identifier: Karim, R. A. (2018). Regionalized Aquatic Ecotoxicity Characterization Factor for Zinc Soil Emissions Accounting for Speciation and for the Transfer Though Groundwater  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

format: text spreadsheet spreadsheet

rights: copyright copyright copyright

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse du cycle de vie (ACV) est une évaluation des impacts environnementaux d'un produit, d'un processus ou d'un service tout au long de son cycle de vie. Cette évaluation est faite pour une fonction spécifique d'un produit ou d'un processus (par exemple: la fonction de séchage des mains pour un sèche-mains ou de fournir un service de nettoyage pour une entreprise de nettoyage). Le cycle de vie d'un produit peut inclure l'extraction de matières premières, l'acquisition d'énergie, sa production et sa fabrication, son utilisation, sa réutilisation, son recyclage et son élimination finale (fin de vie). Toutes ces étapes du cycle de vie d'un produit contribuent à la production des déchets, des émissions et les consommations des ressources. Ces échanges environnementaux contribuent aux impacts tels que le changement climatique, l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique, la formation de photooxydants (smog), l'eutrophisation, l'acidification, le stress toxicologique sur la santé humaine et les écosystèmes, l'épuisement des ressources et la pollution sonore. L'ACV permet de voir où un produit ou un service peut être amélioré ou de fabriquer de meilleurs produits. L'évaluation des impacts environnementaux de cycle de vie est la troisième phase d'ACV dans laquelle le flux de matériaux associés au produit (ou processus) est traduit en consommations de ressources et impacts potentiels sur l'environnement. L'objectif de la phase d'analyse d'impact est donc d'interpréter les inventaires des émissions du cycle de vie et de la consommation des ressources en termes d'indicateurs et d'évaluer l'impact sur les entités que l'on veut protéger.  USEtox est un modèle consensuel d'évaluation de l'impact du cycle de vie (ACVI) développé dans le cadre de l'Initiative du cycle de vie du PNUE-SETAC (UN environment programme- Society for environmental toxicology & chemistry). Le développement de ce modèle était une tentative de réduire la variabilité des différents résultats obtenus en utilisant différents modèles d'ACV. Le modèle nous permet de calculer les FC (c'est-à-dire la quantité d'impact environnemental par quantité de substance émise, facterus de caractérisation) pour la toxicité humaine et l'écotoxicité, qui est un produit du facteur d'effet (FE) et du facteur du devenir (FF). L'écotoxicité des métaux est considérée comme mal modélisée par USEtox car la spéciation des métaux n'est pas incluse dans le cadre de calcul.  Lors du consensus de Clearwater, la nécessité de tenir compte de la spéciation des métaux a été identifiée comme l'une des principales priorités par un groupe d'experts pour améliorer l'évaluation de l'impact écotoxicologique des métaux dans l'ACV. Le facteur de biodisponibilité (BF) est inclus ans la définition de CF (CF = EF. BF.FF) qui est le rapport de la concentration de métal ‘true' solution (ions libres et paires d'ions) sur la concentration ‘total' de métal. Pour être cohérent avec l'inclusion du facteur de biodisponibilité dans les FC, il a également été recommandé d'inclure la spéciation lors du calcul du facteur d'effet (FE). Actuellement, les chercheurs utilisent le ‘Free Ion Activity Model (FIAM)' (FIAM) et le ‘Biotic Ligand Model' (BLM) pour prédire l'effet de la concentration de métal dans le milieu aquatique, compte tenu de la spéciation. Le BLM utilise une approche mécaniste basée sur l'hypothèse que l'interaction métal-ligand biotique peut être représentée comme n'importe quelle autre réaction chimique d'une espèce métallique avec un ligand organique ou inorganique.  Dans la version actuelle de USEtox, le compartiment ‘Soil' est considéré comme un ‘sink' pour les substances: le sort de la fraction de contaminant qui atteint le compartiment des eaux souterraines par le sol ‘disappears' et n'est jamais transféré dans les eaux de surface. Cela peut être une hypothèse appropriée pour la plupart des produits chimiques organiques, ce qui peuvent être dégradés avant la résurgence des eaux souterraines que l'écoulement des eaux souterraines est lent, mais cette hypothèse peut représenter un biais important pour les métaux, qui ne sont pas biodégradables et peuvent voyager du sol dans les eaux souterraines par les couches de sol plus profondes, et finalement à l'eau douce. Le destin du métal peut donc ne pas être correctement traité dans USEtox.   La plupart des aquifères et des nappes phréatiques sont interconnectés avec les masses d'eau douce et les mouvements d'eau entre les eaux souterraines et les eaux de surface constituent une voie majeure de transfert de substances chimiques entre les systèmes terrestres et aquatiques. En ne tenant pas compte du sort des métaux dans les eaux souterraines, le sort des métaux dans le sol est surestimé (qui apparaît comme le dernier compartiment où la majeure partie du métal rejeté dans le sol «disparaît») et le devenir du métal dans l'eau de surface est sous-estimée (car les métaux atteignant les eaux souterraines n'atteignent jamais potentiellement l'eau de surface dans le modèle).  Après les précipitations, une fraction de l'eau de pluie s'infiltre à travers la surface terrestre et se déplace verticalement vers le bas jusqu'à la nappe phréatique. L'eau souterraine se déplace alors lentement à la fois verticalement et latéralement avec un écoulement tri-dimensionnel qui se déplace le long des trajets d'écoulement de longueurs variables allant des zones de recharge aux zones de décharge. Un bassin versant (analogue à un «bassin hydrographique» ou «bassin versant») est défini comme une zone de drainage des eaux de pluie jusqu'à ce qu'elle atteigne le même plan d'eau (une rivière, un lac ou l'océan). Les limites des bassins versants sont basées sur la topographie du sol et les cours d'eau. Le bassin versant peut être considéré comme le niveau de résolution géographique auquel toute goutte de pluie qui tombe sur le sol atteindra le même plan d'eau (et tous les contaminants transportés par ce courant d'eau).  L'estimation du comportement des eaux souterraines nécessite une modélisation de l'interaction entre tous les processus importants du cycle hydrologique, tels que la couverture terrestre, le profil du sol, l'infiltration, le ruissellement, l'évapotranspiration, la fonte des neiges et les variations des eaux souterraines. La description quantitative des processus hydrologiques peut devenir très compliquée en raison de l'incertitude et de la complexité élevées des paramètres physiques sous-jacents. Cependant, dans le ACVI, l'évaluation des l'impacts toxiques est généralement réalisée en utilisant des modèles d'état d'équilibre simplifiés tels que USEtox. L'un des principes importants de USEtox est d'être parcimonieux et d'inclure uniquement les mécanismes environnementaux les plus pertinents. Par conséquent, l'intégration du transfert des contaminants dans les eaux souterraines dans ACVI devrait également être effectuée avec parcimonie dans une version adaptée de USEtox, permettant seulement de quantifier la masse de contaminant transférée du sol à l'eau de surface à l'état stationnaire, sans détails sur la voie du contaminant dans le compartiment de sous-sol/ des eaux souterraines et sur la cinétique des processus hydrologiques. L'objectif de la présente étude est de développer une telle version de USEtox pour calculer les facteurs de caractérisation écotoxicologiques des eaux souterraines (CF) pour un émission dans les sols, en tenant compte de la spéciation dans tous les compartiments environnementaux (sol, sous-sol et eau souterraine, eau douce) et de l'appliquer au cas du zinc.  Pour le calcul du facteur de devenir (FF) et du facteur de caractérisation (FC) en considérant l'émission de Zn dans le sol, les calculs sont effectués en plusieurs étapes: d'abord, les coefficients de partage sol / eau du sol et du sous-sol sont calculés en utilisant le logiciel de spéciation WHAM7 pour toutes les différentes unités de sol et de sous-sol de la base de données mondiale harmonisée sur les sols (HWSD). Deuxièmement, des calculs de spéciation sont également effectués dans le compartiment d'eau douce, sur la base des données disponibles sur les propriétés de l'eau douce partout dans le monde et en utilisant le modèle de spéciation WHAM. Troisièmement, un système d'information géographique est utilisé pour recouper les unités de sol et les bassins versants afin d'obtenir des cellules géographiques (cellules de résolution native). Dans chacune de ces cellules, on considère que Zn a les coefficients de partage sol-eau pour les compartiment des sol et sous-sol correspondant à sa spéciation dans cettes compartiments et aussi que Zn a des coefficients de partage solide-eau suspendu et octanol-eau correspondant de sa spéciation dans l'eau pour cette bassin versant specifique. Quatrièmement, USETox est modifié en reliant a) le sol au sous-sol et au compartiment des eaux souterraines et b) le sous-sol et le compartiment des eaux souterraines au compartiment d'eau douce. Les facteurs de devenir du sol à l'eau (FFsw) pour chaque cellule de résolution naturelle sont calculés en utilisant ces coefficients de partage du sol, du sous-sol et du bassin versant dans la version modifiée d'USETox. Ces FFsw s spécifiques aux cellules de résolution native sont multipliées par des facteurs de biodisponibilité spécifiques (BF) et des facteurs d'effets (EF) pour générer des facteurs de caractérisation du sol (CFsw) pour toutes les cellules de résolution native disponibles dans le monde entier. Cinquièmement, les résultats obtenus à l'échelle de la résolution native sont agrégés à différentes échelles de régionalisation plus opérationnelles: bassin versant, pays, continent et niveau global, avec la détermination de la variabilité spatiale correspondante. Enfin, les résultats sont comparés aux valeurs par défaut calculées par USETox.  Les facteurs de caractérisation régionaux de l'écotoxicité des eaux douces pour le zinc émis dans le sol ont une variabilité spatiale globale sur 3 ordres de grandeur et la valeur globale moyenne pondérée est dans le même ordre de grandeur que la valeur USETox par défaut (1,42 fois inférieure). La variabilité spatiale des facteurs de sort du Zn du sol à l'eau (FFsw) et des facteurs de caractérisation du Zn (CFsw) dans chaque bassin versant est quantifiée. Les résultats sont illustrés sur une carte du monde pour toutes les cellules de résolution native pour lesquelles des données sont disponibles. À l'exception de l'Europe, tous les FFsw et CFsw régionaux et continentaux ont varié de plus de 2 ordres de grandeur. Pour l'Europe, une variabilité spatiale de 3 ordres de grandeur est observée parce que (1) la variabilité spatiale de la spéciation régionale dans le sol est plus grande (2) des données régionalisées pour l'eau douce sont disponibles pour de nombreux sites à travers le continent ainsi que à une plus grande variabilité spatiale de la spéciation dans l'eau. L'une des principales limites de l'étude est la faible disponibilité des données régionalisées sur l'eau douce nécessaires à l'exécution du modèle de spéciation. Avec les données actuelles disponibles, la variabilité spatiale des CFs pour Zn à l'échelle continentale est proche de l'incertitude des CFs de l'USEtox (deux ordres de grandeur), ce qui signifie que l'utilisation d'un CF continentale semble un compromis raisonnable entre une collecte de données trop intensive et une évaluation d'impact imprécise.  ABSTRACT: Life cycle assessment (LCA) is the assessment of environmental impacts of a product, process or service across its entire life cycle. This assessment is done based on a particular function of the product or process (for example: the function of drying hands for a hand dryer or providing cleaning service for a cleaning company). A product's life cycle can include the extraction of raw materials, energy acquisition, its production and manufacturing, use, reuse, recycling and ultimate disposal. All these stages in a product's life cycle result in the generation of wastes, emissions, and the consumption of resources. These environmental exchanges contribute to impacts such as, climate change, stratospheric ozone depletion, photooxidant formation (smog), eutrophication, acidification, toxicological stress on human health and ecosystems, depletion of resources, and noise pollution among others. LCA allows us to see where a product or service can be improved or manufacturing of new better products. Life cycle impact asssesment is the third phase of LCA in which the flow of materials associated with the product (or process) is translated into consumptions of resources and potential impacts to the environment. The purpose of the impact assessment phase is thus to interpret the life cycle emissions and resource consumption inventory in terms of indicators and to evaluate the impact on the entities that we want to protect.  USEtox is a consensual life cycle impact assessment (LCIA) model developed within the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative. The development of this model was an attempt to reduce the variability of different results obtained from using different LCA models. The model allows us to calculate CFs (ie the quantity of environmental impact per quantity of substance emitted) for human toxicity and ecotoxicity which is a product of Effect Factor (EF) and Fate factor (FF). Metal ecotoxicity is considered as poorly modeled by USEtox as the metal speciation is not included within the calculation framework.   During the Clearwater consensus, the need to account for metal speciation has been identified as one of the key priorities by a group of experts to improve the ecotoxicological impact assessment of metals in LCA. The bioavailability factor (BF) is included within the definition of CF (CF= FF.BF.EF) which is the ratio of the true solution (free ions and ion pairs) metal concentration over total metal concentration. To be consistent with the inclusion of bioavailability factor in the CF, it was also recommended to include speciation while calculation the Effect Factor (EF). Currently, researchers use Free Ion Activity Model (FIAM) and Biotic Ligand Model (BLM) to predict the effect concentration of metal in aquatic environment accounting for the speciation. BLM uses a mechanistic approach that is based on the hypothesis that the metal–biotic ligand interaction can be represented like any other chemical reaction of a metal species with an organic/inorganic ligand.  In the current version of USEtox, the soil compartment is considered as a sink for the substances: the fate of the fraction of contaminant that reaches the groundwater compartment through soil, “disappears” and is never transferred to the surface water. This may be an appropriate assumption for most organic chemicals, which may degrade before the resurgence of groundwater as the groundwater flow is slow. However, this assumption may represent an important bias for the metals, which are not biodegradable and may travel from soil to groundwater through the deeper soil layers, and ultimately to freshwater. The metal fate may therefore not be properly addressed within USEtox.   Most of the aquifers and groundwater table are interconnected with the freshwater bodies and water movement between groundwater and surface water is a major pathway for chemical transfer between terrestrial and aquatic systems. By not considering the fate of metal through groundwater, the fate of metals to the soil is overestimated (which appears as the ultimate compartment where most of the metal emitted to soil “disappears” from the system when transferred to groundwater) and the fate of metal to the surface water is underestimated (as metals reaching the groundwater never potentially reaches surface water in the model).   After precipitations, a fraction of the rainwater infiltrates through the land surface and moves vertically downward to the water table. The ground water then moves slowly both vertically and laterally with a three-dimensional flow, which moves along flow paths of varying lengths from areas of recharge to areas of discharge. A watershed (analogous with ‘drainage basin' or ‘catchment area') is defined as an area of land that drains down the precipitation until it reaches the same water body (a river, a lake or the ocean). Watershed boundaries are based on soil topography, watercourse and stream locations. The watershed can be considered as the geographical resolution level at which any raindrop that falls on the soil will reach the same water body (and so do all the contaminants transported by this water flow).   Estimation of the groundwater behaviour requires modelling of the interaction between all of the important processes in the hydrologic cycle, such as land cover, soil profile, infiltration, surface runoff, evapotranspiration, snowmelt and variations in groundwater. The quantitative description of the hydrologic processes may become very complicated due to the high uncertainty and complexity in the underlying physical parameters. However, in LCIA, toxic impact assessment is generally conducted using simplified steady-state models such as USEtox. One of the important principles of USEtox is to be parsimonious and to include only the most relevant environmental mechanisms. Hence, the integration of the transfer of contaminant through groundwater in LCIA should also be done parsimoniously in an adapted version of USEtox, only allowing to quantify the mass of contaminant transferred from soil to surface water at steady state through groundwater, without details about the pathway of the contaminant in the subsoil / groundwater compartment and about the hydrologic processes kinetics. The objective of the present study is to develop such a version of USEtox to calculate regionalized freshwater ecotoxicity characterization factors (CF) for metal soil emissions accounting for the missing link from topsoil to freshwater though groundwater and considering speciation in all the environmental compartments (soil, subsoil & groundwater, freshwater) and to apply it to the case of Zinc.  For the soil to water fate factor (FF) and characterization factor (CF) calculation considering Zn emission to soil, calculations are performed in several steps: first, the soil/water partitioning coefficients (Kd) for Zn in soil and in subsoil is determined using the WHAM7 speciation software for all the different soil and subsoil units from the harmonized world soil database (HWSD). Second, speciation calculations are also performed in the freshwater compartment, based on available data about freshwater properties all over the world and using the WHAM speciation model. Third, a geographic information system is used to intersect soil units and watersheds to obtain some geographical cells (native resolution cells). In each of those cells, it is considered that Zn has soil-water partition coefficients in the soil and subsoil compartments corresponding to its speciation in those compartments and that Zn also has suspended solid-water and octanol-water partition coefficients in the surface water compartment corresponding to Zn speciation in water within that specific watershed. Fourth, USETox is modified by linking a) the soil to the subsoil & groundwater compartment and b) the subsoil & groundwater compartment to the freshwater compartment. Fate factors from soil to water (FFsw) for each native resolution cell are calculated using these soil, subsoil and watershed level partition coefficients in the modified version of USETox. These native resolution cell specific FFsws are multiplied with watershed specific bioavailability factors (BFs) and effect factors (EFs) to generate soil to water characterization factors (CFsw) for all the native resolution cells for which data is available around the globe. Fifth, the results obtained at the native resolution scale are aggregated at different more operational regionalization scales: watershed, country, continent and global level, with the corresponding spatial variability determination. Lastly, the results are compared to the default values calculated by USETox.  Regionalized freshwater ecotoxicity characterization factors for zinc emitted to soil have a global spatial variability over 3 orders of magnitude and the weighted average global value is in the same order of magnitude than the default USETox value (1.42 times lower). The spatial variability of the Zn fate factors from soil to water (FFsw) and of the Zn characterization factors (CFsw) within each watershed is quantified. The results are illustrated on a world map for all the native resolution cells for which data is available. With the exception of Europe, all the regional and continental FFsw and CFsw varied over 2 orders magnitude. For Europe, a spatial variability of 3 orders of magnitude is observed because (1) the spatial variability of regional speciation in soil is larger (2) spatial data for freshwater is available for many locations across the continent thereby leading to a higher spatial variability of the speciation in water.  One of the main limits of the study is the low availability of regionalized freshwater data needed to run the speciation model. With the current available data, the spatial variability of Zn CFs at continental scale is close to the uncertainty of USEtox CFs (two orders of magnitude), meaning that using a continental level CF seems a reasonable compromise between a too intensive data collection and a too imprecise impact assessment.


