by the substrate is suppressed for this configuration. In imaging mode, we observed that infrared light is emitted from the entire area of the film instead of being localized. This observation demonstrates that the light emission arise from thermal emission. Spectra measured on this device all present a smooth response, characteristic of that of a blackbody. As expected for a pure thermal source, the results fit well the Planck formula. Because the Planck formula is temperature dependant, it became possible to extract a lower limit of the temperature of the film as a function of voltage. The temperature increases more or less from 350K to 600K when the voltage increases from 0.1V to 1.6V. The second study is made using a sub-monolayer network of carbon nanotubes interconnected together to form a semiconducting layer. The large number of tube-tube junctions in the networks limits the current and prevents the temperature to rise significantly at higher bias. The intimate contact between the network and the substrate also prevent the temperature of the film to increase significantly due to a good thermalizaton. Hence, electroluminescence from excitonic recombination is expected to be dominant over heat radiation for this type of devices. First, spatial resolution measurements on long channel network devices shows that the light-emitting zone is always located near the minority charge injector contact. This result demonstrates that light emission arises from electroluminescence in network from a bipolar current. Thermal emission can therefore be ruled out as the main mechanism of emission in this case. We also studied network field effect transistor with shorter channel length in order to extract the light emission spectra. As expected, all spectra exhibit a broad peak (linewidth ∼ 200 meV) with a maxima that correspond to the first excitonic level in semiconducting nanotube, the so-called ES11. These results support bipolar (electronhole) current recombination as the main mechanism of emission and allowed to rule out the impact excitation mechanism of electroluminescence. We also observed that the spectrum of the emission is red-shifted with respect to the corresponding absorption spectrum. This spectral feature reveals that large diameter carbon nanotubes contribute the most to the electroluminescence spectra. Two different effects are proposed to explain why the emission is dominated by the large diameter nanotubes: (i) the carrier density distribution is higher on large diameter nanotubes and (ii) an effective energy transfer process takes place from small to large diameter nanotubes. We finally measured light emission spectra from individual carbon nanotube transistors in air and under vacuum. In air, each spectrum is characterized by a peak that is narrower (∼ 80-150 meV) than those measured in network FETs (∼ 200 meV), suggesting that many carbon nanotubes do emit light simultaneously in the network. Moreover, the peak position of individual nanotube FETs changes from device to device, as expected for electroluminescence from individual carbon nanotubes having different diameters. This set of results suggests that the main mechanism of light emission from individual nanotube FETs in air is dominated by electroluminescence. In vacuum, although low current spectra have a peaked-shape similar to the one measured in air, spectra taken at high current present a totally different shape. The general shape is a blackbody tail that is similar to the spectra measured for suspended film. This result strongly suggests that light emission arises from thermal radiation in individual FETs when measured under vacuum and at high bias. An analysis of the spectra revealed however small deviations between the experimental spectra and the best fit to the Planck law. Three explanations are proposed for the deviations: an electroluminescence contribution that is superimposed to the thermal component; additional contribution from the spectral emissivity response of the nanotube; artifacts due to the low resolution of the setup calibration. More experiment will be needed to distinguish between these explanations. The main contribution of this work is the demonstration that light emission from nanotube FETs arises from two different regimes: electroluminescence from a bipolar current at low bias and thermal radiation at higher bias and in vacuum. When measured in air, high temperature in individual nanotube FETs is not achieve, probably due to a breakdown of the nanotube channel by thermal oxidation, which occurs at around ∼ 800K. In vacuum where no thermal oxidation is possible, the high temperature of the device rapidly increases and the thermally induced light emission rapidly dominates the radiation.


identifier: Desfossez, J. (2011). Résolution de problème par suivi de métriques dans les systèmes virtualisés  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le traçage en espace noyau et utilisateur est un sujet de plus en plus populaire étant donné le niveau de détail et la précision des données qu'il permet d'extraire sur les activités d'un système d'exploitation. Bien souvent par contre, les données recueillies sont tellement détaillées et complexes qu'elles requièrent beaucoup de temps et d'expertise à analyser et à comprendre. C'est pourquoi les traceurs sont habituellement utilisés par les développeurs et plus rarement par les administrateurs systèmes ou les utilisateurs. Cependant, les données recueillies, lorsque bien traitées et présentées, peuvent apporter des informations très pertinentes pour une grande variété d'utilisateurs à un coût très faible. De plus, la virtualisation déjà très présente en entreprise apporte de nouveaux défis dans l'enregistrement de traces et il est difficile avec les méthodologies actuelles de travailler efficacement avec de telles traces. Enfin, contrairement aux environnements de développement, les environnements de production tels que les centres de données sont souvent composés de serveurs fonctionnant sur différentes versions de système d'exploitation, utilisant des logiciels et technologies variées, c'est pourquoi il est nécessaire d'apporter une méthodologie générique afin de régler le plus efficacement possible les différents problèmes pouvant survenir dans un maximum de cas d'utilisation. L'objectif de cette recherche est de montrer qu'il est possible d'utiliser les informations recueillies par des traceurs pour combler l'écart présent entre les outils de diagnostic pour administrateurs systèmes et pour développeurs. Pour ce faire, nous allons étudier les méthodes actuelles d'analyse et de résolution de problèmes dans les environnements de production, ensuite nous verrons comment faire efficacement le lien entre des événements enregistrés au niveau utilisateur, dans le noyau et dans l'hyperviseur KVM, enfin nous présenterons une nouvelle solution développée pour rendre l'utilisation de traces noyau pratique pour diagnostiquer des problèmes complexes dans des environnements réels sans nécessiter de bagage en développement noyau. Tout au long de cette recherche, la méthode expérimentale consiste en la corrélation entre l'activité du système et l'abstraction faite par les outils d'analyse basés sur les informations de trace. En fonction de la problèmatique traitée, différents scénarios seront créés sur les systèmes en test. Le succès d'une expérience sera jugé selon la capacité à automatiser avec précision la synthèse et l'analyse des informations, de telle sorte qu'un utilisateur puisse rapidement profiter des données produites pour comprendre des problèmes complexes apparaissant sur les systèmes d'exploitation.  L'hypothèse servant de point de départ de ce travail est qu'il est possible d'utiliser les informations produites par un traceur pour diagnostiquer des problèmes à différents niveaux (utilisateur, noyau, hyperviseur) sans perturber le système. Les résultats de ce travail sont la création et l'intégration aux outils existants d'un mécanisme pour faire correspondre des traces enregistrées à différents niveaux d'un système d'exploitation avec un impact minimal, ce qui permet de comprendre et mesurer les liens entre les différentes couches. De  plus, de nouvelles métriques et une méthodologie pour rendre la lecture de traces reliées à la virtualisation sont développées et testées afin de rendre clair les interactions entre une machine virtuelle et le système hôte. Enfin, cette recherche introduit également un nouvel outil permettant aux administrateurs systèmes d'utiliser des traces provenant du noyau selon leur méthodologie de travail habituelle.  Le résultat final est que l'utilisation du traçage est viable pour la supervision d'un parc informatique. Les bibliothèques et outils développés servent de base à l'intégration avec les systèmes de supervision traditionnels, permettant la réaction rapide aux éventuels problèmes.  ABSTRACT: Tracing in user or kernel-space is becoming a popular subject. It provides a lot of information about the operating system with high precision. One problem with tracing though, is the fact that it is designed for developpers, and the amount of information and the level of detail is often too much for a system administrator or a user. However, if processed and presented correctly, the data produced by tracers can be of great use for a wide variety of users. Moreover, virtualisation increasingly used in enterprise, brings new challenges to tracing and current methodologies are not enough to record and work with such traces. Data centers are often running a lot of servers with different versions of software and operating systems for various reasons. It is therefore important to develop new generic methodologies covering the most use cases possible, to be able to quickly identify and solve the problems happening on those systems with a reliable data source such as tracing.  The objective of this research is to prove that we can use the data produced by a tracer to bridge the gap between tools in use by system administrators and developers.  In order to do that, we will study current methodologies for identifying and solving problems in production environments, then we will look at a way to synchronise traces recorded in the kernel, in user-space and in the hypervisor, and finally we will present a new way to process tracing data to assist in the resolution of complex problems in a real production environment, without requiring knowledge in kernel programming. The hypothesis serving as starting point for this work is that it is possible to use the information produced by a tracer to identify problems happening at various levels (user, kernel, hypervisor) without disrupting the system. The results of this work are the creation and integration in existing tools of a method to synchronise traces recorded at various levels on the same machine with a minimal impact. Moreover, new metrics and methodologies have been developped and tested to assist in the analysis process of traces related to virtualisation. Finally, this research introduces a new tool that allows system administrators to use kernel traces with their usual work habits. The final result is that using tracing is a valid and good option to monitor a data center. Thus, the libraries and tools developped are becoming the basis of the integration with the usual monitoring services, which allow a quick response in case of a problem


