identifier: Bani, B. (2016). Understanding the Impact of Databases on the Energy Efficiency of Cloud Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Aujourd'hui, les applications infonuagiques sont utilisées dans toutes les industries ; de la finance, au commerce de détail, en passant par l'éducation, la communication, la manufacture, les services publics et les transports. Malgré leur popularité et leur large adoption, peu d'informations sont disponibles sur l'empreinte énergétique de ces applications et, en particulier, celle de leurs bases de données, qui constituent l'épine dorsale de ces applications infonuagiques. Pourtant, la réduction de la consommation d'énergie des applications est un objectif majeur pour la société et continuera de l'être à l'avenir.  Deux familles de bases de données sont actuellement utilisées dans les applications infonuagiques: Les bases de données relationnelles et non-relationnelles. Aussi, nous examinons la consommation d'énergie des trois bases de données utilisées par les applications infonuagiques : MySQL, PostgreSQL et MongoDB, respectivement relationelle, relationelle, et non-relationelle. Nous réalisons une série d'expériences avec trois applications infonuagiques (une application multi-thread RESTful, DVD Store, et JPetStore).  Nous étudions également l'impact des patrons infonuagiques sur la consommation d'énergie parce que les bases de données dans les applications infonuagiques sont souvent implémentées conjointement avec des patrons infonuagiques tels que le Local Database Proxy, le Local Sharding Based Router, ou la Priority Message Queue.  Nous mesurons la consommation d'énergie en utilisant l'outil Power-API pour garder une trace de l'énergie consommée au niveau de processus par les variantes des applications infonuagiques. Cette estimation énergétique au niveau processus donne une précision plus exacte que d'une estimation au niveau d'un logiciel en général. En plus de cela, nous mesurons le temps de réponse de l'application infonuagique pour mettre en contraste le temps de réponse avec l'efficacité énergétique, afin que les développeurs soient conscients des compromis entre ces deux indicateurs de qualité lors de la sélection d'une base de données pour leur application. Nous rapportons que le choix des bases de données peut réduire la consommation d'énergie d'une application infonuagique quelque soit les trois types des patrons infonuagiques étudiés. Nous avons montré que la base de données MySQL est la moins consommatrice d'énergie, mais est la plus lente parmi les trois bases de données étudiées. PostgreSQL est la plus consommatrice d'énergie entre les trois bases de données, mais est plus rapide que MySQL, mais plus lente que MongoDB. MongoDB consomme plus d'énergie que MySQL, mais moins que PostgreSQL et est la plus rapide parmi les trois bases de données étudiées.  ABSTRACT: Cloud-based applications are used in about every industry; from financial, retail, education, and communication, to manufacturing, utilities, and transportation. Despite their popularity and wide adoption, little is still known about the energy footprint of these applications and, in particular, of their databases, which are the backbone of cloud-based applications. Reducing the energy consumption of applications is a major objective for society and will continue to be so in the near to far future.  Two families of databases are currently used in cloud-based applications: relational and non-relational databases. Consequently, in this thesis, we study the energy consumption of three databases used by cloud-based applications: MySQL, PostgreSQL, and MongoDB, which are respectively relational, relational, and non-relational. We devise a series of experiments with three cloud-based applications (a RESTful multi-threaded application, DVD Store, and JPetStore).  We also study the impact of cloud patterns on the energy consumption because databases in cloud-based applications are often implemented in conjunction with patterns like Local Database Proxy, Local Sharding-Based Router, and Priority Message Queue.  We measure the energy consumption using the Power-API tool to keep track of the energy consumed at the process-level by the variants of the cloud-based applications. We measure the response time of the cloud-based application because we wanted to contrast response time with energy efficiency, so that developers are aware of the trade-offs between these two quality indicators when selecting a database for their application. We report that the choice of the databases can reduce the energy consumption of a cloud-based application regardless of the three cloud patterns that are implemented. We showed that MySQL database is the least energy consuming but is the slowest among the three databases. PostgreSQL is the most energy consuming among the three databases, but is faster than MySQL but slower than MongoDB. MongoDB consumes more energy than MySQL but less than PostgreSQL and is the fastest among the three databases.