identifier: Tounsi, W. (2018). Comparaison des approches DDMRP et EOQ : Modélisation et simulation d'un cas d'étude  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Demand Driven Material Requirement Planning est une nouvelle approche de planification et de contrôle de la production créée en 2011. Ainsi, DDMRP est devenue un sujet important puisqu'il était capable, selon quelques études, de mieux planifier la production et de la contrôler. Dans ce contexte, le but de ce projet consiste à évaluer DDMRP dans différents environnements en le comparant avec Economic Order Quantity. Le présent mémoire de maîtrise montre, à travers les résultats des expériences réalisées, que le DDMRP est plus performant que l'EOQ. Ce mémoire comporte principalement cinq parties. Dans une première partie, nous avons défini toutes les étapes de DDMRP. Ensuite, nous avons vu un état de l'art autour de notre sujet et les contributions de chaque travail de recherche et ses limites. Ainsi, l'analyse de la littérature a permis de mettre la lumière sur ses lacunes et de justifier l'originalité de notre projet de recherche. À la fin de cette partie, nous avons présenté une revue critique de l'approche DDMRP. Dans ce projet de recherche, nous avons utilisé principalement la simulation à évènement discret comme une méthode expérimentale pour modéliser le système et pour réaliser certaines expériences. Ainsi, nous avons utilisé la simulation à évènements discrets. En effet, elle est la technique la plus appropriée pour notre étude puisqu'elle est capable de reproduire le fonctionnement d'un système complexe et son évolution au cours du temps. Ensuite, nous avons présenté les différentes phases de notre méthodologie. Les résultats des expériences montrent que le DDMRP est plus performant que l'EOQ dans les différents scénarios. En effet, avec moins de capital immobilisé dans les stocks et les encours, les pourcentages des commandes satisfaites directement à partir des stocks de DDMRP était toujours supérieurs à ceux de l'EOQ. Au niveau des temps d'écoulement « leads time », en comparant le DDMRP et l'EOQ, nous remarquons que le DMRP était capable de réduire considérablement les leads time moyens dans chaque atelier. Également, nous apercevons qu'avec DDMRP le fonds de roulement est moyennement inférieur et plus stable qu'à celui de l'EOQ.  ABSTRACT: Demand Driven Material Requirement Planning is a new approach to planning and controlling production created in 2011. Since its creation, DDMRP has become an important topic as it was able, according to some studies, to better plan production and control it. In this context, the purpose of this project is to evaluate the DDMRP in different environments by comparing it with Economic Order Quantity. This master thesis confirms, through the results of the experiments carried out, that the DDMRP is more efficient than the EOQ. This thesis has mainly five parts. In a first part, we defined all the steps of DDMRP. Then, we presented a state of the art around the DDMRP and the contributions of each research work and its limitations. Thus, the analysis of the literature has made it possible to shed light on its shortcomings and to justify the originality of our research project. Finally, we presented a critical review of the DDMRP approach in order to demonstrate the pillars that we suggested to be studied in the future. In this research project, we mainly used discrete event simulation as an experimental method to model the system and to perform certain experiments. Thus, we used the discrete event simulation. Indeed, it is the most appropriate technique for our study since it is able to reproduce the performance of a complex system and its evolution over time. Then we presented the different phases of our methodology. The results of the experiments show that DDMRP was more efficient than the EOQ in the different scenarios. Indeed, with less capital tied up in inventories and outstanding, the percentages of orders satisfied directly from the DDMRP stocks were still higher than those of the EOQ. In terms of lead time, comparing the DDMRP and the EOQ, we noticed that the DMRP was able to significantly reduce the average lead time in each workshop. Also, we see that with the DDMRP the working capital is moderately lower and more stable than that of the EOQ.