identifier: Erdogan, L. (2011). Dielectric Properties of Oil Sands at 2.45 GHz Determined with Rectangular Cavity Resonator  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les carburants de fossile relativement faciles à obtenir avec un coût peu élevé d'extraction continuent à être la forme dominante d'énergie dans le monde entier, malgré qu'on ne puisse pas les considérer comme sources d'énergie propre pour l'environnement. Suite aux pressions écologiques croissantes, y compris celles des changements climatiques,  différentes techniques de production sont examinées pour réduire l'impact sur l'environnement. L'étude présente vise une première étape d'un projet de recherche ultime pour trouver une façon de faire plus écologique dans l'extraction du pétrole à partir des sables bitumineux en utilisant l'énergie micro-onde. Les sables bitumineux sont un mélange naturel et visqueux de sable (ou d'argile), d'eau et d'une substance extrêmement lourde qu'on appelle « bitumen ».  Ils peuvent contenir de grandes quantités de soufre et évidemment de pétrole.  L'Alberta contient la plus grande concentration de sables de pétrole dans le monde.  Les sables bitumineux de l'Alberta se trouvent principalement en trois régions : Athabasca,  Cold Lake, et Peace River.  Le secteur entier dispose du plus grand dépôt au monde  à lui seul, contenant entre 1,7 et 2,5 trillions de barils. Les sables bitumineux peuvent être traités en surface pour l'extraction du pétrole ou in-situ lorsque la présence du pétrole est trop profonde, ce  qui est l'approche typique lorsqu'il s'agit des opérations plus viables économiquement. Dans le procédé d'extraction, le bitume est en premier lieu transformé en produits plus légers qui peuvent être facilement raffinés par la suite. La première et seule étude sur les sables bitumineux utilisant les micro-ondes, qui nous a inspiré pour mener notre projet ultime, a été présentée par Bosisio et al [5].  Dans son étude expérimentale, les échantillons de sable mêlés de goudron ont été chauffés avec des micro-ondes de puissance, à une fréquence de 2450±50 MHz.  La recherche présente vise à séparer le pétrole brut des sables bitumineux par un applicateur d'énergie micro-onde à 915 et 2450 MHz avec une puissance pouvant aller jusqu'à 10,000 W, ce qui est beaucoup plus élevé comme puissance que l'étude expérimentale de Bosisio qui a utilisé 100 W.  Pour cette étape, nous avons besoin de savoir les caractéristiques électriques du milieu traité, particulièrement la permittivité complexe des sables bitumineux.  ABSTRACT: Relatively easy and inexpensive fossil fuels continue to be the dominant form of energy around the world although they are not considered as environment friendly energy sources. With increasing environmental pressures including climate change, different production techniques are being investigated to reduce our impact on the environment. This study is the first stage of a research project that aims to find a cleaner and greener way to extract oil sands by using microwave energy applicators. Oil sands are naturally viscous mixtures of sand or clay, water and an extremely heavy substance called bitumen. It can contain large amounts of sulfur and is the oil component of oil sands. Alberta contains the largest concentration of oil sands in the world. Alberta's oil sands are contained in three deposits: Athabasca, Cold Lake and Peace River. The entire area composes the largest single deposit of oil in the world, containing between 1.7 and 2.5 trillion barrels. Oil sands can be produced either through surfacing mining or in-situ methods which is the typical approach when the oil sands are too deep to support surface mining operations economically. In the upgrading process, bitumen is chemically and physically changed into lighter products that can be easily refined. The first and only study of oil sands using microwave energy, prior to this project, was carried out by Bosisio et al [5]. In his experimental study, oil sand samples were heated with microwave power at a frequency of 2450±50 MHz. The final goal of our research would be to separate crude oil from oil sands by heating them with microwave energy applicator working at 2450 MHz with a power up to 10,000 W which is much higher than Bosisio's first experimental study done in 1977 using 100 W. At this initial step, we seek to determine the complex permittivity of oil sands because the microwave engineering of oil sands would require precise knowledge of its electromagnetic properties. These properties are defined in terms of dielectric constant (ε') and loss factor (ε"). Permittivity is actually a complex number. Relative complex permittivity is also complex when the permittivity is complex and it is the ratio of epsilon complex to epsilon zero (εr' and εr'').The only study on the complex permittivity measurements of oil sands at 2450 MHz was reported by Erdogan et al [9 – 11].


identifier: Préville, A.-M. (2011). Électroarthrographie : mesure et analyse des potentiels électriques à la surface du genou pour l'évaluation de l'arthrose  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'électroarthrographie (EAG) est une technique qui fut récemment découverte par un groupe de chercheurs de l'École Polytechnique de Montréal pour enregistrer et analyser les signaux électriques à la surface du genou qui sont produits par la compression du cartilage articulaire. Auparavant, il fut démontré que des potentiels électriques dits ‘d'écoulement' peuvent être mesurés directement sur le cartilage articulaire lors de mesures invasives, et que ces potentiels diminuent lorsqu'il y a une dégradation du cartilage produite par une réduction de la concentration de glycosaminoglycanes ou lorsque le collagène perd de son intégrité. L'électroarthrographie constitue alors une méthode non-invasive de mesure des potentiels d'écoulement qui reflètent l'état de santé du cartilage articulaire. Le premier objectif de ce mémoire était de concevoir un protocole de prise de mesures EAG répétable et adapté à des populations gériatriques. Pour ce faire, nous avons fait des études de cas selon plusieurs protocoles différents. Pour le protocole qui a été retenu, la mise en charge du cartilage articulaire se fait par un simple transfert de poids d'une jambe à l'autre, alors que le sujet se tient debout. Ce transfert de poids est répété durant deux minutes pour permettre de réduire le niveau de bruit en calculant des valeurs EAG moyennes. Les potentiels électriques sont mesurés à l'aide d'électrodes collées sur la surface du genou en utilisant un système d'enregistrement sans fil comprenant huit canaux en courant continu. Pour traiter les signaux mesurés, un programme avec une interface graphique fut mis au point pour filtrer les signaux, corriger la dérive de la ligne de base et moyenner les multiples épisodes de mise en charge. La répétabilité des potentiels moyennés pour chacune des électrodes fut évaluée par une procédure de test-retest pour 14 sujets. Il s'est avéré que quatre sites de mesure, situés surtout au niveau de la ligne d'articulation, ont montré des coefficients de corrélation intra-classe statistiquement significatifs. Le deuxième objectif était de déterminer la provenance des signaux et d'évaluer la sensibilité de l'EAG à la dégradation du cartilage. Pour ce faire, nous avons comparé deux populations; un groupe Contrôle, avec des genoux sains, et un groupe dont un des genoux était diagnostiqué arthrosique, tandis que le genou controlatéral portait une prothèse totale du genou. Chaque groupe comprenait vingt sujets. Dans le groupe Contrôle, l'amplitude moyenne des signaux EAG était statistiquement plus élevée du côté médial que du côté latéral, ce qui reflète des forces au niveau de l'articulation qui sont reconnues être plus élevées du côté médial que du  ABSTRACT: Electroarthrography (EAG) is a technique that was recently discovered by a group of researchers from the Ecole Polytechnique de Montreal, to record and analyze the electrical signals on the surface of the knee that are produced by the compression of articular cartilage. Previously, it has been shown that electrical potentials called 'streaming potentials' can be measured directly on the surface of the articular cartilage and that cartilage degradation, produced by a reduction in the concentration of glycosaminoglycans or collagen content, can decrease the amplitude of the streaming potentials. Eectroarthrography is therefore a non-invasive method for measuring electrical potential that reflect streaming potentials and the status of articular cartilage. The first objective of this project was to design a protocol that can provide repeatable EAG measurements and that is suitable for geriatric populations. To do this, we performed case studies using several different protocols. For our final protocol, the loading of articular cartilage is performed with a simple transfer of weight from one leg to another while the subject is standing. This weight transfer is repeated for two minutes to reduce the noise level by calculating average EAG values. Electrical potentials are measured with electrodes placed on the surface of the knee using a wireless recording system with eight channels. To process the measured signals, a program with a graphic user interface was developed to filter the signals, correct the baseline drift and average the multiple loading episodes. The repeatability of the averaged EAG for each of the electrodes was evaluated by a test-retest procedure for 14 subjects. We found that four measurement sites, mostly located over the joint line, showed statistically significant intraclass correlation coefficients. The second objective was to determine the origin of the EAG signals and to evaluate the sensitivity of the EAG for the detection of cartilage degradation. We thus compared two populations: a control group with healthy knees and a group of patients with osteoarthritis diagnosed for one knee, while the contralateral knee had a total knee replacement. Each group consisted of twenty subjects. In the control group, the mean amplitude of the EAG signal was statistically higher for the medial side than for the lateral side, reflecting joint forces that are known to be higher in the medial side than on the lateral side. For EAG signals recorded over the total knee replacement, their mean amplitude was statistically zero, reflecting the absence of cartilage. For signals collected over the arthritic knees, their mean amplitude was statistically