identifier: Khosravi, A. (2016). Estimation and Validation of Post-Peak Behavior of Hard Rocks  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Travailler en profondeur sous terre peut générer des situations dangereuses. Des précautions particulières doivent être prises lors de la phase de conception et d'exploitation. La rupture fragile du massif rocheux (coup de terrain) est l'un des instabilités qui peut se produire dans les roches dures ayant une faible porosité à cause de la concentration de contrainte élevée. Il est important de prévoir le comportement du massif rocheux lié à la phase post-pic lors de ruptures. La compréhension du comportement post-pic et le comportement en cisaillement d'un plan de rupture induite sous une condition de limite de chargement particulier est cruciale pour réduire les risques. Jusqu'ici, de nombreuses recherches ont été menées sur la surveillance sismique des excavations souterraines en situation potentielle de coups de terrain. Par ailleurs, quelques méthodes de prévision des coups de terrain ont été proposées basée sur les mathématiques logiques. La solution analytique est également l'une des approches fiables basées sur les travaux expérimentaux dans lesquels les propriétés mécaniques de la roche intacte et des fractures sont prises en compte. L'objectif principal de cette thèse est de prédire la courbe post-pic de roches dures en utilisant des essais de compression triaxiale et de cisaillement direct et la caractérisation des fractures en utilisant le modèle CSDS (Simon, 1999) et l'approche proposée par Simon et al. (2003). Les résultats de la caractérisation de la surface de rupture montrent que comment les différents modes de chargement affectent les paramètres de rugosité des fractures. Les résultats indiquent également la variation de la rugosité de la surface de rupture avec la contrainte de confinement appliquée. La rugosité sur chaque surface de rupture indique la variation de la rugosité dans les échantillons en fonction de la distribution des contraintes La variation de la rugosité de la surface de rupture à la traction induite par l'essai Brésilien dévoile un effet combiné de la direction de chargement, la taille du grain, et le rapport L/D sur la valeur de la rugosité. Il est démontré que les profils de rugosité parallèles et perpendiculaires à la direction de chargement ont une variation de la rugosité distincte. Une nouvelle méthode de chargement appelée « chargement en dommage-contrôlé cyclique » proposée permet d'obtenir la courbe post-pic des roches dures, en utilisant une procédure spécifique. Les courbes complètes de contrainte-déformation de deux roches dures ont été obtenues par cette méthode Les résultats montrent que l'énergie élastique accumulée dans les échantillons en utilisant cette nouvelle procédure est moindre et comment la procédure influe sur la configuration de fracturation. Une approche existante basée sur le modèle constitutif CSDS pour les joints de roche a également été vérifiée afin d'estimer le comportement post-pic de roches dures. Il est démontré que cette approche est capable d'estimer les propriétés du modèle requis en utilisant les essais de compression triaxiale et de cisaillement direct et la caractérisation de la surface de rupture  ABSTRACT: Working in deep underground opening is often accompanied by hazardous situations. Special care must be taken in the design and operation phase. Brittle fracturing of the rock mass (rockburst) is one of instabilities that occurs in hard rocks with low porosity due to high stress concentration. It is important to predict the rockburst behaviour that corresponds to the post-peak phase. Understanding of the post-peak behaviour and the shear behaviour of an induced failure plane under a particular loading boundary condition is a critical issue in order to prevent risks. To date, many researches have been conducted on the seismic monitoring of deep underground openings. Also, a few rockburst prediction methods have been proposed based on logical mathematics. Analytical solution is also one of the reliable approaches based on the experimental works in which the mechanical properties of both intact rock and fracture surface are taken into account. The main objective of this thesis was to predict the post-peak curve of hard rocks using triaxial and direct shear tests and rock surface characterization by using the CSDS model (Simon, 1999) and the proposed approach by Simon et al. (2003). The results of fracture surface characterization show how different loading modes affect the roughness parameters of the fractures. The results also indicate the variation of the fracture roughness with the applied confining stress. The roughness on each fracture surface indicates the roughness variation in the samples due to the stress distribution. Roughness variation of the tensile fractures induced by Brazilian tests reveals a combined effect of the loading direction, grain size, and the L/D ratio on the roughness value. It is shown that the roughness profiles parallel and perpendicular to the loading direction have a unique roughness variation. A new proposed damage-controlled cyclic method is used to obtain the post-peak curve of hard rocks using a specific procedure. The complete stress-strain curves of two hard rocks were obtained by this method. The results show that the elastic energy accumulated in the specimens using this new procedure is lower and that the procedure influences the fracturing pattern. An existing approach based on the CSDS constitutive model for rock joints was also verified in order to estimate the post-peak behaviour of hard rocks. It is shown that this approach is able to estimate the required model properties using triaxial compression and direct shear tests and the surface characterization.