identifier: Alami Mchichi, N. (2018). Étalonnage des machines-outils à cinq axes : configuration optimisée des artefacts et de la séquence de mesure de la méthode SAMBA en vue d'une estimation efficace des erreurs géométriques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les machines-outils à commande numérique (MOCN) sont assujetties à plusieurs sources d'erreurs, entre autres géométriques, thermiques et dynamiques qui peuvent contribuer à la dégradation de leurs performances. Une attention particulière est prêtée à l'usinage multi axes où le mouvement simultané des axes prismatiques et rotatifs engendre une erreur de positionnement et d'orientation de l'outil par rapport au point à usiner sur la pièce. Des moyens d'évaluations de ces erreurs et de leurs causes, à des fins de maintenance et de compensation, sont alors à développer en tenant compte des aspects économiques, techniques et humains. Il s'agit en particulier de minimiser les temps de mesures qui résultent en des arrêts de production et par conséquent des coûts indirects à éviter à l'entreprise. Le but de la présente thèse est d'améliorer la précision d'une machine-outil à cinq axes à travers l'optimisation d'une technique d'étalonnage existante. En vue de prédire au mieux le comportement de la machine, l'élaboration d'une routine d'inspection adéquate est nécessaire. Ceci comprend un positionnement optimal des éléments du dispositif de mesure, sous forme de billes de référence, ainsi qu'une planification judicieuse des poses de palpage dans l'espace de travail. Une approche analytique basée sur un algorithme d'échange pour la conception d'un plan D-optimal est adoptée pour générer des scénarios d'étalonnage en fonction des écarts géométriques à estimer, modélisés sous forme de polynôme, et du nombre d'inconnues définissant le modèle de la machine. L'évaluation de la pertinence des tests est effectuée à partir d'une étude comparative de critères appelés communément en robotique, indices d'observabilité, issus de l'analyse de la matrice jacobienne d'identification. La qualité prédictive des séquences de mesures générées par simulation est validée en deux étapes : la première consiste en des expériences de répétabilité des tests optimisés imbriqués, la deuxième est une analyse de l'incertitude sur les tests et les paramètres d'erreurs identifiés. Une validation par mesure directe d'une cale calibrée, montée sur la table de la machine, permet de confirmer les résultats qualitatifs fournis par l'indice d'observabilité et ceux quantitatifs déduits de l'estimation de l'incertitude. Les résultats montrent que les routines de vérification proposées sont capables de donner une description complète de la géométrie imparfaite de la machine en incluant les écarts de membrures et les écarts cinématiques. Une amélioration de 55.7% de la valeur de l'indice d'observabilité est constatée par rapport à celle de la stratégie de mesure utilisée présentement dans le laboratoire.  ABSTRACT: Numerically controlled machine tools are prone to potential geometric, thermal and dynamic errors that can have a negative impact on their performance. A careful attention is paid to multi-axis machining where the simultaneous movement of prismatic and rotary axes lead to a positioning and orientation deviation of the tool relative to the workpiece. Tools for assessing these errors and their causes, for maintenance and compensation purposes, are to be developed while taking into consideration economic, technical and human aspects. In particular, this involves minimizing the measurement duration which results in production downtimes and consequently indirect costs to be avoided by the company. This thesis aims to improve the accuracy of a five-axis machine tool through the optimization of an existing calibration technique. For a better prediction of the machine tool erroneous behavior, an adequate inspection routine is sought. This includes optimal positioning of the measuring device components, i.e. master balls, as well as a wise planning of the probing poses in the working volume. An analytical approach based on an exchange algorithm for a D-optimal design is carried out to generate calibration scenarios based on the estimated geometric errors, described as ordinary polynomials, and the number of unknowns predefined in the machine model. The evaluation of the optimized tests suitability relies on a comparison of criteria, commonly known in the robotics field as observability indices and are the outcome of the identification Jacobian matrix analysis. Simulation results are validated in two steps: the first one consists of a repeatability testing of nested optimized probing sequences while the second one is an analysis of the estimated uncertainty on the overall tests and the identified error parameters. Validation via a direct measuring of a calibrated gauge block, mounted on the machine workpiece, confirms the qualitative results provided by the observability index and the quantitative ones concluded from the uncertainty estimation. The outcome suggests that the proposed geometric model updating routines enable a comprehensive description of the machine tool behavior by including location errors and error motions. An improvement of 55.7% of the observability index value is depicted with respect to the currently used measurement strategy. The optimal calibration test duration varies between 30 minutes while probing one master ball for axes location errors identification and 2 hours and 18 minutes for the estimation of both axes location errors and error motions while measuring an artefact of three master balls.