identifier: Soudagar, Y. (2011). Photonic Implementation of the One-Way Model of Quantum Computation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le calcul quantique par consommation d'intrication requiert comme ressource initiale un type particulier d'état intriqué, les Â "états graphesÂ". Il s'effectue en mesurant des bits quantiques (qubits) uniques dans differentes bases. Ces bases dépendent de l'algorithme utilisé et des résultats des mesures précédentes. Ainsi, on doit pouvoir stocker les nouveaux qubits d'une certaine façon pendant qu'on traite les résultats des mesures précédentes. Pour la mise en application de ce modèle (le calcul par consommation d'intrication) en photonique, les fibres optiques constituent la manière la plus pratique de stocker des qubits. Le temps d'arrivée de chaque photon au détecteur, que l'on nomme qubit temporel, est le degré de liberté le plus robuste associé aux photons se propageant dans les fibres optiques. Pour créer la ressource intriquée initiale, on doit d'abord produire des paires de photons EPR, photons qui sont totalement indifférenciables les uns des autres dans tous leurs degrés de liberté, sauf celui qui permettra d'encoder les qubits logiques. Ces paires de photons sont combinées au moyen de portes fusion pour produire des états graphes plus grands. Les portes fusion ne sont pas déterministes et elles présentent une probabilité limitée de succès. De plus, il faut pouvoir stocker les photons. Pour la réalisation de ce modèle basé sur les qubits temporels, on utilise une combinaison particulière de coupleurs 50/50 tout-fibre et de modulateurs électro-optiques pour constituer les portes fusion, ainsi que les portes à qubit unique arbitraires, qui sont nécessaires au calcul en soi. Ces deux étapes, soit la production de graphes au moyen des portes fusion et l'exécution du calcul quantique, exigent le stockage de qubits temporels, ce que la méthode proposée utilisant la fibre optique permet de faire tout naturellement. L'une des questions auxquelles se sont intéressés les mathématiciens qui travaillent sur le calcul par consommation d'intrication est la détermination des calculs possibles à partir d'un état graphe donné, ainsi que les possibilités de qubits d'entrée et de sortie pour cet état graphe. Les études qu'ils ont faites ont permis d'établir un algorithme utilisé pour élaborer une séquence de mesures et de corrections menant à un calcul déterministe à partir d'un état graphe. Cette séquence est ce qu'on appelle un  ot simple tracé sur un graphe. Récemment, on a modifié cet algorithme de manière à trouver le  ot généralisé, soit une séquence de calculs sur des graphes présentant des géométries particulières, comme des graphes contenant des structures en boucle. Dans le cadre de cette thèse, nous avons expérimentalement réalisé un graphe en boucle à 4 qubits comportant un qubit d'entrée, c'est-à-dire le plus petit graphe admettant un flot généralisé mais pas de  flot simple. Les graphes de ce type à structure en boucle conduisent à une boucle temporelle, donc un circuit non exécutable. Toutefois,  ABSTRACT: The one-way model of quantum computation (QC) uses a particular type of entangled state as its initial resource, which are called graph states. The computation is then performed by measuring single qubits in various bases. These bases depend on the algorithm that is being implemented and the results of the previous measurements. Hence, the qubits need to be stored in some way, while the results of the previous measurements are being processed. For the photonic implementation of this model, optical fibers are the most practical choice for storing the qubits. The arrival time of each photon at the detector, referred to as the time-bin qubit, is the most robust physical degree of freedom of photons in optical fibers. In order to make the initial entangled resource, one first produces EPR-type entangled pairs of photons, which are fully indistinguishable in all their degrees of freedom, but the one that is encoding the logical qubits. Using fusion gates, these photon pairs are combined to produce larger graph states. Fusion gates are not deterministic and have a finite probability of success. For them to be scalable, one further requires storage of photons. For the implementation of this model by time-bin qubits, one uses a special combination of all-fiber 50 : 50 couplers and electro-optical modulators to perform the fusion gates, in addition to the arbitrary single qubit gates necessary for performing the computation itself. Both these steps, namely the production of graphs using fusion gates and performing the quantum computation, require storage of time-bin qubits, which is implemented naturally in the proposed scheme that takes advantage of optical fibers. One of the questions that has been addressed by the mathematicians working on the oneway model is how to figure out what computations are possible, if any, by a given graph state and the choices of input and output qubits on this graph state. These studies have led to the development of an algorithm for finding a proper pattern of measurements and corrections that leads to deterministic quantum computation on the graph state. This pattern is said to be a flow on the graph. Recently this algorithm is generalized to finding the generalized flow, which are computation patterns on graphs with interesting geometries, such as graphs that contain loop structures. We experimentally realize a 4-qubit loop graph with an input qubit that renders it to be the smallest graph with a generalized  flow and no flow. Such graphs with a loop structure result into a time-like loop and thus a circuit that is not runnable. Using generalized flow, however, allows us to find an equivalent to the loop graph that respects the ordinary time line and is runnable. Bennett, Schumacher and Svetlichny (BSS) have proposed using quantum teleportation and post-selection to simulate time-like loops. It is shown that time-like loops arise naturally


identifier: Lafantaisie-Favreau, C.-H. (2011). Évaluation des réponses cellulaires et tissulaires précoces induites par des implants sous-chondraux et présolidifiés composés de chitosane/sang dans un modèle ostéochondral  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les lésions du cartilage articulaire sont très répandues et engendrent des douleurs intenses ainsi que des pertes de fonction au niveau des articulations. Les lésions du cartilage articulaire s'avèrent en plus être une des pathologies du corps humain qui sont les plus difficiles à traiter. Le cartilage est un tissu avasculaire contenant peu de cellules, ce qui lui confère des propriétés de régénérescence intrinsèque très faibles. Son architecture complexe de collagène et de protéoglycanes lui confère des propriétés de résistance aux compressions et d'élasticité avantageuses, mais les tissus de réparation typiquement formés suite à la réparation d'une lésion ne répliquent souvent pas la composition exacte du cartilage articulaire, ni l'organisation de sa matrice extracellulaire. Les tissus de réparation autologues sont donc mécaniquement inférieurs aux tissus sains, ce qui se traduit par une perte de stabilité de l'articulation qui peut mener à des douleurs, à des pertes de mobilité et même à la dégénérescence chronique du joint synovial. En effet, les lésions qui ne sont pas traitées adéquatement dégénèrent souvent en arthrose. Le développement de nouvelles thérapies pour la régénérescence du cartilage est donc une priorité. Afin de traiter des lésions focales du cartilage articulaire, plusieurs traitements sont disponibles. Par exemple, l'implantation de chondrocytes autologues a un taux de succès élevé, mais constitue un traitement coûteux qui requiert un minimum de deux chirurgies. De plus, une étude clinique n'a démontré aucun avantage clinique par rapport aux techniques de stimulation de la moelle osseuse. Ces techniques consistent en la perforation de trous au sein de la lésion préalablement débridée jusqu'à l'os sous-chondral afin de causer le saignement de l'articulation et ainsi permettre aux cellules souches de la moelle osseuse d'accéder au cartilage. Malgré les avantages de cette technique, le tissu de réparation est souvent un tissu de type fibrocartilagineux, ce qui le rend moins résistant aux charges mécaniques. Il a aussi été démontré que les patients âgés répondaient beaucoup moins bien à ces techniques. Afin de pallier les réponses de réparation cartilagineuse de ces traitements qui sont inadéquates, notre laboratoire a développé un implant hybride de chitosane, un polymère naturel biodégradable et biocompatible, de glycérol phosphate (GP) et de sang autologue. La solidification de l'implant est ainsi causée par la coagulation du sang contenu dans l'implant. Cet implant permet de stabiliser le caillot sanguin sur des trous chirurgicaux perforés par microfracture ou par perçage. Plusieurs études pré-cliniques ont été faites et concluent que les  ABSTRACT: Articular cartilage lesions are very frequent and lead to intense pain and loss of articular function. Lesions of the articular cartilage are also