identifier: Leite-Corthésy, R. (2016). Vérification d'un plan de production minier à court terme par simulation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La planification minière à court terme consiste à déterminer quelles opérations doivent être faites à quel moment et par quelle équipe sur un horizon de temps court (un quart de travail à une semaine). Ce type de planification est un problème de taille qui est à ce jour principalement traité manuellement. La planification par quarts de travail est un aspect qui n'a pas encore été étudié dans la littérature. La planification par quarts de travail est complexe étant donné le fait que plusieurs contraintes qui ne sont pas considérées en planification à moyen et long terme doivent être considérées à court terme. L'avantage de cette planification est qu'elle permet d'offrir des résultats plus fidèles à la réalité que des planifications à plus long terme. De plus, cette planification limite la prise de décision devant être effectuée au jour le jour dans les mines souterraines puisqu'elle fournit un plan détaillé des opérations devant être effectuées et ce dans l'ordre et la mesure appropriés. Afin d'obtenir un séquencement de la production adéquat et efficace, un modèle mathématique en programme linéaire mixte a été développé. Ce modèle utilise comme intrants les résultats d'un modèle de planification par semaine existant. Ces résultats doivent être traités afin d'être compatibles avec le modèle de planification par quarts. Ainsi, cette planification est obtenue en deux phases. Puisque le modèle par quarts offre une planification à plus petite échelle que le modèle hebdomadaire, certaines contraintes y sont considérées sans l'être dans le modèle hebdomadaire. La principale différence est la contrainte de précédence entre les opérations qui doit être prise en compte afin d'offrir un séquencement fidèle à la réalité. Cette contrainte est la raison pour laquelle la planification sur les quarts d'une semaine présente un écart par rapport à la planification par semaine et ce pour toutes les semaines à l'étude. Cependant, le modèle d'optimisation a certaines limitations. En effet, le modèle, étant déterministe, ne permet pas de considérer la variabilité associée au temps de travail. De plus, les temps de déplacements des équipes à travers les divers sites n'ont pas été considérés dans le modèle mathématique. De plus, bien qu'une contrainte de ressources relative au nombre d'équipes de travail existe dans le programme linéaire mixte (PLM), celle-ci ne représente pas parfaitement la réalité. Pour pouvoir observer l'effet de ces éléments non pris en compte dans le modèle d'optimisation, un modèle de simulation a été développé. Des tests ont été effectués afin d'observer l'influence des temps de déplacement et de la variabilité sur les résultats. De plus, des analyses ont été effectuées pour observer l'effet sur les solutions de traiter deux semaines consécutives conjointement. Ainsi, ce mémoire présente un modèle de planification des opérations minières souterraines à très court terme, soit sur les quarts de travail (10 heures) ce qui n'a pas été fait dans la littérature. Effectuer une planification à l'échelle du quart de travail permet de considérer des contraintes qu'on ne peut considérer à une plus grande échelle comme la semaine. Ce modèle permet une planification à court terme automatique plutôt que manuelle ce qui offre un gain de temps considérable pour les compagnies minières en plus d'assurer la meilleure planification possible (solution optimale). En plus du modèle en PLM, le mémoire présente un modèle de simulation permettant d'évaluer l'effet de changements apportés au système ce qui représente un outil très intéressant pour les compagnies minières. En effet, cela permet d'observer les effets sur le système sans avoir à réellement perturber celui-ci ce qui résulte en des économies de temps et d'argent.  ABSTRACT: Short term mine planning (production sequencing) consists in determining the optimal sequence of operations and the team to do it on a very short period (a quarter to a week). It is an important problem that is to this day mainly solved manually. Mine planning on the scale of shifts (10 hours) is something that has not been studied yet in the literature. This type of planning is very complex because many constraints that are not considered in medium or long term planning must be taken into account. The advantage of this type of planning is that it provides results closer to reality than medium or long term planning since more constraints are considered. Furthermore, this type of planning limits the need for decision making in underground mines activities since it provides a very detailed plan of operations to be done. To obtain a reliable production sequencing, a mixed inter program has been developed. This model uses as input data the results of another model that does the weekly planning. The results of this weekly model have to be treated to be compatible with the shifts planning model. Therefore, the production plan on quarters is obtained in two phases. Since this model provides a planning on shorter term than the weekly model, it has some constraints that are not present in the weekly model. Of these constraints, the main one is the precedence constraint between the operations that is important to offer a realistic sequencing. This constraint is the reason for the difference between the shift planning and the weekly planning for all the weeks analyzed. However, the MIP model has certain limitations. Indeed, because the model is determinist, the model does not consider the variability associated to the operations time. Also, the shifting of the teams from site to site has not been considered in the mathematical model. Furthermore, even though there is a constraint in the MIP that restricts the number of hours of work that can be done according to the number of team, this constraint does not perfectly reflect reality. To be able to analyze the effect of these elements absent from the MIP, a simulation model has been developed. Tests were done to observe the influence on the results of considering the shifting of teams from site to site and the variability of the operations and shifting times. Also, tests were done to analyze the effect on solutions of planning two consecutive weeks simultaneously instead of planning both weeks individually. This thesis presents a short term (by quarters) underground mine operations planning model which has not been done in the literature. Planning on quarters allows to consider constraints that cannot be considered on longer term like the week. This model allows to do an automatic short term plan rather than a manual one which saves time for mining companies and ensure that the plan is optimal. The thesis also presents a simulation model allowing to evaluate the effects of changes on the system which is a valuable tool for mining companies. It allows to evaluate the effect of changes on the system without having to test on the real system resulting in money and time savings.