identifier: Lalonde Lévesque, F. (2018). Prévention des attaques par logiciels malveillants: perspectives de la santé publique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'augmentation de la connectivité et du développement des infrastructures numériques a contribué à multiplier les motivations et les opportunités des attaques informatiques. Bien que plusieurs progrès aient été réalisés au niveau du développement et de l'implémentation de stratégies de protection, la majorité de ces efforts sont dédiés au développement de nouvelles solutions, et non à leur évaluation et leur promotion. Il devient dès lors essentiel pour les gouvernements, les entreprises, et les individus de définir des modèles et des moyens de coopération permettant d'identifier et d'évaluer les stratégies visant à réduire le risque que posent les menaces informatiques. À cet effet, le domaine de la sécurité des systèmes d'information pourrait bénéficier des leçons apprises et des méthodes utilisées dans le domaine de la santé. En particulier, nous croyons que l'adoption d'une perspective axée sur l'approche de la santé publique permettrait de founir un cadre global pour i) identifier les facteurs qui affectent la sécurité des systèmes d'information et en comprendre les causes sous-jacentes, ii) développer et évaluer des stratégies efficaces visant à améliorer la sécurité des systèmes d'information, et iii) implémenter et disséminer auprès de la population les stratégies développées. Dans le cadre de la présente thèse, nous proposons de nous inspirer des méthodes en santé publique pour développer un modèle de prévention applicable au contexte des attaques par logiciels malveillants. Notamment, nous appliquons notre modèle de prévention afin d'identifier les causes et les corrélats reliés aux attaques par logiciels malveillants, et d'évaluer l'efficacité réelle des solutions antivirus à prévenir ces attaques. À partir de données réelles d'attaques par logiciels malveillants, nous avons réalisé cinq études empiriques ; trois visant à identifier des facteurs de risque et des facteurs de protection, et deux visant à évaluer l'efficacité des antivirus dans un environnement réel. Les résultats de nos travaux de recherche ont, entre autres, permis : i) d'identifier de nouveaux facteurs de risque et de protection reliés aux attaques par logiciels malveillants, ii) d'identifier des sous-populations à risque plus élevé, et iii) de mettre en évidence comment l'effet des facteurs identifiés et des solutions antivirus varie selon le contexte (type de menace, environnement, usager, etc.). Qui plus est, la présente thèse a permis de valider la viabilité et le potentiel d'une approche basée sur la santé publique en sécurité des systèmes d'information.  ABSTRACT: The increased connectivity and development of digital infrastructures has yielded to increased motivation and opportunities for computer threats. Although there has been some progress in the development and implementation of protection strategies, the majority of these efforts are dedicated to the development of new solutions, and not to their evaluation and promotion. It is therefore essential for governments, businesses, and individuals to develop models and means of cooperation in order to identify and evaluate effective strategies aimed at reducing the risk posed by computer threats. To this end, the field of information security could benefit from lessons learned and methods used in health. In particular, we believe that adopting a public health perspective could provide a comprehensive framework for i) identifying and understanding the factors that affect the information systems security and understand their underlying causes, ii) develop and evaluate effective strategies to improve the security of information systems, and iii) implement and disseminate the strategies developed to the population. In this thesis, we propose to use public health methods to develop a prevention model for the context of malware attacks. In particular, we apply our prevention model to identify the causes and correlates of malware attacks, and evaluate the effectiveness of antivirus solutions in preventing computer threats. Using real-world malware attacks data, we conducted five empirical studies ; three to identify risk factors and protective factors, and two to assess the effectiveness of antivirus in a real-world environment. The results of our research allowed us, among others, to : i) identify new risk and protective factors related to malware attacks, ii) identify high-risk sub-populations, and iii) highlight how the effect of the identified factors and antivirus solutions vary by context (type of threat, environment, user, etc.). In addition, this thesis validated the viability and potential of a public health approach to information security.


identifier: Nguyen, T. K. M. (2018). Évaluation de sondes en continu pour la détection rapide d'hydrocarbures dans l'eau brute  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les déversements d'hydrocarbures représentent une menace réelle pour les usines de traitement d'eau potable. En effet, ils peuvent polluer les sources d'eau et éventuellement atteindre les prises d'eau brute des usines. Les fuites de pipelines, les déraillements de train et les accidents maritimes peuvent causer des déversements de grandes quantités d'hydrocarbures qui sont difficilement enlevés par les procédés conventionnels de traitement d'eau potable. Si ces contaminants traversent la chaîne de traitement, ils peuvent atteindre le réseau de distribution et être présents au robinet du consommateur.  ABSTRACT: Oil spills present a real threat to drinking water treatment plants. They can pollute the source water and eventually reach the plants' water intake. Pipeline leaks, railway and marine accidents can cause massive hydrocarbon spills. Hydrocarbons, such as gasoline and crude oil, are difficult to remove with convention processes found in drinking water plants. Water treatment processes are unable to efficiently reduce critical contaminants, such as benzene. If these contaminants manage to bypass treatment, they can spread within the distribution network and wind up at the consumers' tap.


identifier: Koval, I. (2018). Accounting for Cold Working and Residual Stress Effects on the Axial Strength of HSS Bracing Members  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les profilés HSS couramment utilisés comme membrures diagonales dans les contreventements concentriques sont habituellement formés à froid. Le processus de laminage en continu utilisé pour ces HSS induit un gradient sur la limite élastique de l'acier sur le contour de la section à cause de l'écrouissage de l'acier. Par exemple, pour des profilés HSS carrés ou rectangulaires,dans les coins est beaucoup plus élevée que dans les parois droites. Le processus de laminage en continu induit aussi des contraintes résiduelles longitudinales et transversales importantes. Dans la conception sismique, les forces de conception dans les connexions, colonnes et les poutres dépendent des forces réelles obtenues.  ABSTRACT: Cold-formed hollow structural shapes (HSSs) are commonly used for bracing members in concentrically braced frames. The continuous rolling process used for the fabrication of HSSs results in yield strength properties that vary along the perimeter of the cross-section due to strain hardening. For instance, higher yield strength is observed in the corners of square and rectangular HSSs compared to the values obtained from tensile tests on coupons taken from the HSS walls. The forming process also induces longitudinal and transverse residual stresses that affect the compressive resistance of HSS members.


identifier: Doré, E. (2018). Impacts of Building Sampling Protocol, Service Line Characteristics, and Supply Water Quality on Dissolved and Particulate Lead and Copper in Drinking Water  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Lorsque l'eau traitée circule dans un réseau de distribution, sa qualité peut se dégrader lorsqu'elle entre en contact avec des éléments de plomberie pouvant contenir du plomb, tels que des entrées de service en plomb ou encore du laiton ou des soudures au plomb. À la suite des scandales de Flint (Michigan, États-Unis) et de Washington, D.C., (États-Unis), la présence de plomb dans l'eau potable a capté l'attention du public ainsi que des chercheurs. Les inquiétudes associées à la présence de plomb dans l'eau potable sont dues au fait que ce contaminant est classé comme cancérigène et qu'il est une neurotoxine. Par ailleurs, les sources de cuivre dans les réseaux de distribution sont nombreuses. Les craintes associées à la présence de cuivre dans l'eau potable sont tout d'abord d'ordre esthétique puisqu'il tache la plomberie et les vêtements à des concentrations plus basses que celles auxquelles des effets sur la santé sont recensés.  ABSTRACT: When water enters the drinking water distribution system, its quality can be degraded as it comes into contact with lead bearing plumbing elements such as lead service lines (LSL) or brass and leaded-solder in large buildings. Following the events of Flint (Michigan, United States) and of Washington, D.C. (United States), lead in drinking water gained attention from the public, but also from researchers. Concerns associated with lead in drinking water are due to the facts that this contaminant is a neurotoxin and it has been classified as being carcinogenic. There are also widespread sources of copper in drinking water distribution system. Concerns associated with copper are first aesthetic as it can stain the laundry and plumbing fixture at lower concentrations than it can cause health effects such as nausea, vomiting and diarrhea.


identifier: Viau, S. (2018). Méta-analyse des coefficients de substitution en analyse du cycle de vie conséquentielle de la gestion des matières résiduelles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La performance environnementale globale d'une technologie de traitement des matières résiduelles dépend de plusieurs facteurs. L'un d'eux est la capacité des coproduits générés par le traitement des matières résiduelles à éviter la production primaire et les émissions qui y sont associées. Ce facteur est fréquemment le plus déterminant de la performance environnementale. La modélisation de la substitution vise à prendre en compte ce facteur dans les analyses du cycle de vie (ACV). Cependant, il n'existe actuellement aucune méthode qui est uniformément utilisée pour déterminer la substitution. L'utilisation de la substitution est complexe pour plusieurs raisons. Il s'agit tout d'abord de déterminer les matières substituables l'une par rapport à l'autre. Pour être substituables, les matières doivent être fonctionnellement équivalentes. Deuxièmement, il faut connaître les différents marchés de chacune des matières substituables. Or, le tout est interrelié par des mécanismes complexes de chaîne de cause à effet et plusieurs acteurs de la technosphère sont impliqués. Pour répondre à la problématique, ce mémoire a pour objectif principal d'évaluer de manière critique l'utilisation des rapports de substitution en ACV de la gestion des matières résiduelles. Afin d'atteindre cet objectif, l'étude a été divisée en quatre sous-objectifs : 1) dresser un portrait des rapports de substitution utilisés dans le domaine des ACV de gestion des matières résiduelles; 2) déterminer l'importance de ces rapports sur la quantification des impacts environnementaux; 3) déterminer dans quelle mesure ces rapports sont justifiés en fonction de l'impact des propriétés des matières recyclées sur leur usage et 4) déterminer comment les technologies de recyclage affectent les propriétés des matières recyclées. Pour répondre à ces objectifs, une méta-analyse sur les différents paramètres nécessaire à la quantification de la substitution a tout d'abord été réalisée. Par la suite, une série d'ACV simplifiée a été réalisée sur les processus de recyclage et de valorisation des matières résiduelles. Ces ACV ont permis de déterminer la sensibilité des impacts environnementaux vis-à-vis des ratios de substitution. En parallèle, une évaluation du réalisme des ratios de substitution par rapport à l'usage des matières récupérées a été menée. Finalement, une dernière étape a consisté à identifier les propriétés importantes des matières récupérées qui ont une influence sur la fonction principale du produit étudié et qui sont affectées par le recyclage.  Les résultats de l'étude ont démontré qu'une grande proportion des études ACV sur les matières résiduelles considère des rapports de substitution de 1 : 1 pour toutes catégories de matières confondues. Lorsque les ratios sont différents de 1 : 1, une grande dispersion entre les valeurs minimales et maximales est observée. L'évaluation du réalisme des ratios de substitution a révélé que premièrement une très grande proportion des ratios recensés ne sont tout simplement pas justifiés par les auteurs des études. Deuxièmement, aucune des justifications comptabilisées n'est réaliste par rapport aux propriétés des matières et de leur usage. Ensuite, les analyses de sensibilité ont démontré que le verre, le polyéthylène haute-densité et particulièrement le carton sont les matières les plus sensibles à la variation du ratio de substitution dans l'évaluation des impacts environnementaux. En se concentrant sur le carton, les recherches ont mis de l'avant que la force en compression et la résistance en flexion sont les propriétés les plus importantes pour répondre à l'usage des boîtes de carton. Finalement, il a été déterminé que ces propriétés sont influencées par la perte de liens entre les fibres formant la pâte et que c'est cette perte de qualité qui devrait justifier les ratios de substitution pour le recyclage des boîtes de carton ondulé.  ABSTRACT: The overall environmental performance of a waste treatment technology depends on several factors. The ability of co-products such as recycled materials to avoid primary production of materials and the associated emissions is frequently the most important determinant of the environmental performance of a residual material. Substitution modeling aims to take this factor into account in life cycle assessments (LCAs). However, there is currently no method that is uniformly used to determine the substitution. The use of substitution is a complex method. It is first of all necessary to determine the substitutable materials with respect to each other. It is, therefore, necessary to know the functional equivalence between the materials. It is also necessary to know the different markets of each material. However, the whole is interconnected by complex mechanisms of a chain of cause and effect and several actors of the technosphere are involved. The main objective of this research is to critically assess the use of substitution in LCA on waste management. In order to achieve this objective, the study has been divided into four sub-objectives: 1) to draw a portrait of the substitution ratios used in LCAs of waste management; 2) determine the importance of these ratios on the quantification of environmental impacts; 3) determine the extent to which these ratios are justified based on the impact of recycled material properties on their use, and 4) determine how recycling technologies affect the properties of recycled materials. To meet these objectives, a meta-analysis on the various parameters necessary for the quantification of the substitution was carried out. Subsequently, a series of simplified LCAs were carried out on the processes of recycling and recovery of residual materials to determine the sensitivity of environmental impacts towards the substitution ratios. In parallel, an assessment of the realism of substitution ratios in relation to the use of recovered materials was conducted. Finally, the last step was to identify the important properties of recovered materials that influence the main function of the product under study and are affected by recycling. The results of the study show that a large proportion of LCA studies on residual materials consider substitution ratios of 1: 1 for all material categories. When the ratios are different from 1: 1, a large dispersion between the minimum and maximum values exists. The evaluation of the realism of the substitution ratios revealed that firstly a very large proportion of the ratios identified are simply not justified by the authors of the studies. Secondly, none of the identified justifications is realistic with respect to the properties of the materials and their use. Then, sensitivity analyzes showed that glass, high-density polyethylene and particularly cardboard are the most sensitive materials to the variation of the substitution ratio in the environmental impacts evaluation. Focusing on cardboard, research has shown that compressive strength and bending strength are the most important properties for handling cardboard boxes. Finally, it has been determined that these properties are influenced by the loss of bonds between the fibers forming the pulp and that it is this loss of quality that should justify the substitution ratios for the recycling of corrugated boxes.