one of the hardest pathologies to treat in human. Cartilage is an avascular tissue that contains few cells, which results in poor intrinsic regeneration properties. Its complex architecture composed of collagen and proteoglycans results in advantageous properties of resistance to compression and elasticity, but the repair tissues that are formed following typical cartilage repair treatments of a lesion do not replicate the exact composition of articular cartilage and the organization of its extracellular matrix. Autologous repair tissues are thus mechanically inferior to healthy tissues, which translates to a loss of stability of the articulation that can lead to pain, loss of mobility and even chronic degeneration of the synovial joint. Lesions that are not properly treated often degenerate in osteoarthritis. The development of new therapies for cartilage repair is thus a priority. To treat focal lesions of the articular cartilage, various alternatives are available. For example, the implantation of autologous chondrocytes has a high rate of success, but consists of a costly treatment that requires a minimum of two surgeries. Additionally, a five years clinical study has shown that it had no apparent clinical benefit compared to bone marrow stimulation techniques. These procedures consist in creating surgical holes in the debrided lesion to perforate the subchondral bone and induce bleeding in the articulation to allow marrow-derived stem cells to access the cartilage. Despite the advantages of this technique, the repair tissue is often made of fibrocartilage, which makes it less resistant to load-bearing. It had also been shown that aged patients did not respond as well as young patients to these techniques. As a solution to the inadequate cartilage repair response to current treatment modalities, our laboratory has developed a hybrid implant of chitosan, a natural polymer that is biodegradable and biocompatible, glycerol phosphate (GP) and autologous blood. The solidification of this implant is caused by the coagulation of the blood. This implant allows the stabilization of the blood clot over microfracture or microdrilling defects. Many preclinical studies have been performed and have concluded that chitosan-GP/blood implants lead to the synthesis of a repair tissue that is more hyaline and integrated to the resident tissue after 8 weeks in a skeletally mature rabbit model. The short term events associated with this satisfying cartilage repair are a strong recruitment of neutrophils and osteoclasts, a delayed synthesis of the principal elements of


identifier: Bernier, E. (2011). Optimisation thermo-économique et environnementale du cycle de vie d'un procédé de capture de dioxyde de carbone dans une centrale termique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation multicritères de la conception d'un procédé permet d'en minimiser les émissions polluantes et les coûts simultanément. Cela permet de déterminer une série de configurations représentant le meilleur compromis possible entre ces deux objectifs, peu importe leur pondération ultérieure. L'espace de décision peut comprendre des variables de conception, comme le choix de la taille ou de la température d'opération des équipements, et des variables d'approvisionnement, comme le choix d'un fournisseur ayant de meilleures pratiques environ¬nementales plutôt qu'un autre. Pour obtenir le meilleur compromis possible, il faut d'abord définir les fonctions-objectif correctement, ce qui pourrait nécessiter de les considérer dans une perspective du cycle de vie. La conception réellement optimale d'un procédé pourrait donc dépendre des impacts environnementaux du cycle de vie de ses intrants. L'hypothèse de recherche de cette thèse est qu'une décision de conception de procédé prise post-optimisation avec analyse du cycle de vie (ACV), comparativement à la décision prise sans ACV, apporte un bénéfice économique et environnemental à long terme dont l'espérance est mesurable, du moins lorsque les contraintes environnementales ne sont pas déjà internalisées dans le coût des intrants mais le seront plutôt entre le moment de la conception et celui de la construction. L'objectif général de recherche de cette thèse est de faire une validation de principe de l'intégration de données d'ACV dans un contexte d'optimisation de la conception d'un procédé par simulation informatique, et d'en mesurer le bénéfice pour un cas d'étude. Ce faisant, il est souhaité de développer de nouvelles façons d'utiliser l'ACV. Le cas d'étude est la conception préliminaire d'un procédé de capture de CO2 en postcombustion dans une centrale électrique à cycle combiné fonctionnant au gaz naturel. Le procédé en boucle met la fumée refroidie en contact avec un absorbant chimique aqueux qui réagit avec le CO2, pour ensuite chauffer l'absorbant et libérer le CO2 concentré qui peut ensuite être injecté dans un aquifère salin en haute mer. Les impacts environnementaux de ce procédé viennent principale¬ment du fait que la désorption consomme de la vapeur qui aurait autrement pu produire davantage d'électricité. Des impacts supplémentaires sont associés au remplacement périodique de l'absorbant, aux fuites de séquestration, ainsi qu'aux infrastructures, à la machinerie et à l'énergie requises pour compresser, assécher, re-compresser, transporter et injecter le CO2. La modélisation informatique du cas d'étude comprend un modèle de schéma d'écoulement du procédé incluant la cinétique de la capture, un modèle séparé d'intégration thermique du procédé, un algorithme génétique d'optimisation multicritères, le calcul des fonctions-objectif, et une plate-forme sous-jacente fournie par le Laboratoire d'énergétique industrielle de l'École polytechnique fédérale de Lausanne. L'espace de décision combine des variables de décision continues (par exemple, la pression d'une colonne) et discrètes (par exemple, le branchement d'un écoulement). Une partie de l'originalité de la démarche est d'explorer simultanément de nombreuses configu-rations d'écoulement et d'échangeurs de chaleur grâce à la plate-forme utilisée. Un objectif secondaire de recherche est donc de contribuer à l'état de l'art de la conception des procédés de capture de CO2 en milieu aqueux, particulièrement au niveau de l'intégration thermique. La principale originalité de la démarche est toutefois de comparer la prise de décisions en considérant toujours plusieurs façons de mesurer les impacts environnementaux avec ou sans l'ACV. Cela permet de mesurer la contribution de l'ACV elle-même pour la prise de décisions, mais aussi l'importance des impacts environnementaux spécifiques à chaque intrant, qu'il s'agisse de gaz naturel, d'acier, d'absorbant, ou d'un service de transport et de séquestration du CO2, ou encore spécifiques à chaque substance émise, qu'il s'agisse du CO2 lui-même, des autres gaz à effet de serre ou d'autres polluants. Les principaux résultats de ce travail sont que le coût de la capture du CO2, par unité de potentiel de réchauffement global évité, augmente d'environ 3 % lorsqu'on considère les impacts dans une perspective du cycle de vie, et que c'est le CO2 lui-même, émis par les producteurs de gaz naturel et les transporteurs de CO2, qui contribue principalement à cette différence. Ainsi, l'ACV peut mener à de meilleures décisions dans plusieurs circonstances, en favorisant l'efficacité énergétique et la substitution de combustibles biogéniques comme le gaz naturel synthétique du bois gazéifié, et en décidant d'encourager les fournisseurs à réduire leurs propres émissions. Dans le cas précis où une taxe anticipée sur le CO2 est tout juste suffisante pour donner l'impression que la capture est rentable, alors qu'une évaluation détaillée de la même taxe chez les fournisseurs indique qu'elle n'est pas rentable, le recours à l'ACV mène alors à la décision de payer la taxe plutôt que de capturer le CO2, pour un gain d'environ 0,64 $/MWh attribuable à l'ACV, validant ainsi l'hypothèse de recherche. Les conclusions techniques, économiques et environnementales découlant de ces résultats sont détaillées dans trois articles soumis avec cette thèse, respectivement. Quelques observations originales sur le plan technique répondent à l'objectif secondaire de recherche. En particulier, il pourrait être avantageux d'utiliser la chaleur de l'absorbant de CO2 appauvri pour générer de la vapeur, ce qui permettrait de simplifier le désorbeur. Aussi, les résultats donnent des valeurs optimales relativement élevées pour la largeur de l'absorbeur, la charge nette de l'absorbant et le taux de capture. Cela porte à croire que les auteurs précédents n'ont pas pu arriver à un optimum global parce qu'ils ont utilisé un nombre insuffisant de variables de décision et parce que leur fonction-objectif, minimiser la consommation de vapeur, est inadéquate. Cependant, ces idées restent à valider avec un modèle plus détaillé. Le principal apport aux connaissances de cette thèse consiste en une nouvelle méthodologie d'optimisation du cycle de vie qui combine l'ACV et l'analyse des coûts du cycle de vie. Elle permet d'optimiser la conception d'un procédé tout en considérant que les fournisseurs vont optimiser eux-mêmes leurs émissions, sous la pression soit de nouvelles taxes, soit d'une politique d'approvisionnement à déterminer plus tard. Son originalité repose sur une pondération des émissions des fournisseurs selon leur coût d'évitement correspondant à un mélange optimal de mesures de prévention et de compensation. Cette méthodologie est la seule permettant une conception globalement optimale, selon la démonstration fournie dans cette thèse, qui suggère également que la validité de l'approche s'étend à toutes les décisions de conception en général. L'analyse des coûts d'évitement de 3850 processus élémentaires d'une base de données d'ACV démontre que pour une très large majorité de processus, qualifiables d'énergivores, les coûts d'évitement des substances autres que le CO2 sont négligeables par rapport aux autres coûts. Comme les coûts non-environnementaux représentent indirectement des opportunités d'évitement d'impacts ailleurs, il est souvent préférable, même d'un point de vue strictement environne¬mental, d'utiliser une conception de faible coût mais en incitant (monétairement) les fournisseurs à prévenir ou à compenser leurs émissions, plutôt que d'utiliser la conception de faibles impacts selon l'ACV sans égard aux coûts. En fait, lorsque la totalité des intrants d'un procédé sont énergivores, la conception optimale est simplement celle qui minimise les coûts du cycle de vie, incluant les futures taxes indirectes sur le CO2 que l'ACV permet d'estimer pour chaque intrant.  