identifier: Jahanbakhshzadeh, A. (2016). Analyse du comportement géomécanique des remblais miniers dans des excavations souterraines inclinées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les rejets miniers sont couramment utilisés comme matériau de remblayage dans les chantiers souterrains. Le remblayage des chantiers vise l'amélioration de la stabilité du massif rocheux, le contrôle de la dilution du minerai et une réduction du volume de rejets (roches stériles ou résidus miniers) entreposée en surface. Comme le premier rôle du remblai est le maintien d'un espace de travail sécuritaire, il faut par conséquent évaluer l'état des contraintes dans le remblai et celles exercées par le remblai sur les murs du chantier et les structures de support (telles les barricades). En général, les remblais miniers sont beaucoup moins rigides que le massif rocheux encaissant. Des contraintes de cisaillement se développent aux interfaces entre le remblai et le massif sous l'effet du tassement du matériau de remplissage. Ce transfert d'une partie du poids du remblai aux murs rocheux, appelé effet d'arche, dépend de nombreux facteurs, incluant la géométrie du chantier et les propriétés du remblai. Au cours des dernières années, beaucoup de travaux ont été menés afin d'évaluer les contraintes dans les chantiers aux murs verticaux. La distribution des contraintes dans les chantiers verticaux a été analysée en fonction des paramètres de résistance au cisaillement du remblai, des pressions interstitielles de l'eau et des conditions de remplissage. La majorité des chantiers remblayés sont toutefois inclinés et cela a une influence sur l'état des contraintes. Jusqu'à présent, relativement peu d'analyses tiennent compte de l'effet d'inclinaison des murs du chantier; cet aspect influence grandement l'ampleur des contraintes dans le chantier, comme le montrent les résultats présentés dans cette thèse. L'objectif principal de ce projet de doctorat est de développer une approche pour analyser le comportement géomécanique des remblais en interaction avec les parois rocheuses dans des chantiers aux murs inclinés. Les analyses sont basées sur des modélisations numériques effectuées à l'aide des codes de différence finies FLAC et FLAC3D. Les résultats numériques ainsi obtenus sont utilisés pour évaluer l'influence des paramètres de résistance mécanique (incluant l'angle de frottement interne) du remblai et la géométrie des chantiers (hauteur, largeur et inclinaison). Ces résultats montrent que l'effet d'arche dans les chantiers inclinés est généralement moins développé que dans les chantiers verticaux. Ces simulations illustrent également comment ces divers facteurs influencent la distribution des contraintes dans les chantiers inclinés  ABSTRACT: Mining waste materials are commonly used as backfill in underground mines. Backfilling is used to improve ground stability of the surrounding rock mass and to reduce solid waste disposal on the surface (waste rock or tailings). To improve stope stability and the safety of workers, it is necessary to assess the stress state in stopes and on support structures (such as barricades). In general, the backfill is much less stiff than the surrounding rock mass. After it is deposited in an underground stope, settlement of the fill generates shear stresses along the rough walls of the opening. The transfer of part of the weight of the backfill to the rock mass is associated to the arching effect. The magnitude of this redistribution depends on many factors, including the stope geometry and fill properties. In recent years, fairly extensive work has been conducted to evaluate the stress state in vertical backfilled stopes. The stress distribution in the vertical stope has been assessed by considering the shear resistance parameters of the fill, pore water pressure and filling conditions. In reality however, most mine stopes have inclined walls. To date, few analyses have taken into account the effect of inclination of the opening walls, although this aspect greatly influences the magnitude of the stress in the stope, as shown by the results presented in this thesis. The main objective of this project is to develop an approach for analyzing the geo-mechanical behavior of backfill in stopes with inclined walls. The analyses are based on numerical simulations performed using the finite difference codes FLAC and FLAC3D. The numerical results obtained are used to evaluate the influence of backfill properties (including the internal friction angle) and stope geometry (height, width and inclination). These results illustrate the effect of arching, which is related to the stress transfer between the fill and rock mass. The results indicate that this effect is typically less well developed in inclined stopes and that the stresses can differ significantly between the hanging wall and footwall. The simulations also show how the various factors influence the stress distribution in the inclined opening.