identifier: Desroches, J. (2018). Sonde de biopsie optique afin d'améliorer la sécurité et la précision de diagnostic des biopsies neurochirurgicales  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution de la médecine moderne tend de plus en plus vers une approche personnalisée, nécessitant l'échantillonnage des tumeurs par biopsie pour des analyses histologiques, moléculaires et génomiques menant à un diagnostic précis. Les limites de sensibilité des techniques d'imagerie, les erreurs de ciblage et l'hétérogénéité des lésions sont des limitations importantes à cette approche conduisant souvent à des échantillons de mauvaise qualité, et au besoin de biopsies répétées. Cette thèse vise à la conception d'une aiguille de biopsie guidée par spectroscopie Raman pour améliorer la sécurité et l'efficacité de la procédure de biopsie du cerveau. Le premier objectif consiste à valider l'utilisation de la spectroscopie Raman pour fins de caractérisation de tissus cérébraux. L'intégration d'un système de sonde Raman peropératoire au flux de travail chirurgical et son optimisation pour utilisation en salle d'opération a été effectuée. Une preuve de concept au cours de résections de tumeurs cérébrales sur 10 patients a démontré que le système peut distinguer les tissus vitaux et nécrotiques avec une sensibilité de 84% et une spécificité de 89%. Le second objectif vise à intégrer cette technique dans une aiguille de biopsie commerciale. Ceci impose des contraintes techniques importantes qui ont nécessité l'utilisation d'une différente plage spectrale, le high wavenumber. L'utilisation du high wavenumber a d'abord été validée en utilisant la sonde peropératoire. Cette étude a été effectuée sur 17 patients, démontrant une détection de régions denses en cellules cancéreuses (> 60%) avec une sensibilité de 80% et une spécificité de 90%. L'intégration a ensuite été effectuée sur un premier prototype d'aiguille Raman, et nous démontrons pour la première fois l'utilisation de ce système in vivo dans un modèle de biopsie cérébrale porcine. Finalement, un deuxième prototype utilisant plus d'information spectrale a été développé. Nous présentons une preuve de concept effectuée pour la première fois sur 3 patients humains pendant des procédures de biopsies cérébrales. L'utilisation de ce prototype est prévue dans le cadre d'une étude clinique multicentrique. Les résultats de cette thèse doctorale préparent le terrain pour la traduction clinique de cette méthode de caractérisation moléculaire optique en temps réel pour une biopsie sécuritaire et  efficace.  ABSTRACT: The evolution of modern medicine is moving more and more towards a personalized approach, requiring the sampling of tumors with biopsy procedures for histological, molecular and genomic analyzes for an accurate diagnosis. Sensitivity limits of imaging techniques, targeting errors and lesion heterogeneity are important limitations to this approach often leading to poor quality samples, and the need for repeated biopsies. This thesis aims at the development of a biopsy needle guided with Raman spectroscopy to improve safety and efficiency of brain biopsy procedures. The first objective is the validation of Raman spectroscopy for the characterization of brain tissue. The integration of an intraoperative Raman probe system into the surgical workflow and optimization for use in the operating room was performed. A proof of concept was carried out during brain tumor resection in 10 patients demonstrating that the system can distinguish between vital and necrotic tissues with a sensitivity of 84% and a specificity of 89%. The second objective is to integrate the technique into a commercial biopsy needle.  This imposes important technical constraints that required the use of a different spectral range, called the high wavenumber. The use of the high wavenumber was first validated using intraoperative probe. This study was carried out on 17 patients, demonstrating a detection of dense cancer (> 60% cancer cells) with a sensitivity of 80% and a specificity of 90%. The integration was then performed on a first prototype Raman needle, and we demonstrate for the first time the use of this system in vivo in a porcine brain biopsy model. Finally, a second prototype using more spectral information was developed. A proof of concept using the device to measure Raman spectra at the tip of the needle on 3 patients during cerebral biopsy procedures is presented for the first time. The use of this prototype is planned as part of a multi-center clinical study. The results of this doctoral thesis set the stage for the clinical translation of this real-time optical molecular characterization method for safe and efficient biopsy.