ABSTRACT: Multi-objective process design optimization makes it possible to simultaneously minimize the polluting emissions and the costs of a process, determining a set of configurations that represents the best possible compromise between these two objectives, regardless of their future weighting. The decision space may include design variables such as equipment size or operating temperature and procurement variables such as the choice of a supplier with better environmental practices than another. In order to obtain the best possible compromise, the objective functions must be correctly defined in the first place – a process that may require considering them in a life cycle perspective. The truly optimal design of a process could thus depend on the life cycle environmental impacts of all its inputs. The research hypothesis outlined in this dissertation advances that a process design decision taken post-optimization with life cycle assessment (LCA), as compared to the decision taken without LCA, brings a long-term economic and environmental benefit with a measurable expectation, at least when environmental constraints have not been internalized in input prices yet, but will be internalized between the design phase and the construction phase. The general research objective is therefore to set out a proof of concept of LCA data integration into a process design optimization context through computer simulation and then to measure the benefits for a case study, with a view to develop new ways of using LCA. The case study involves the preliminary design of a post-combustion CO2 capture process in a natural gas combined cycle power plant. The closed-loop process puts cold flue gas in contact with an aqueous chemical absorbent that reacts with the CO2, after which the absorbent is heated to release concentrated CO2 that can later be injected into a saline aquifer at sea. The environmental impacts of the process stem in majority from the stripper consumption of steam that would otherwise produce more electricity. Additional impacts are generated by make-up absorbent production and by sequestration leaks, as well as by the infrastructure, the machinery and the energy required to compress, dry out, recompress, transport and inject the CO2. Computer modeling of the case study includes a process flow-sheeting model that accounts for CO2 capture kinetics, a separate thermal integration model, a genetic multi-objective optimi¬zation algorithm, the calculation of objective functions as well as an underlying platform provided by the Industrial Energy Systems Laboratory of École polytechnique fédérale de Lausanne. The decision space combines continuous (e.g. a column operating pressure) and discrete variables (e.g. the branching of a flow). Part of the originality of the approach is that it concurrently explores several absorbent flow and heat exchanger configurations using the unique capabilities of the platform. A secondary research objective is therefore to contribute to the state of the art in CO2 capture process design, especially as it pertains to thermal integration with the power plant steam cycle. However, the originality of the approach is mainly driven by the fact that it compares decisions made by considering several ways of measuring the environmental impacts, with and without LCA, thus making it possible to assess the contribution of LCA itself for decision-making as well as the significance of the environmental impacts specific to each input (e.g. natural gas, steel, absorbent, or CO2 transport and sequestration services), or specific to each substance emitted (e.g. CO2, other greenhouse gases, or other pollutants). The main results of the research are that the CO2 capture costs, per unit of avoided global warming potential, increase by approximately 3% when considering impacts in a life cycle perspective and that it is the CO2 released by natural gas producers and CO2 transporters that largely contribute to the increase. LCA can therefore lead to better decision-making in several circumstances by fostering energy efficiency and the substitution of biogenic fuels such as synthetic natural gas from wood gasification as well as by choosing to incite suppliers to reduce their emissions. In the specific case in which an anticipated CO2 tax is just enough to give the impression that capture is profitable while a detailed assessment of the same tax as paid by suppliers indicates that it is not, LCA will support the decision to pay the tax rather than capture the CO2, for a net gain of some $0.64/MWh attributable to the LCA, therefore validating the research hypothesis. The technical, economic and environmental conclusions drawn from these results are detailed in the three articles submitted with this dissertation, respectively. Certain novel technical observations meet the secondary research objective. More specifically, it may be advantageous to use the lean CO2 absorbent heat to generate steam, simplifying stripper design. Also, results include relatively high optimal values for the absorber width, the net absorbent loading and the overall capture rate, leading one to believe that other authors have not yet been able to reach a global optimum because they used too few decision variables and they relied on the inadequate objective function of minimizing steam consumption. However, these ideas must still be validated using a more detailed model including the individual cost of the main heat exchangers. This dissertation's main contribution to scientific knowledge consists in a new life cycle optimization methodology that combines life cycle assessment and life cycle costing, making it possible to optimize a process design while considering that suppliers will also optimize their emissions themselves because of future taxes or voluntarily through a procurement policy to be determined at a later date. Its originality is based on a method for weighting supply-chain emissions according to the avoidance cost of an optimal combination of prevention and compensation measures. According to the theoretical demonstration set out in the dissertation, this methodology is the only approach that makes it possible to determine a globally optimal design, and it is suggested that its validity extends to all design decision-making in general. The avoidance costs of a batch of 3 850 elementary processes from an LCA database show that, for the vast majority of these processes defined as energy-intensive, the avoidance costs of non-CO2 substances are negligible as compared to all other costs. Since non-environmental costs indirectly represent avoidance opportunities elsewhere, it is often preferable – even from a strictly environmental perspective – to use a low-cost design and incite suppliers (using money) to prevent or compensate their emissions rather than rely on a design with low-impacts according to LCA but without considering costs. In fact, when all inputs of a process are energy-intensive, the optimal process design is simply the one that minimizes all life cycle costs, including indirect future CO2 taxes that LCA can estimate for each input.


identifier: Chebli, K. (2011). Optimisation des mouvements des conteneurs dans un terminal maritime  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
RÉSUMÉ De nombruses recherches ont montré l'importance et la valeur des problèmes de planification et d'optimisation dans un terminal maritime. Dans ce mémoire, on s'intéresse au problème d'optimisation des mouvements des conteneurs dans le cas d'exportation. Les séquences de fonctionnement des portiques de cour et des camions sont prises en considération en même temps. En outre, on prend en compte les interférences qui peuvent exister entre les portiques de cour. En fouillant dans les travaux de littérature sur les problèmes de planification des portiques de cour, on ne trouve pas un travail qui examine les mouvements non productifs et les interférences possibles entre ce type de portique simultanément, ce qui sera un point d'innovation dans notre travail. Le problème de planification des opérations de chargement des conteneurs est d'abord formulé en programme linéaire mixte. La fonction objectif minimise le temps de complétion des opérations de manutention par les portiques de cour. Le modèle mathématique est basé sur plusieurs hypothèses, tenant compte des deux phénomènes d'interférence et des mouvements non productifs. Pour résoudre le problème, une approche heuristique de type Recherche Adaptative à Large Voisinage (ALNS) est développée. Cette méthode a la capacité de résoudre les problèmes d'optimisation dans un terminal à conteneurs. En effet, la méthode ALNS est jugée efficace quelque soit la taille du problème : 10, 20 et 100 conteneurs. Les données utilisées pour tester l'approche sont fictives et on a généré plusieurs instances en variant le nombre de conteneurs et/ou le nombre d'équipements de manutention disponibles. Les tests ont permis d'évaluer l'efficacité de l'algorithme ALNS. Plusieurs scénarios ont été utilisés où on a combiné des heuristiques de retrait et d'insertion. Les résultats des tests nous ont montré la qualité des solutions générées par la méthode ALNS. Mots clés : terminal à conteneurs, optimisation, planification des opérations, recherche adaptative à large voisinage, programme linéaire mixte;----=-=-----ABSTRACT Most of the researchers have shown the importance and the value of scheduling and optimization problems in a maritime terminal. In this work, we focus on the optimization problem for loading operations of outbound containers. Thus, the sequencing of each yard crane and of each yard truck is studied at the same time. Furthermore, we consider the possibility of potential interferences between yard cranes and rehandles which significantly influence the performance of yard cranes. In the literature about yard crane scheduling problems, there is no work that combines interference between yard cranes and rehandles at the same time which is the innovation point of our work.