identifier: Faou, M. (2016). Analyse et perturbation d'un écosystème de fraude au clic  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La publicité en ligne est devenue une ressource économique importante et indispensable pour de nombreux services en ligne. Cependant, on note que ce marché est particulièrement touché par la fraude et notamment la fraude au clic. Ainsi, en 2015, il est estimé que, dans le monde, les annonceurs allaient perdre plus de sept milliards de dollars américains en raison de la fraude publicitaire. Les méthodes de luttes actuelles contre la fraude publicitaire sont concentrées sur la détection de logiciels malveillant et le démantèlement des réseaux de machines zombies qui y sont associés. Bien qu'indispensables pour limiter le nombre d'infections, ces démantèlements ne diminuent pas l'attrait pour cette fraude. Il est donc indispensable de s'attaquer en plus à l'incitatif économique. Pour cela, nous avons d'une part essayé de mieux comprendre l'écosystème de la fraude au clic et d'autre part évalué des possibilités de perturbations de cet écosystème afin de diminuer l'attractivité de la fraude. Dans un premier temps, nous avons collecté des données réseau générées par un logiciel malveillant de fraude au clic, Boaxxe. Ces données sont des chaînes de redirection HTTP qui montrent les liens entre les différents acheteurs et revendeurs d'une publicité, c'est-à-dire la chaîne de valeur. Celles-ci commencent au moteur de recherche d'entrée, opéré par des fraudeurs, passe à travers plusieurs régies publicitaires et termine sur le site d'un annonceur, celui ayant acheté le trafic. Dans un second temps, nous avons agrégé les données collectées afin de constituer un graphe montrant les relations entre les différents noms de domaine et adresses IP. Ce graphe est ensuite consolidé, grâce à des données de source ouverte, en regroupant les noeuds réseaux appartenant au même acteur. Le graphe ainsi obtenu constitue une représentation de l'écosystème de la fraude au clic de Boaxxe. Dans un troisième temps, nous avons évalué différentes stratégies de perturbation de l'écosystème. L'objectif de la perturbation est d'empêcher la monétisation de trafic généré par Boaxxe, c'est-à-dire d'empêcher le transit du trafic du moteur de recherche vers le site de l'annonceur. Il s'avère que la stratégie la plus adaptée à notre problème est celle utilisant la méthode du Keyplayer. Nous avons ainsi montré qu'il était possible de protéger un nombre important d'annonceurs en supprimant un faible nombre d'intermédiaires. Enfin, nous discutons des possibilités de mise en pratique de l'opération de perturbation. Nous insistons sur le fait qu'il est important de sensibiliser les annonceurs à la fraude afin qu'ils puissent prendre des mesures contraignantes envers les régies publicitaires les moins scrupuleuses.  ABSTRACT: Online advertising is a growing market with global revenues of 159.8 billion dollars in 2015. Thus, it is a good target for fraudsters to make money on. In 2015, it is estimated that, globally, advertisers were defrauded of more than seven billion dollars. The security community is concerned by this kind of fraud, known as click fraud, and a lot of research aims to limit it. Current methods are more focused on studying malware binaries and performing botnet take-downs. These operations are useful to limit the propagation of malware and to protect users from known threats. However, it does not have an impact on the economic incentives of perpetrating click fraud. In order to diminish the attractiveness of the fraud we first tried to better understand the click-fraud ecosystem and then evaluate disruption strategies on this ecosystem. Firstly, we collected network traces generated by a well-known click-fraud malware, Boaxxe. This data are HTTP redirection chains showing the links between all the intermediaries involved in the reselling of an ad. This constitutes the value chain. The redirection chains begin at a doorway search engine, operated by fraudsters, pass through several ad networks and land on an advertiser web site, that bought the traffic. Secondly, we aggregated the data collected into a single graph. It shows the relationships between the domain names and IP addresses involved in the Boaxxe fraud. We then consolidate this graph by merging all the network nodes operated by a single organization by leveraging information obtained from open sources. Thus, the graph is a representation of the fraud ecosystem. Thirdly, we evaluated disruption strategies on this ecosystem. The aim is to stop the monetization of the traffic generated by Boaxxe. This is equivalent to stopping the traffic going from the doorway search engine to the web sites of the advertisers. Among the strategies tested, the most suitable for our problem was the Keyplayer strategy. We showed that it is possible to protect numerous advertisers from this fraud by disrupting the ecosystem graph. Finally, we discuss how to perform the disruption operation in practice. We focus on increasing the level of awareness of advertisers that could have a strong position to limit click fraud. One way in which they could do so is by implementing controls to make sure they are not maintaining business relationships with unscrupulous ad networks.