identifier: Theiri, M. (2018). Développement de stratégies de bio-détoxification de pré-hydrolysats lignocellulosiques pour fermentation ABE en butanol  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie des pâtes et papiers au Canada connait une grave crise économique depuis dix ans pour plusieurs raisons, dont entres autres une baisse de la demande en produits papetiers, une compétition internationale aigüe et une hausse des coûts de l'énergie [1, 2]. Une solution d'avenir prometteuse pour redynamiser l'industrie consiste à intégrer une bioraffinerie au sein d'usines existantes. Une bioraffinerie intégrée permet de co-produire, en plus des produits de base de l'industrie papetière, des produits à haute valeur ajoutée par valorisation des déchets et sous-produits sans grande valeur commerciale. Priorisant une conversion efficace des hémicelluloses composant la biomasse lignocellulosique avec la lignine et la cellulose, son extraction en amont du procédé de cuisson par une étape de préhydrolyse représente une avenue prometteuse pour la génération de produits à haute valeur ajoutée dont le butanol et l'éthanol, par fermentation, ainsi que le furfural et diverses autres molécules carbonées d'intérêt pour l'industrie chimique. Cependant, une conversion efficace du préhydrolysat en biocarburants, par fermentation, exige la disponibilité des monomères des glucides à hautes poids moléculaires présents sous formes de polymères de ces monomères. L'intégration d'une étape d'hydrolyse est ainsi indispensable pour obtenir des glucides fermentescibles (i.e. monomères ou oligomères solubles ou transportables). Les technologies courantes de préhydrolyse et d'hydrolyse des hémicelluloses sont à base de réactifs chimiques qui permettent des rendements élevés de dégradation et de mise en solution des glucides simples. L'utilisation de ces réactifs est également responsable de la génération de divers inhibiteurs de procédés de fermentation. Pour assurer une conversion efficace, l'enlèvement des produits toxiques est donc requis. Ce problème appelle à l'intégration d'un procédé de détoxification pour amoindrir les effets secondaires néfastes du procédé d'hydrolyse. Incidemment, la combinaison des processus d'hydrolyse et de détoxification des hémicelluloses, via l'application d'un consortium de microorganismes, représente une option prometteuse qui pourrait contribuer à la production de biocarburants économiquement et environnementalement acceptables. En effet, les procédés impliquant des microorganismes sont généralement respectueux de l'environnement et sont caractérisés par une faible utilisation de produits chimiques et une plus faible génération de produits toxiques, par une sélection adéquate du consortium microbien. Le but de cette thèse consiste ainsi à développer des technologies novatrices de détoxification à base de microorganismes pour une hydrolyse bactérienne performante de préhydrolysat hémicellulosique et pour une conversion subséquente efficace en butanol par la souche Clostridium acetobutylicum ATCC 824. La première partie de la thèse présente une étude proposant l'utilisation d'une culture mixte de bactéries, Ureibacillus thermosphaericus NCIMB 13819 et Cupriavidus taiwanensis DSM 17343, produisant et sécrétant les enzymes permettant la détoxification de préhydrolysat de bois. Tout d'abord, des expériences d'optimisation de la température réactionnelle de la co-culture ont été conduites sur un bouillon de soja trypsique (TSB) à titre de système modèle, et la température optimale commune permettant de favoriser les cinétiques réactionnelles spécifiques aux deux microorganismes préconisés, étudiée en mode mono- et co-cultures, a été déterminée à 41 °C. Par la suite, la performance des cultures pures et mixtes pour la détoxification de milieux synthétiques comprenant quatre classes de composés phénoliques (i.e. acide gallique, vanilline, catéchol et syringaldéhyde), le furfural, le 5-hydroxyméthyl furfural (5-HMF), l'acide acétique, les sels et la source des nutriments a été étudiée. En parallèle et dans un premier volet, une étude comparative sur l'effet d'une supplémentation de deux sources de nutriments sur la performance de dégradation de différents composés inhibiteurs par les cultures pures a été effectuée. Les cultures enrichies avec des ions métalliques comme ajout nutritionnel ont montré une performance supérieure de dégradation. Dans un deuxième volet, une étude a cherché à comparer la performance de co-cultures simultanées et séquentielles (i.e. inoculations décalées) sur la dégradation des composés phénoliques présents dans un mélange d'inhibiteurs. Des pourcentages de dégradation élevés, de l'ordre de 90% avec les co-cultures simultanées, ont été obtenus avec les différents types de co-cultures en présence de 2.8 g/L de composés phénoliques totaux. En augmentant la concentration initiale de ces composés à 8 g/L, la meilleure performance de détoxification observée a été similaire avec 87% pour une inoculation en séquence de U. thermosphaericus suivie de C. taiwanensis après 12 h d'incubation. Le suivi de détoxification en composés inhibiteurs dans les différentes cultures a permis d'identifier la séquence d'inoculation des bactéries maximisant la dégradation spécifique de chaque type de composés phénoliques à différentes concentrations initiales. On a par la suite précisé dans un troisième volet l'efficacité de détoxification par les différentes cultures microbiennes des composés phénoliques individuels. Étonnamment les performances de dégradation observées en seule présence des composés phénoliques ont été inférieures en comparaison avec les résultats obtenus en coprésence des autres inhibiteurs et des composés phénoliques. Finalement, on a évalué la performance de détoxification d'un préhydrolysat réel par les mono- et co-cultures et les pourcentages de dégradation des composés phénoliques n'ont pas dépassé 14% avec les cultures séquentielles de U. thermosphaericus suivie de C. taiwanensis.  Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons poursuivi le développement d'une technologie de détoxification efficace et performante en intégrant une méthode chimique de floculation à l'étape biologique (i.e. coculture de U. thermosphaercius avec C. taiwanensis) afin d'augmenter l'efficacité de détoxification. Tout d'abord, différentes combinaisons de méthodes de détoxification ont été évaluées dans le but de déterminer la stratégie favorisant une dégradation maximale des inhibiteurs. La stratégie la plus performante a consisté en la floculation de l'hydrolysat de bois avec Fe2(SO4)3 suivie de la biodétoxification avec la co-culture (U. thermosphaericus suivie de C. taiwanensis après un délai d'inoculation de 24 h, déterminé optimal dans le préhydrolysat). Des taux d'enlèvement de 63%, 73% et 28% des composés phénoliques, de furfural et de 5-HMF ont été respectivement obtenus. Finalement, on a validé la stratégie sélectionnée par la production de butanol via fermentation de type acétone-butanol-éthanol (ABE) par Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Une concentration en butanol de 8 g/L a alors été atteinte après 120 h de culture, avec un milieu de culture composé d'un hydrolysat d'hémicelluloses détoxifié, en jumelant une étape de floculation à une étape biologique puis dilué pour une concentration initiale en composés phénoliques de 0.3 g/L soit le seuil acceptable pour ces inhibiteurs, de même que l'ajout des nutriments nécessaires pour la croissance et le métabolisme de la souche solvantogénique.   La troisième et dernière partie expérimentale de cette thèse a cherché à compléter le procédé développé en intégrant une hydrolyse biologique aux étapes de floculation chimique et de détoxification biologique, par la bactérie Paenibacillus campinasensis DSM 21989. Une efficacité similaire de dégradation des composés phénoliques inhibiteurs (56%) a été obtenue avec les approches d'hydrolyse et de détoxification séparées ou simultanées, en co-culture des trois souches bactériennes. L'hydrolyse microbiologique comme traitement unique de préhydrolysat a également montré contribuer pour 36% de la détoxification en phénoliques. Cette approche d'hydrolyse biologique n'a pas contribué à l'hydrolyse des xylooligosaccharides en xylose, un glucide fermentescible en butanol. Il a également été intéressant qu'aucune des populations microbiennes présentes ne semblent utiliser de façon préférentielle le xylose, et ce glucide est ainsi demeuré majoritairement disponible pour la fermentation ABE et la production de butanol. Une validation finale par fermentation ABE avec Clostridium acetobutylicum ATCC 824 des hydrolysats détoxifiés générés par hydrolyse et détoxification simultanées puis dilués jusqu'à 0.3 g/L en composés phénoliques, a mené à 7 g/L de butanol après 116 h de culture. Cette concentration est la plus élevée obtenue en comparaison avec les résultats de fermentation d'hydrolysats biologiques non détoxifiés et d'hydrolysats obtenus par hydrolyse et détoxification séparées, travaux réalisés dans le cadre de cette thèse. De plus, il est d'intérêt de noter que la production de butanol dans les hémicelluloses hydrolysées microbiologiquement comme traitement unique de préhydrolysat a été 6 g/L, soit la meilleure performance obtenue comparativement aux essais en milieu synthétique de xylose (5.27 g/L), avec un hydrolysat acide (2.3 g/L) ou avec un hydrolysat généré par hydrolyse biologique et détoxification séparées (1.05 g/L). Nos travaux ont donc résulté en une stratégie ayant le potentiel de minimiser l'incidence environnementale de même que les coûts de bioprocédé de bioraffinage forestier pour la production de butanol.  ABSTRACT: The Canadian pulp and paper industry is facing a great economic crisis in the last decade for several reasons (e.g. decline in the demand for paper based products, acute international competition and high cost of energy) [1, 2]. The integration of a biorefinery into existing factories is a promising future solution for revitalizing the industry. An integrated biorefinery allows the coproduction of high-value added products alongside the industrial core products by up-grading low commercial valour wastes and co-products. Emphasizing an efficient conversion of hemicelluloses, contained in lignocellulosic biomass along with lignin and cellulose, their extraction with a prehydrolysis step prior to digestion is a promising avenue for high value-added products generation as butanol and ethanol, by fermentation, as well as furfural and various other carbon molecules of interest to the chemical industry. However, an efficient conversion of the prehydrolysate to biofuels by fermentation requires the availability of monomers from high molecular weights carbohydrates present as polymers of these monomers. Hence, the integration of an hydrolysis step is required to release fermentable sugars (i.e. Soluble or transportable monomers or oligomers). The conventional methods of prehydrolysis and hydrolysis of hemicelluloses are chemical-based techniques which favor high yields of degradation and solubilize the monomeric carbohydrates. These methods contribute equally to the formation of diverse fermentation inhibitors along with the carbohydrates. A compelling need to remove toxic compounds for an efficient conversion to bioproducts is inciting the integration of a detoxification process to impede side effects of the hydrolysis step. By the way, the development of a microbial consortium for combined hydrolysis and detoxification processes would be an economic as well as an environmental avenue for sustainable biofuels production. In fact, microorganisms-based processes are generally characterized by their environmental aspect, small use of chemicals and lower contribution to toxic compounds formation, which would be achieved by a good selection of the microbial consortium.   The aim of this thesis is thus to develop novel technologies of detoxification with microorganisms for a performant biohydrolysis of hemicelluloses pre-hydrolysate and for an efficient subsequent conversion to butanol with Clostridium acetobutylicum ATCC 824.  In the first part of this thesis, we proposed the application of a co-culture, composed of Ureibacillus thermosphaericus NCIMB 13819 and Cupriavidus taiwanensis DSM 17343, which produce and secrete enzymes responsible for the detoxification of hardwood pre-hydrolysate. First, we performed optimisation experiments of the reaction temperature in the co-culture using tryptic soy broth (TSB) as a model system, and the common optimal temperature favoring the specific reaction kinetics for both recommended bacteria studied in pure and mixed cultures, was determined to 41 °C. Secondly, the performance of mono- and co-cultures has been studied for the detoxification of synthetic media comprising four classes of phenolic compounds (i.e. gallic acid, vanillin, catechol and syringaldehyde), furfural, 5-hydroxymethyl furfural (5-HMF), acetic acid and nutrients source. In parallel and in a first section, a comparative study of two nutrients sources for their supplementation effects on the inhibitors' degradation performance with pure cultures has been developed. The cultures enriched with metal ions as a nutritional supplement showed superior degradation performance. In a second section of the study, the performances of sequential (i.e. offset inoculations) and simultaneous cultures for the removal of key phenolics present in a mixture of inhibitors were compared. At 2.8 g/L of total phenolic compounds, the different co-cultures exhibited high degradation percentages, up to 90% with an offset inoculation of Cupriavidus taiwanensis with respect to Ureibacillus thermosphaericus. By increasing the initial concentration of phenolic compounds to 8 g/L, similar performance of phenolic compounds removal up to 87% was observed with the sequential inoculation with a 12 h delay in the inoculation of C. taiwanensis. The optimal bacteria sequence maximising specific degradation of each type of phenolics present at different concentrations was determined from the detoxification monitoring of inhibitory compounds. Subsequently and in a third section, the degradation efficiency of individual phenolic compounds with the bacterial cultures was investigated. Surprisingly, the degradation performances observed in single presence of phenolic compounds were lower than those obtained in the co-presence of other inhibitors along with the phenolics. Finally, the detoxification performance of a real pre-hydrolysate was evaluated with mono- and co-cultures and the degradation values of phenolic compounds did not exceed 14% obtained with the sequential cultures of U. thermosphaercius followed by C. taiwanensis.  In the second part of the thesis, we continued the development of a performant and efficient detoxification technology by coupling a chemical method of flocculation to the biological method (i.e. co-culture of U. thermosphaericus and C. taiwanensis) in order to increase the performance of detoxification. First, different combinations of detoxification methods were evaluated and the strategy yielding maximum inhibitors degradation was selected. The most performant strategy consisted in flocculation of the wood hydrolysate with Fe2(SO4)3 followed by biodetoxification with the co-culture (sequential cultures with U. thermosphaercius inoculated 24 h prior to C. taiwanensis, as optimised in the pre-hydrolysate). Removal rates of 63%, 73% and 28% of phenolic compounds, furfural and 5-HMF were respectively obtained with this strategy (co-culture followed by flocculation). Finally, the detoxification method was validated by the production of butanol with C. acetobutylicum ATCC 824 via acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation. A butanol concentration of 8 g/L was produced after 120 h of culture in a medium consisting of the detoxified hemicelluloses hydrolysate, obtained by coupling a flocculation step with a biological one then dilution to 0.3 g/L of phenolic compounds for acceptable thresholds, and the nutrients source required to solventogenic bacteria for their growth and metabolism.  The third and last experimental part of this thesis sought to complete the process developed by coupling biological hydrolysis with Paenibacillus campinasensis (P. campinasensis) DSM 21989 to flocculation and biodetoxification steps. Similar performances of phenolic compounds degradation were obtained (56%) with separate or simultaneous, with the co-culture of three bacteria, hydrolysis and detoxification steps. Microbial hydrolysis as the sole treatment method of hemicelluloses pre-hydrolysate has also been shown to contribute to 36% of phenolics removal, while it didn't result in the hydrolysis of xylooligosaccharides to xylose which is a fermentable carbohydrate to butanol. It has also been interesting that none of the existing microbial populations seem to preferentially consume xylose, and this carbohydrate remained mostly available for ABE fermentation and butanol production. A final step of validation by ABE fermentation with Clostridium acetobutylicum ATCC 824 of detoxified hydrolysates obtained by simultaneous detoxification and hydrolysis then diluted to 0.3 g/L of phenolic compounds, contributed to 7 g/L of butanol production after 116 h of culture. This concentration was the highest among values from non-detoxified biohydrolysates and hydrolysates from separate hydrolysis and detoxification, work carried out in the context of this thesis. Furthermore, it is worthy to note that a butanol concentration of 6 g/L was produced from hemicelluloses obtained by hydrolysis of the pre-hydrolysate as the sole treatment method. This performance was higher than those with synthetic xylose medium (5.27 g/L), acid hydrolysate (2.3 g/L) or with hydrolysate obtained by separate hydrolysis and detoxification (1.05 g/L). As a result, our work has led to a potential strategy which mitigates environmental impact as well as costs of forest bioprocessing biorefineries for butanol production.