The scheduling problem for loading operations is formulated as a mixed linear program model. The objective function is to minimize the makespan of loading operations by yard cranes. The mathematical model is based on various assumptions and it includes the potential interferences and the rehandle.
A heuristic method is developed for solving this problem, namely Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS). This method has the potential to handle with optimization problems in a container terminal. In fact, the ALNS method is deemed to be efficient with different scale problems: 10, 20 and 100 containers. The data are fictitious and many instances are built by varying the number of containers or/and the number of equipments (yard crane and yard truck) in each time. Computational tests are made to evaluate the efficiency of the developed algorithm (ALNS) for that we used multiple strategies where we made different combinations of removal and insertion heuristics. These numerical results show the quality of solutions produced by ALNS method. Keywords: container terminal, optimization, scheduling operations, adaptive large neighborhood search, mixed linear program.


identifier: Mehdi Zadeh, F. (2011). Amélioration de la condition frontière de face de soufflante pour la conception de l'admission d'air sous distorsion  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La conception d'une prise d'air pour une turbine à gaz implique des calculs de dynamique des fluides (CFD) suivis d'évaluations expérimentales sur banc d'essai. Dans les deux cas, le moteur est pris en compte comme un puits de masse imposé à quelques rayons de pales de distance après le plan de la soufflante réelle. En général, cette approche est suffisante pour concevoir la géométrie d'admission d'air pour une faible distorsion de l'écoulement au niveau de la face de la soufflante. En réalisant ce type de modélisation, on ne prend pas en compte l'effet de l'interaction entre l'aube et l'écoulement sous distorsion. En réalité, la soufflante fait l'effort de compenser la distorsion de l'écoulement et le rendement de compresseur est influencé par la distorsion. Ces phénomènes ne sont pas considérés par l'imposition d'une condition frontière uniforme à la sortie de la prise d'air. À l'avenir, le positionnement des moteurs d'avion à réaction engendrera de nombreuses situations avec des niveaux de distorsion plus élevés en entrée de la soufflante. Dans ces cas, ne pas prendre en compte les pales de la soufflante conduit à des solutions CFD inexactes dans la prise d'air. Cette prise en compte lors de la phase conception de la prise d'air exigerait des calculs intensifs et coûteux, par exemple une modélisation 3-D instationnaire de l'aube. La solution proposée dans ce document pour le calcul CFD est la conception d'une nouvelle condition frontière appliquée sur le plan de la soufflante qui pourrait mieux représenter l'effet des pales de la soufflante sur l'écoulement dans la prise d'air en présence de distorsion. Cette nouvelle condition aux limites est une composition de plusieurs compresseurs en parallèle dont chacun influence l'écoulement d'une manière à atténuer la distorsion. La méthode est définie et validée selon le fonctionnement de soufflantes existantes.  ABSTRACT: The design of an intake for a gas turbine engine involves CFD-based investigations and experimental assessment in the intake test rig. In both cases, the engine is represented by a mass flux sink, usually imposed a few fan radius aft of the real fan face. In general, this approach is sufficient to design intake geometry for low distortion at the fan face. When considering future installations, many situations could arise when distortion level will be higher at the fan face. In these cases, the effect of the fan and its reaction on the distortion is expected to be more important. Situations could arise where flow separation in the intake could be triggered or suppressed when considering or not the coupling between the fan and the intake. An expensive solution would be to include the fan analysis during the intake design, but this solution is too computationally intensive to be useful in design mode. The solution proposed in this paper for the CFD is to design a new boundary condition applied to the plane of the fan that could better represent the effect of the fan blades on the flow in the intake air in the presence of distortion. This new boundary condition is defined as the operation of some existing fans. This new boundary condition is a composition of several compressors in parallel. Each of these compressors influences the flow in a manner to attenuate the flow distortion. The proposed method is defined and validated according to the operation of existing fans.


identifier: Ferreira Benevides, A. (2011). Fabrication d'une pièce composite axisymétrique 3D à haut taux de fibres et à haute température par le procédé polyflex.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet d'industrialisation du procédé Polyflex par la fabrication d'une pièce composite axisymétrique 3D à haut taux de fibres et à haute température s'inscrit dans le cadre de la poursuite des travaux Polyflex de la chaire sur les composites à haute performance (CCHP). Cette étape se veut un jalon important pour le développement du procédé Polyflex. En se basant sur le savoir-faire du CCHP concernant l'injection flexible, un moule d'injection a été converti en moule Polyflex afin de valider l'utilisation de ce procédé dans un contexte plus industriel. Afin d'y parvenir, la conception de divers outillages industriels pour l'injection flexible a été mise en oeuvre. Dans le lot, une nouvelle machine de compaction industrielle pour Polyflex présentant un nouveau panneau de contrôle facilitant l'utilisation par les opérateurs et une conception très compacte a été installée dans le laboratoire de fabrication industrielle des composites du CCHP (LFIC). La pièce prototype choisie pour le projet étant de dimension record pour les travaux du CCHP, un nouveau système pour l'injection de résine mono composante à haute température pour l'injection flexible a été mis en place. Ce système permet l'injection d'une grande quantité de résine avec la précision et le contrôle voulu pour les injections Polyflex. Afin de gérer toute l'information lors de la mise en commun de ces différents systèmes, un outil de contrôle centralisé a aussi été conçu et assemblé. Ce système versatile permettant l'acquisition de données et un contrôle de la fabrication a été d'une grande utilité pour le présent projet et est appelé à être utilisé dans plusieurs projets différents au LFIC. Après la mise en service du nouveau moule Polyflex et de toutes les composantes nécessaires à son utilisation, les premières pièces composites axisymétriques à géométrie complexe ont pu être fabriquées avec succès. Ce premier projet dans la vague d'industrialisation du procédé d'injection flexible ouvre maintenant le porte à de nombreux autres projets ambitieux de fabrication de pièces composites structurelle importante, ce qui pourrait offrir des alternatives aux autres procédés comme le RTM, utilisés de nos jours pour la fabrication de ces pièces.  ABSTRACT: The industrialization of the Polyflex process by the production of an axisymmetric 3D composites material piece at high fiber volume and high temperature comes after all the Polyflex projects already done by the research chair on high performance composites (CCHP). This project really is a milestone in the development of the Polyflex composites manufacturing process. With all the knowledge on flexible injection in the CCHP group, an injection mould has been modified to create a new Polyflex mould in order to validate the use of this manufacturing process in a more industrial context. In order to achieve this goal, the design of complementary systems has also been undertaken. The new industrial compaction machine for Polyflex presents a new more integrated control panel making it easier to use and is built on a small foot print design at the CCHP's composites industrial manufacturing laboratory (LFIC). Because the prototype piece chosen for the project is so big in dimension, a new high temperature mono component injection system as also been added to the set of tools available for the project. This new system makes it possible to inject a large volume of resin with the precision and control needed for Polyflex injections. In order to deal with all the information coming from all the tooling involved in the injection, a central control unit has also been assembled. This system is responsible for data acquisition and some control during every phase of the manufacturing process and has been useful for application in this project as well as in other CCHP projects at the LFIC. After the launch of the new mould and all peripheral components, the firsts axisymmetric composites pieces with complex geometry were fabricated with success. This first project in the more industrialization wave of the flexible injection process opens a lot of ambitious manufacturing projects for main structural composites parts. This new way of making composites could then be an alternative to the other processes used today to make these pieces like RTM.