identifier: Lacombe, A. (2016). Méthodologie d'analyse et de suivi d'un système de transport par taxi  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le taxi est devenu, au cours des dernières années, un sujet actuel de réflexion, au coeur des enjeux de plusieurs villes. En effet, cette industrie a très peu évolué depuis de nombreuses décennies et se retrouve maintenant confrontée à l'arrivée de modes alternatifs à l'automobile. Elle doit maintenant se questionner sur ses méthodes de gestion de la flotte ainsi que sur sa position dans le système de transport. Ce projet de recherche vise à développer des indicateurs de performance et de suivi sur l'offre et la demande de déplacements par taxi grâce notamment à des données GPS.  ABSTRACT: In the last years, Taxi has become an important topic of reflection, being at the heart of the transportation challenges in several cities. Indeed, this industry has remained unchanged for many decades, and now finds itself confronted with the arrival of innovative transportation alternatives. This industry must question its current management strategies and clearly assessed its role in the transportation system. This research project aims to develop performance and monitoring indicators on taxi supply and demand with GPS data.


identifier: St-Michel, J. (2016). Modélisation numérique des fondations profondes soumises à du frottement négatif  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans la dernière décennie, une multitude de chercheurs et d'ingénieurs ont travaillé sur la prédiction des charges pouvant être transmises à un système de fondations profondes par l'entremise d'un sol en processus de consolidation. Ces systèmes sont composés de plusieurs pieux, mais ne sont pas toujours conçus pour résister aux efforts supplémentaires transmis par le tassement du sol. Ces efforts générèrent des contraintes de cisaillement à l'interface sol-pieu. Ce phénomène de frottement est communément appelé frottement négatif (FN) et prend place seulement si l'envergure des tassements du sol dépasse ceux du pieu, et ce pour une profondeur donnée. En effet, il est possible d'observer du FN dans la portion supérieure d'un pieu et du frottement positif (FP) dans la section inférieure, près de la pointe. Le FN se développe lorsque le tassement du sol en périphérie du pieu est supérieur au tassement du pieu. À une certaine profondeur, le tassement du pieu et celui du sol atteignent la même magnitude pour former le plan neutre. De plus, dans le cas d'un groupe de pieux, il y a aura nécessairement moins d'effort transmis aux pieux centraux puisque les pieux en périphérie agissent comme un bouclier. L'effet de groupe est généralement le terme utilisé pour référer à ce phénomène.  ABSTRACT: In the last decades, researchers and engineers have been working extensively to predict dragload transfer to deep foundation systems by settling soils. These systems are composed of multiple piles, but aren't always designed to resist dragload. Dragload refers to the axial compression load added to the piles due to the settlements, which are generating downward shear stresses at the pile-soil interface. The shearing phenomenon is commonly called negative skin friction (NSF) and will only appear if soils settle more than piles at a given depth. Therefore, it is possible to observe NSF in the upper section of the pile and positive skin friction further down at pile tip, and at some depth, they would balance each other to create a neutral plane. Moreover, in the case of a pile group, because single pile aren't often used, there will be less dragload added on the interior piles then on exterior piles. This is called group effect, and it is related to a smaller amount of settlement that is taking place inside the group perimeter.


identifier: Veilleux, D. (2016). Lyophilisation et concentration de complexes chitosane/ADN et chitosane/ARNic pour la thérapie génique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Beaucoup de ressources ont été investies au cours des dernières décennies pour développer des vecteurs de livraison de gènes polymériques sécuritaires et efficaces pour des applications cliniques. Le chitosane (CS), un polysaccharide cationique naturel, permet de condenser l'ADN ou l'ARN interférent court (ARNic) pour former des polyplexes dont l'efficacité de transfection élevée a été démontrée in vitro et in vivo. Afin d'être utilisée en clinique, ces formulations doivent toutefois atteindre des doses thérapeutiques; elles doivent être adaptées pour un usage intraveineux; et elles doivent être stabilisées pour le transport et l'entreposage. Les objectifs de la thèse étaient: d'identifier des formulations biocompatibles de complexes CS/ADN et CS/ARNic pouvant être lyophilisées et concentrées, tout en préservant leurs propriétés et en demeurant isotoniques; de développer des compositions lyophilisées de polyplexes hémocompatibles ayant un pH neutre; et d'optimiser les cycles de lyophilisation des formulations. Une première étude, menée sur des polyplexes CS/ADN préparés à un ratio amine/phosphate (N/P) de 5, a permis de déterminer que l'ajout de 0.5% m/V de sucrose, dextran 5 kDa ou tréhalose, combiné à 3.5 mM histidine (pH 6.5), était nécessaire pour préserver le pH des formulations et éviter l'agrégation des complexes pendant la lyophilisation. Ces compositions pouvaient ensuite être réhydratées à une concentration 20 fois plus élevée (~1 mg d'ADN/mL), tout en ayant un pH et une tonicité quasi