identifier: Rosini, A. (2018). Conception des connexions en BFUP à la base de piles préfabriquées répondant aux critères de performance sismique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une approche de construction récente se développe dans le cas de nouvelles conceptions : la Construction Accélérée des Ponts (CAP). Cette méthode consiste en l'assemblage sur site d'éléments préfabriqués en usine afin d'obtenir une structure au comportement monolithique. Cette dernière présente de nombreux avantages comme une réduction des délais et des coûts de construction et idéalement, une meilleure durabilité des ouvrages à condition que les connexions entre les éléments soient de qualité.  ABSTRACT: An original construction approach has been recently developed in the case of new designs:Accelerated Bridge Construction (ABC). This method consists of on site assembly of prefabricated elements to obtain a structure with monolithic behaviour. This approach provides many advantages, such as reduced costs and construction time, and ideally a better structure durability assuming a good quality of the connections between each element. However, using joints at column base is forbidden for seismic design.


identifier: Zhang, K. (2018). Model Predictive Control of Building Systems for Energy Flexibility  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les besoins énergétiques des bâtiments contribuent de manière significative à la demande de pointe du réseau électrique. Cependant, les bâtiments, par leur capacité de stockage de l'énergie, peuvent fournir des services de flexibilité énergétique au réseau. La Gestion de la Demande de Puissance (GDP) du bâtiment est considérée comme une solution pratique pour réduire les demandes de pointe du réseau. Cette approche est moins coûteuse et plus écologique que d'utiliser la réserve de puissance ou que d'investir dans de nouvelles infrastructures. La GDP peut également jouer un rôle plus important au niveau de l'équilibrage de charge, lorsque le réseau intègre des sources d'énergie renouvelables, qui sont intermittentes et variables. Cette thèse étudie le potentiel de flexibilité énergétique des bâtiments vis-à-vis du réseau électrique par le biais de la simulation. Une méthodologie générale pour caractériser la flexibilité énergétique des bâtiments, ainsi qu'un ensemble d'indicateurs sont proposés. La méthodologie est testée sur un modèle détaillé de maison canadienne type, calibré avec des données mensuelles et horaires mesurées. La calibration permet de représenter fidèlement la consommation d'énergie selon les critères de la directive 14 de l'ASHRAE, ainsi que les variations dynamiques des conditions thermiques intérieures, ce qui est nécessaire pour l'étude des stratégies de commande. Les résultats des simulations, basés sur ce modèle calibré, montrent que la flexibilité énergétique fournie par la masse thermique du bâtiment est importante, même pour les bâtiments résidentiels à faible masse thermique. La quantité d'énergie flexible dépend cependant des conditions météorologiques, de l'heure du jour, de la durée de la GDP et de l'occupation du bâtiment. La flexibilité énergétique est également fortement liée à la stratégie de commande du système de chauffage et climatisation. Une méthode de contrôle avancée est étudiée : la Commande Prédictive basée sur un Modèle (CPM). Avant d'appliquer cette méthode à la flexibilité énergétique, un cadre général de CPM est proposé. Les erreurs de modélisation, l'estimation de l'état et l'identification des paramètres y sont discutées en détail. Ce cadre est ensuite appliqué à deux types de modèles de contrôleurs différents : un modèle détaillé et un modèle simplifié du bâtiment étudié. Les résultats montrent que la CPM peut améliorer la flexibilité énergétique par rapport à une stratégie de Commande Basée sur les Règles (CBR).  ABSTRACT: Energy needs from buildings contribute a large share to the peak demand of the electric grid. Meanwhile, buildings can also provide energy flexibility services to the grid with their related assets, e.g. energy storage. Demand Response (DR) of building systems has been considered a feasible solution to shift loads, or to reduce the peak demands. This approach is less costly and more environmentally-friendly than operating reserve power, or investing in extra power plants. DR can play a more important role for load balancing when the grid integrates with renewable energy sources, which are intermittent and variable. This thesis investigates the energy flexibility potential in buildings for the grid through simulation studies. A general methodology to characterize the building energy flexibility is proposed along with a set of indicators. The methodology is applied to a detailed building model of a typical Canadian home, which is calibrated with monthly and hourly measured data. The calibration evaluates not only the energy use required by the ASHRAE guideline 14, but also the dynamic indoor conditions, which is important to study control strategies. Simulation results, based on the calibrated model, show that the energy flexibility provided by the building thermal mass is significant, even for typical Canadian residential buildings with a low thermal mass. The amount of flexible energy however depends on the weather condition, time of day, duration of the DR event and occupancy scenario of the building. The control strategy of the space conditioning system has also a high impact on the energy flexibility. An advanced control method called Model Predictive Control (MPC) is investigated. Prior to applying the MPC method on energy flexibility study, a general supervisory MPC framework is presented. Common issues associated with modelling errors, state estimation, and parameter identification are discussed in detail. The framework is then applied to two different types of controller models: a detailed model and a simplified model of the studied building respectively. The MPC method is shown to be able to increase the building flexibility as compared to the Rule-Based Control (RBC) strategy. MPC with the detailed model delivers the highest flexible energy, twice or three times of the RBC method depending on the time of the DR event.


identifier: Urtnowski-Morin, C. (2018). Modélisation phénoménologique du procédé de biométhanisation au sein d'une analyse de flux de matières pour l'évaluation de scénarios de traitement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse de flux de matières (MFA) est de plus en plus utilisée comme outil d'aide à la décision pour la conception et l'évaluation de systèmes complexes de gestion des matières résiduelles. La représentation des processus de traitement par des coefficients de transfert empiriques telle qu'habituellement effectuée apportent certes une simplification avantageuse des processus, elle est cependant difficilement applicable à des processus plus complexes comme la biométhanisation. Ce mémoire propose de prendre en compte l'effet de la composition des flux de matières et des conditions d'opération sur la performance du procédé de biométhanisation et sur la composition des flux sortants en utilisant l'Anaerobic Digestion Model no. 1 (ADM1). Une méthodologie est développée pour caractériser un flux de matières en termes des composés du modèle à partir des compositions élémentaires de ses différentes fractions.  ABSTRACT: Material flow analysis (MFA) as a decision support tool in waste management is growing in popularity for the design and evaluation of complex systems. Although the use of transfer coefficients derived from empirical data as traditionally used in MFAs provides a useful simplification, its applicability to represent complex processes such as anaerobic digestion is limited. This thesis suggests considering the effect caused by waste composition and operating conditions on the process performance and outflow characteristics using the Anaerobic Digestion Model no. 1 (ADM1). A methodology is developed to characterize an incoming waste flow in terms of the model's components using its elemental composition. It is based on elemental mass and theoretical oxygen demand balances.