identifier: Gervais, J. (2011). Lien entre les pathologies rachidiennes et l'intensité de signal IRM dans le disque intervertébral  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La scoliose et le spondylolisthésis sont des pathologies rachidiennes qui touchent respectivement 1,5-3% et 13.6% des personnes et possèdent un potentiel d'évolution. Ces pathologies tridimensionnelles sont principalement étudiées par des indices géométriques bidimensionnels ne reflétant qu'une partie des modifications morphologiques et biomécaniques/biochimiques du rachis. L'étude clinique de ces pathologies et de leurs évolutions sont réalisées à partir d'informations limitées sur les modifications engendrées au rachis. Le disque intervertébral (DIV) est le tissu mou permettant la mobilité entre les segments vertébraux. Il subit les effets dégénératifs des pathologies de manière précoce en son sein. Notre étude se base sur l'hypothèse que l'intensité de signal IRM au sein d'images cliniques pondérées en T2 est sensible à la pathologie rachidienne et à sa sévérité, permettant ainsi à cette modalité d'imagerie de fournir des informations sur les propriétés géométriques, biochimiques et mécaniques du DIV, et donc de réaliser des suivis in-vivo de l'évolution des pathologies rachidiennes. Ce projet vise à développer des techniques permettant l'étude tridimensionnelle de la distribution géométrique et gaussienne du signal IRM pondéré en T2 au sein d'images cliniques de patients présentant des pathologies rachidiennes, et ce dans le disque intervertébral (DIV) complet, dans l'annulus fibrosus (AF) et dans le nucleus pulposus (NP). Ces outils permettront de vérifier si les dégénérescences des DIV sont spécifiques aux pathologies les ayant engendrées ainsi qu'à leurs sévérités. Afin d'analyser le signal IRM tridimensionnel du DIV de manière automatisée, il est nécessaire de segmenter les images cliniques. Une méthode semi-automatisée a été utilisée dans ce projet et sa reproductibilité a été testée. Cette méthode permet un gain de temps par rapport aux méthodes manuelles utilisées dans la littérature. Des outils d'analyse de signal IRM au sein du DIV ont été développés afin de détecter la sensibilité de celui-ci aux pathologies rachidiennes et à leurs sévérités. Ces outils ont permis de refléter les variations de distribution du signal IRM de manière géométrique en 3D et de manière gaussienne. Dans ce but, une cohorte de 79 sujets (32 scolioses, 32 spondylolithésis, 15 contrôles) a été étudiée. Une normalisation de l'intensité de signal a été nécessaire à la comparaison des signaux  ABSTRACT: Scoliosis and spondylolisthesis are spine pathologies affecting 1.5-3% and 13.6% of the population, respectively. These diseases have the potential to further progress. These tridimensional pathologies are mainly studied using two-dimensional geometric indices, which reflect only a fraction of the morphological, biomechanical and biochemical variations of the spine. Clinical interpretations of these pathologies and of their evolution are based on the limited information of spine modifications. The intervertebral disc (IVD) is the soft tissue between adjacent vertebrae that allow the mobility of the spine between the rigid segments. Spine pathologies lead to premature degeneration of the IVD. In our study, we hypothesize that the MRI signal intensity within clinical T2-weighted images is sensitive to the spine pathology and to its severity. Thus this imaging technique could provide information on the geometrical, biochemical and mechanical properties of the IVD, and facilitate in-vivo follow-up of the evolution of these spine pathologies. This project aims to develop techniques to analyse the tridimensional geometry as well as the Gaussian distribution of the T2- weighted MRI signal within clinical images of the IVD, the annulus fibrosus (AF) and the nucleus pulposus (NP) of patients affected with various spine pathologies. These tools will assess whether or not a specific degeneration of the IVD is caused by the spine pathologies depending on their severity. In order to analyse automatically the tridimensional MRI signal within the IVD, it is necessary to segment clinical images. A semi-automated method was used in this project and its reproducibility was tested. This method is less time-consuming compared to the commonly used manual methods that are reported in the literature. MRI signal analysis tools were developed to detect its sensitivity within the IVD to spine pathologies and their severities. These tools allowed a Gaussian and geometric distribution analysis of the MRI signal intensity within the IVD. A cohort of 79 subjects (32 scoliosis, 32 spondylolisthesis, 15 controls) was studied. A normalization of the signal intensity was done in order to compare images from patients with variable parameters such as the acquisition gain. This study tested two normalizations of the intensity of the signal. The first one was based on the intensity within the cerebrospinal fluid


identifier: Hala, M. (2011). Characterization of High Power Impulse Magnetron Sputtering Discharges  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La tendance actuelle dans le domaine du dépôt physique en phase vapeur porte en partie sur le développement de processus permettant une ionisation élevée du matériau pulvérisé. Cette forte ionisation permet d'obtenir des conditions favorables à la fabrication de couches minces très denses. C'est le cas de la pulvérisation magnétron pulsée de grande puissance (HiPIMS), une technique de dépôt récemment introduite dans les milieux académiques et industriels. Ainsi, une forte dissipation de puissance au niveau de la cible durant chaque impulsion HiPIMS mène à la génération d'un plasma de haute densité et à une ionisation considérable du matériau pulvérisé. Pour cette raison principale, la concetration en ions métalliques d'un plasma HiPIMS peut être élevée, ce qui peut mener à une auto-pulvérisation de la cible. Malgré les importants progrès tant dans la compréhension que dans l'application de cette nouvelle technique de dépôt, une multitude de questions reliées à la dynamique complexe des décharges HiPIMS restent ouvertes. Ces questions concernent nottement les décharges opérées dans des mélanges gazeux réactifs employés dans la préparation de revêtements protecteurs et optiques. Ainsi, à titre d'exemple, il existe très peu d'information concernant la propagation entre la cible et le substrat d'un plasma riche en métal lors de chaque impulsion HiPIMS. Ceci est pourtant un critère important facilitant l'optimisation des conditions de dépôt. Ajoutons qu'il existe plusieurs types de sources de puissance offrant des formes d'impulsion en courant et en tension très différentes, mais qu'aucune analyse rigoureuse de leur décharge respective menant à l'identiffication des avantages et des inconvénients sur le processus de dépôt n'est disponible en ce moment. Le but de la présente thèse consiste ainsi à répondre aux problématiques et aux besoins déffinis plus-haut. En premier lieu nous menons une étude approfondie des processus en phase gazeuse durant des impulsions HiPIMS opérées avec une cible de Cr dans des milieux de Ar, de O2/Ar, de N2 et un mélange de N2 et Ar (N2/Ar) en utilisant primordialement l'émission optique émanant des différentes espèces excitées par le plasma. Nous nous concentrons ensuite sur l'évaluation critique des deux types de décharges pulsées à grande puissance générées par  ABSTRACT: Recent development in the field of physical vapor deposition has shown a great interest in processes that provide high level ionization of the sputtered material, enabling thus the fabrication of dense coatings exhibiting superior material and functional characteristics. This is particularly the case of high power pulsed magnetron sputtering (HiPIMS), recently introduced to both academia and industry, that combines magnetron sputtering and pulsed power technology. The high power dissipated on the target during each HiPIMS pulse leads to the generation of high-density plasma and to a significant ionization of the sputtered target material. Hence, the HiPIMS plasma can be rich in metal ions which, in turn, contribute to target self-sputtering. Despite great advances in the understanding as well as in the application of this novel deposition technique, there remain numerous open questions related to the complex dynamics of the pulsed HiPIMS discharges, particularly if operated in the reactive gas mixtures employed in the preparation of functional protective and optical lms. For instance, there is still little information available about the propagation of the metal-rich plasma in between the target and the substrate during individual HiPIMS pulses, an important criterion for facilitating the optimization of the deposition conditions. Furthermore, there exists a variety of commercial HiPIMS power supplies exhibiting very dierent pulse shape-, voltage- and current characteristics. However, a rigorous analysis of the respective discharges { that could identify their particular benets and drawbacks with respect to the deposition process { is missing. This work addresses the issues and needs dened above. First, we perform an in-depth investigation of the gas-phase processes during the HiPIMS pulses operated above a Cr target in Ar, O2, N2 and in N2/Ar mixtures, mostly using optical emission emanating from different plasma-excited species. Afterwards, we focus on the critical assessment of the two principal types of high power pulsed discharges generated by the commercially available power supplies:


identifier: Xu, X. (2011). Plasma Actuation for Boundary Layer Separation Control in Engine Ducts  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le décollement de la couche limite turbulente est un problème important pour une multitude d'applications, notamment pour les conduits en forme de S comme des entrées d'air non axiales de moteurs d'avion et les conduits de transition entre les turbines (ITD) de ces moteurs. Le décollement de la couche limite turbulente dans les entrées d'air non axiales provoque une distorsion de l'écoulement entrant dans le moteur d'avion, ce qui détériore la performance du moteur et diminue la durée de vie de ses composantes. D'autre part, la conception du ITD est susceptible de devenir plus agressive (ITD plus court) pour répondre à des exigences de poids, de consommation de carburant et environnementales pour les nouveaux moteurs d'avion. Un design plus agressif peut mener au décollement de la couche limite turbulente causant des pertes de pression. Pour empêcher une réduction conséquente de la performance du moteur, ce design nécessiterait l'application de techniques de contrôle de l'écoulement. Diverses techniques ont été étudiées pour le contrôle du décollement de la couche limite, dont les générateurs de vortex, des jets générateurs de vortex, et des jets synthétiques. L'avènement récent des actionneurs plasma, aussi connus sous le nom de Dielectric Barrier Discharge (DBD) peut potentiellement fournir une méthode alternative plus efficace et robuste. Les actionneurs plasma convertissent l'électricité directement en quantité de mouvement du fluide. Comparés à d'autres techniques de contrôle de l'écoulement, ces actionneurs électriques dépourvus de pièces mobiles ont un temps de réponse rapide et sont simples, potentiellement robustes et faciles à intégrer et ne perturbent pas l'écoulement lorsque non utilisés (presque ou sans intrusion dans l'écoulement), ce qui les rend idéaux pour les applications aérodynamiques. Le présent travail évalue l'efficacité du concept d'actionnement plasma pour supprimer le décollement de la couche limite turbulente dans des conduits en forme de S. Premièrement, des études numériques et expérimentales sur le contrôle du décollement de la couche limite turbulente par actionnement plasma sont effectuées sur des diffuseurs génériques 2-D, représentant des modèles simplifiés de conduits 3-D en forme de S.  ABSTRACT: Turbulent boundary layer separation is an important problem for a variety of applications, including S-shaped aircraft engine intakes and inter-turbine ducts (ITDs). Turbulent boundary layer separation in the engine intakes causes inlet flow distortion, resulting in deteriorated engine performance and reduced engine component life. The design of ITDs is likely to become more aggressive in response to requirements for lighter, more efficient and environment-friendly aircraft engines. Such aggressive ITDs would likely suffer large pressure losses due to turbulent boundary layer separation leading to reduced engine performance, and therefore require the application of flow control techniques. Various flow control techniques have been studied to control turbulent boundary layer separation, such as vortex generators, vortex generator jets and synthetic jets. The recent advent of dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators can potentially provide a more effective and robust alternative. Plasma actuators convert electricity directly into flow momentum near the surface through partial ionization of air. Compared to other flow control techniques, these electrical solid-state actuators have fast response time and are simple, potentially robust and easy to integrate and non-intrusive (low to zero protrusion), which make them ideal for aerodynamic applications. The present work studies the effectiveness of DBD plasma actuators in the suppression of turbulent boundary layer separation in S-shaped engine ducts. First, numerical and experimental studies on the control of turbulent boundary layer separation by plasma actuation are carried out in 2-D generic diffusers, as simplified models of 3-D S-shaped engine ducts. The findings from both CFD simulations and experiments are similar. Results show that plasma actuation can reduce and even suppress turbulent boundary layer separation in both continuous and pulsed modes. The effectiveness of the actuation (in terms of pressure recovery) increases with the actuator strength. The optimal actuator location is generally close to and upstream of the boundary layer separation point. In the pulsed mode, the optimal pulsing frequency corresponds to a dimensionless frequency (based on freestream velocity and separation length) on the order of 1 and is equal to (within measurement resolution) the dominant frequency in the non-actuated turbulent boundary layer.


identifier: Ghosh, S. (2011). Plasma Actuation for Active Control of Wind Turbine Power  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche évalue, optimise et démontre expérimentalement une nouvelle méthode pour réduire la portance et augmenter la traînée d'une pale de turbine éolienne pour contrôler la puissance éolienne à des vitesses de vent élevées. La méthode consiste à appliquer l'actionnement électro-fluidique du plasma pour accélérer la séparation de la couche limite sur les pales d'éolienne. L'effet de l'actionnement plasma sur un profil à deux dimensions d'éoliennes est d'abord évalué numériquement à de faibles nombres de Reynolds en utilisant un code commercial CFD auquel un modèle de l'actionneur plasma est intégré. Les résultats de ces simulations indiquent l'existence de conditions d'exploitation préférable pour l'actionneur plasma en termes de paramètres tel que sa force, la vitesse non-perturbée et sa position sens de la corde sur la pale. En ce qui concerne la force l'actionnement, il est constaté qu'il existe un seuil de la force au-delà duquel il y a un saut soudain dans la réduction de portance obtenue. Un bond semblable à l'effet d'actionnement est observé lorsque le nombre de Reynolds non-perturbé est réduit en deçà d'une certaine limite. L'existence de positions optimales pour l'actionneur plasma sur l'extrados de la pale est également observée. L'optimum est situé près du bord de fuite de l'aile pour les angles d'attaque avant le décrochage et il est déplacé en amont aux angles d'attaque près du décrochage et dépassés le décrochage. Toutes les simulations indiquent que la position de l'actionneur plasma par rapport au point de séparation de la couche limite est le facteur décisif à l'effet de l'actionneur sur la portance et la traînée. Ces simulations sont validées par des en soufflerie tests pour les mêmes conditions d'écoulement en soufflerie. Les mesures en soufflerie de la portance et la traînée se trouvent principalement à être cohérents avec les résultats de simulations. Le logiciel CFX validé expérimentalement est ensuite utilisé pour simuler l'écoulement à un Re réaliste pour les applications éoliennes. Cette étude montre que le niveau actuel de la force d'actionnement plasma est incapable d'exercer une influence perceptible sur les performances d'une éolienne. La théorie de l'élément de pale couplée à un bilan de quantité de mouvement est utilisée pour déterminer la quantité de la chute de portance qui serait nécessaire pour le fonctionnement à puissance nominale et cette exigence est comparée à l'impact de l'actuelle génération d'actionneurs plasma. Une tentative est faite pour estimer la force d'actionnement qui serait nécessaire pour réaliser la réduction de la puissance requise pour le fonctionnement nominal. Cette analyse montre qu'une force d'actionnement de deux ordres de grandeur serait nécessaire pour que le concept fonctionne sans l'aide d'un autre moyen de contrôle pour limiter la puissance des éoliennes.  ABSTRACT: This research evaluates, optimizes and experimentally demonstrates a new method to reduce the lift and increase the drag of a wind turbine blade for controlling the turbine power at high wind speeds. The method consists of applying electro-fluidic plasma actuation to accelerate the separation of boundary layer on the wind turbine blade. The effect of plasma actuation on a two-dimensional wind turbine profile is first assessed numerically at low Reynolds numbers Re using a commercial CFD code to which a plasma actuator model is integrated. The results from these simulations indicate the existence of preferred operating conditions for the plasma actuator in terms of parameters such as its strength, the free-stream velocity and its chordwise position on the blade. With respect to the actuation strength, it is found that there exists a threshold strength beyond which there is a sudden jump in the lift reduction obtained. A similar jump in the actuation effect is observed when the free-stream Reynolds number is reduced past a certain limit. The existence of optimal positions for the actuator on the suction side of the blade is also observed. The optimum is situated near the airfoil's trailing edge for a pre-stall angle of attack and it is displaced upstream at stall and post-stall angles of attack. All the simulations indicate that the position of the actuator relative to the point of separation of the boundary layer is the key element in the actuator's effect on lift and drag. These simulations are validated by testing for the same flow conditions in wind tunnel. The wind tunnel measurements of lift and drag replicate the trends seen in the simulations. The experimentally validated CFD tool is then used to simulate wind turbine flows at a realistic Reynolds number. This study shows that the current level of plasma actuation strength is incapable of exerting any discernable influence on the performance of a wind turbine blade. The blade element momentum theory is used to determine the amount of lift drop that would be required for rated power operation and this requirement is compared with the impact of the current generation of plasma actuators. An attempt is made at estimating the actuation strength that would be necessary to bring about the power reduction required for rated operation. This analysis shows that actuator strength of two orders of magnitude higher would be required for the concept to work on its own to limit wind turbine power. This implies that it must be coupled with another method such as rotor speed control to have a realistic chance of application in the near future.