physiologiques. Les formulations concentrées ont généré des polyplexes ayant des diamètres inférieurs à 200 nm, des indices de polydispersité (PDI) inférieurs à 0.32, et des potentiels zêta supérieurs à 19 mV. Leurs taux de transfection et d'expression de la luciférase étaient supérieurs ou égaux à 65% et 75% des polyplexes fraîchement préparés sans excipients respectivement. Finalement, les compositions n'étaient pas cytotoxiques pour la lignée cellulaire rénale HEK293 aux concentrations évaluées. Ces connaissances ont ensuite été adaptées pour la formulation des polyplexes CS/ARNic. L'analyse de l'influence des tampons sur les compositions a démontré que les propriétés physicochimiques des polyplexes varient selon la valence de leurs contre-ions dans le tampon, selon la force ionique, et selon le pH des formulations. Les polyplexes préparés à N/P = 2 en présence d'acide maléique ou de phosphate de sodium agrégeaient lorsque le pH et/ou la force ionique augmentaient; les résultats optimaux ont été obtenus avec histidine, soit en absence de contre-ions anioniques divalents. La concentration des tampons compatibles a été optimisée pour  ABSTRACT: Research to develop safe and efficient non-viral gene delivery vectors for clinical applications has gained momentum in recent years. Chitosan (CS) is a natural cationic polysaccharide which has been successfully tailored to self-assemble with DNA or small interfering RNA (siRNA) to form polyelectrolyte complexes with high in vitro and in vivo transfection efficiencies. Despite their great therapeutic potential, CS/DNA and CS/siRNA polyplex formulations require further improvement for successful clinical applications: their concentration should be increased to reach therapeutic dosages, they should be optimized for intravenous administration, and they should be stabilized for shipping and long term storage. The goals of the thesis were: to identify biocompatible CS/DNA and CS/siRNA formulations that can be lyophilized and rehydrated to higher concentrations while preserving their properties and being isotonic; to develop hemocompatible, neutral pH, lyophilized polyplex compositions; and to optimize freeze-drying cycles for these compositions. An initial study done with CS/DNA polyplexes, prepared at amine to phosphate (N/P) ratio of 5, showed that 3.5 mM histidine buffer (pH 6.5), combined with one of 0.5 % wt/vol sucrose, 5kDa dextran, or trehalose, was required in the formulations to prevent complex aggregation during freeze-drying. These compositions could then be rehydrated to final concentrations up to 20-fold higher (~ 1 mg of DNA/mL), while maintaining near physiological pH and tonicity. The resulting polyplexes were predominantly spherical, with diameters below 200 nm, polydispersity indexes (PDI) below 0.32, and zeta potentials above +19 mV. Rehydrated formulations had transfection efficiencies and luciferase expression levels no less than 65% and 75% of fresh polyplexes without excipients respectively. They did not affect the viability of the HEK 293 kidney cell line. This knowledge was then adapted to CS/siRNA systems. Analysis of the influence of buffers on polyplexes showed three buffer parameters affect their physicochemical properties, namely the valency of their counterions, their ionic strength, and the formulation pH. Polyplexes prepared at N/P = 2 in maleic acid or sodium phosphate aggregated when pH and/or ionic strength increased, whereas optimal results were obtained with histidine, in absence of divalent anionic counterions. Compatible buffers were then optimized for freeze-drying of uncoated and hyaluronic acid (HA)-coated polyplexes in 0.5% wt/vol trehalose. Compositions prepared at pH 6.5 could be lyophilised with 1 mM histidine, whereas HA-coated polyplexes prepared at pH 7 had to be


identifier: Sawma, C. (2016). Télémétrie capacitive pour des dispositifs implantables  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail vise à concevoir un système de transfert de données bidirectionnel et capacitif. Une introduction couvrant l'histoire des liens de communication dédiés aux implants médicaux est tout d'abord présentée. Ensuite, nous développons une revue de la littérature des télémétries de données qui se basent sur l'approche capacitive ainsi que celles basées sur la modulation de changement de charge. Deux systèmes de transfert de données à base capacitive sont présentés : le premier est unidirectionnel et se base sur la modulation de la position spatiale de la porteuse. Le second est bidirectionnel et utilise une modulation spatiale de la position du pulse pour la liaison descendante et la modulation par déplacement de charge pour la liaison ascendante. Le premier système a été testé sur un cuir chevelu de mouton et a atteint un débit de 20 Mb/s en utilisant des composants discrets. Le système a été modélisé sur COMSOL afin de comprendre le comportement du champ électrique dans ce type de tissu. Les défis du premier système ont été réglés par la conception du deuxième système. Les contributions apportées ont résolu les limitations suivantes : le problème de différence de masse sur l'émetteur et le récepteur, la grande taille des plaques nécessaire pour obtenir une capacité d'isolation valide et finalement l'ajustement automatique du seuil de détection du récepteur en ajoutant une cinquième plaque commune. Une analyse détaillée des paramètres qui affectent le rapport signal sur bruit pour la liaison descendante (de la partir externe du système vers l'implant) est réalisée avec un modèle électrique correspondant à la peau de la joue humaine. La capacité est calculée en utilisant les variables paramétriques du système. La modulation sur la liaison ascendante est analysée en mettant en évidence les compromis nécessaires sur la liaison descendante. Un débit de 10 Mb/s est réalisé sur la liaison ascendante et un débit de 20 Mb/s sur la liaison descendante. Finalement, nous proposons une nouvelle modulation qui utilise le complément de la SPPM et permet une augmentation de 50 % dans le débit binaire en ajoutant un bit aux deux bits transmis par impulsion formant des codes à 3 bits chacun.  