identifier: Lu, X. (2018). Piezoelectric Fibers for Sensing and Energy Generation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours de la dernière décennie, la recherche et le développement de générateurs fibrés a reçu une attention significative en raison de la popularité grandissante des appareils électroniques que l'on peut porter, tels que les écrans sur vêtements, les dispositifs de réalité virtuelle, les senseurs médicaux/cliniques portables et les montres intelligentes. Parmi les générateurs fibrés, les fibres piézoélectriques qui opèrent en se basant sur l'effet piézoélectrique sont spécialement attrayantes, parce qu'elles peuvent convertir les vibrations mécaniques de la vie quotidienne (causées par exemple par la marche, les courants d'air ou les battements cardiaques) en signaux électriques. Pour augmenter le potentiel des technologies portables, des textiles piézoélectriques pour alimenter les dispositifs électroniques ont été fabriqués en intégrant les fibres piézoélectriques dans des fibres commerciales utilisant les techniques de fabrication conventionnelles. Les fibres piézoélectriques peuvent aussi avoir des applications techniques dans les domaines de l'information et des communications, dans l'automatisation industrielle, dans le diagnostic médical, dans le control du trafic et dans le secteur de la défense. Par exemple, ces fibres pourraient être implantées dans les avions et les véhicules pour surveiller l'intégrité de la structure mécanique, ainsi qu'alimenter les systèmes électroniques embarqués tels que les réseaux de senseurs sans-fil (WSN) à faible puissance. D'autres applications incluent les détecteurs acoustiques de haute-sensibilité pour la détection des ondes sonores, les actuateurs de micro-positionnement pour les microscopes à force atomique (AFM), les microscopes à effet tunnel (STM), les miroirs laser d'alignement et les dispositifs médicaux implantables (IMD). Encouragés par le marché sans cesse grandissant des appareils électroniques portatifs, des efforts substantiels ont été investis dans la fabrication de fibres piézoélectriques. Aujourd'hui, la plupart des fibres piézoélectriques existantes sont fabriquées soit en faisant croître des nanostructures piézoélectriques dans un filament conducteur ou en extrudant des polymères piézoélectriques avec des polymères conducteurs par trempe sur roue (melt-spinning). La performance et les applications de ces fibres piézoélectriques sont limitées par leur géométries simpliste, leur grandes taille, leur faible fiabilité mécanique, leur coût élevé et leur faible réponse piézoélectrique. Cette thèse a pour objectif de démontrer des fibres piézoélectriques micro et nanostructurées pouvant répondre à ces limitations.  ABSTRACT: In the past decade, the R&D (research and development) of fiber generators has received significant attention due to the growing popularity of wearable mobile electronic systems such as on-garment displays, virtual-reality devices, wearable medical/clinic sensors and smart watches. Among all of these fiber generators, piezoelectric fibers that operate based on piezoelectric effect are especially attractive, because they could convert mechanical vibrations accessible in our daily life (i.e. walking, air flow and heart beating) into electrical signals. To make further improvements to the wearable applications, piezoelectric textiles that power on-body electronics have been fabricated by integrating piezoelectric fibers into commercial fabrics using traditional textile fabrication techniques. Piezoelectric fibers can also find technical applications in the fields of information and communication, industrial automation, medical diagnostics, automation and traffic control, and in the defense industries. For instance, piezoelectric fibers could be implanted on the airplanes and vehicles, for the purpose of structural integrity monitoring, as well as powering the on-board electronic systems such as wireless sensor networks (WSNs) with low-power consumption. Other common examples include ultrasensitive sound detectors for stand-off sound detection, micro-positioning actuators for atomic force microscopes (AFM), scanning tunneling microscopes (STM), and laser mirror alignment; as well as power sources for implanted medical devices (IMDs). Driven by the ever-growing market, extensive effort has been put into the fabrication of piezoelectric fibers. Currently, most of the existing piezoelectric fibers are fabricated either by growing piezoelectric nanostructures along a conductive filament or by extruding piezoelectric polymers together with a conductive polymer by melt-spinning. The performance and applications of these piezoelectric fibers are limited by their simple fiber geometries, large fiber size, poor mechanical reliability, high-cost, and low piezoelectric response. This thesis aims to demonstrate micro- and nanostructured piezoelectric fibers that address these limitations. In our approach, kilometer-long piezoelectric fibers of sub-millimeter diameters are thermally drawn from a macroscopic preform. The piezoelectric fibers feature a soft hollow polycarbonate core surrounded with a spiral multilayer cladding consisting of alternating layers of piezoelectric electrospun nanocomposites (polyvinylidene enhanced with BTO, PZT or CNT)and conductive polymer (carbon filled polyethylene).


identifier: Lagneau, J. (2018). Étude multi-échelles des coûts de gestion de la matière résiduelle organique au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec 396 kg de matières résiduelles (MR) produits par personne chaque année, le Québec fait partie des plus gros générateurs de déchets en Amérique du Nord. En 2015, près de 40 % de ces matières sont encore éliminées dans un centre d'enfouissement ou d'incinération. Parmi ces résidus, les matières résiduelles organiques (MRO)produisent, lors de leur décomposition, du lixiviat et des gaz à effet de serre (GES) qui peuvent être à l'origine d'importantes conséquences environnementales. Or, ces matières ont un potentiel de valorisation. Pour lutter contre ce gaspillage des ressources et les changements climatiques, le gouvernement du Québec a fixé le bannissement des matières organiques de l'élimination d'ici 2020 et mis en place le programme de traitement des matières organiques par biométhanisation et compostage (PTMOBC). Cependant, à l'heure actuelle seulement 25 % des résidus organiques sont récupérés. Cela s'explique en partie par le fait que moins d'un tiers des municipalités québécoises offrent une collecte pour ces résidus.  ABSTRACT: - Each Quebecer produces 396 kg of residual materials (RM) per year, which is one of the biggest production rates in North American. In 2015, nearly 40% of these materials were still disposed in a landfill or incineration facility. Among these residues, the organic residual materials (ORM) produce leachate and greenhouse gases (GHG) during their decomposition which can be responsible for important environmental consequences. However, these materials have a recovery potential. To fight against wastage of resources and climate change, the Quebec government has decided to ban the disposal of organic matter by 2020 and set up the Program for the Treatment of Organic Matter through Biomethanization and Composting (PTMOBC). Nevertheless, only 25% of organic residues are currently recovered. This low rate is partly explained by the fact that less than a third of Quebec municipalities offer collection services for these residues.


identifier: Ben Yakhlef, H. (2018). Conception et mise en place de l'instrumentation nécessaire à la comparaison entre la position à l'outil et la position à l'encodeur de l'outil d'une machine-outil à commande numérique 5-axes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire concerne la conception, la mise en place et l'utilisation de l'instrumentation permettant de comparer la position, vue par l'encodeur, de l'outil d'une machine-outil à commande numérique cinq axes à sa position réelle et ce en régime dynamique. La solution proposée consiste à acquérir la position réelle de l'outil mesurée par un interféromètre laser et celle mesurée par l'encodeur simultanément et en régime dynamique. Les mesures sont acquises grâce à un système d'acquisition conçu et mis en place permettant le suivi en temps réel et l'enregistrement des données lors de chaque test en assurant une synchronisation a un quart de cycle près entre les deux mesures. Cet écart de synchronisation se manifeste par une erreur spatiale de 0.5 μm pour l'encodeur et de 0.79 nm pour le laser. Cette solution basée sur des mesures en dynamique permet de réduire la durée de l'opération d'étalonnage et par conséquent de réduire les coûts d'arrêt machine, sans oublier qu'elle permet d'avoir des mesures de meilleure qualité et plus représentatives vue que la machine est en mouvement lors de la prise de ces mesures. Ceci est confirmé par les résultats obtenus montrant les traits et les aspects du comportement dynamique de la machine qui s'accentuent en augmentant la vitesse d'avance et qui sont impossibles à détecter par des opérations de mesures quasi-statiques lors d'un étalonnage conventionnel. Cette solution constitue un premier pas vers une modélisation complète du comportement dynamique de la machine.  ABSTRACT: This thesis is about the design, implementation and use of the instrumentation allowing to compare the position, seen by the encoder, of the tool of a five-axis CNC machine tool with its actual position, in dynamic mode. The proposed solution is to acquire the actual position of the tool measured by a laser interferometer and the one measured by the encoder simultaneously and in dynamic mode. Measurements are acquired via a designed and implemented acquisition system that allow real-time monitoring and saving of data during each test ensuring a synchronization of a quarter-cycle between the two measurements. This synchronization gap is shown by a spatial error of 0.5 μm for the encoder and 0.79 nm for the laser. This solution based on dynamic measurements reduces the duration of the calibration and therefore reduces machine downtime costs. It also allows better and more representative measurements especially that the machine is in motion during the acquisition. This is confirmed by the results obtained showing the aspects of the dynamic behavior of the machine which are accentuated when increasing the feedrate and which are impossible to detect via a simple quasi-static measurement operation during a conventional calibration. This solution is a first step towards a complete modeling of the dynamic behavior of the machine.