ABSTRACT: This work aims to design a bidirectional capacitive data link. An introduction covering the history of communication links used for medical implants is introduced along with a literature review covering the data telemetries using the capacitive approach and some of the other types of telemetries using load shift keying modulation. Two capacitive based telemetry systems are presented; the first is a unidirectional using spatial carrier position modulation and the second is a bidirectional transceiver using spatial pulse position modulation for the downlink and load shift keying for the uplink. The first system achieved a data rate of 20 Mb/s experimentally using discrete components, four plate geometry and sheep head skin. COMSOL modeling has been implanted to understand the behavior of the electric field in this type of tissue. The challenges of the first system were sorted by the design of the second transceiver which solved the different ground on the transmitter and the receiver, the big plate size required to achieve a valid insulation capacitance and most importantly the autonomy of the receiver detection threshold by adding a fifth common plate. A detailed analysis of the parameters that affect the signal to noise ratio for the downlink is made along with an electrical model that fits the human cheek skin. The capacity is computed using the parametric variables of the system. Load shift keying system analysis is done while highlighting the tradeoffs required for implementing on the uplink along with the downlink. A data rate of 10 Mb/s is achieved on the uplink and a 20 Mb/s on the downlink. A new modulation is implemented that uses the complement of the SPPM and allows a 50% increase in the bit-rate by adding a bit to the two transmitted bits per pulse for a total of three.


identifier: Jaurou, T. (2016). Méthodologie de génération de trajets multimodaux dans un contexte de covoiturage  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de recherche consiste à créer une méthode de génération de trajets multimodaux dans un contexte d'outil de covoiturage. À la suite d'une demande de déplacement d'un utilisateur pour se rendre d'une origine O à une destination D, le système génère un ensemble de trajets multimodaux (voiture, bus, train, métro) répondant à cette demande et se prêtant au covoiturage. Le segment routier est alors considéré comme réalisable en covoiturage. Les différents conducteurs ayant proposé leur trajet dans l'outil de covoiturage sont alors classés en fonction du détour que leur entraînerait le covoiturage et les meilleurs jumelages sont alors étudiés plus finement grâce à un calculateur de chemin pour finalement proposer à l'utilisateur les meilleures options de covoiturage. Ces options peuvent contenir des segments de transport en commun.  ABSTRACT: This research project aims to create a multimodal trips generation method in a carpooling tool context. In response to a user need to go from an origin O to a destination D, the system has to generate some multimodal trips (car, bus, trains, metro) to respond to this demand. Then, the car segment is considered to be completed by carpooling. All the drivers who have proposed their trips in the carpooling tool are ordered by the deviation which would be added if they would complete the carpooling, and the fastest among them are studied more precisely by a route planner to finally propose to the user the best carpooling options. These options can include public transportation segments.


identifier: Lakhmiri, D. (2016). Un environnement pour l'optimisation sans dérivées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation sans dérivées (DFO) est une branche particulière de l'optimisation qui étudie les problèmes pour lesquels les dérivées de l'objectif et/ou des contraintes ne sont pas disponibles. Généralement issues des simulations, les fonctions traitées peuvent être coûteuses à évaluer que ce soit en temps d'exécution ou en mémoire, bruitées, non dérivables ou simplement pas accessibles pour des raisons de confidentialité. La DFO spécifie des algorithmes qui se basent sur divers concepts dont certains ont été spécialement conçus pour traiter ce type de fonctions. On parle aussi parfois de boîtes grises ou noires pour souligner le peu d'information disponible sur la fonction objectif et/ou les contraintes. Il existe plusieurs solveurs et boîtes à outils qui permettent de traiter les problèmes de DFO. Le but de ce mémoire est de présenter un environnement entièrement développé en Python qui regroupe quelques outils et modules utiles dans un contexte de DFO, ainsi que quelques solveurs. Cet environnement a la particularité d'être écrit de façon modulaire. Cela permet une liberté à l'utilisateur en termes de manipulation, personnalisation et développement d'algorithmes de DFO. Dans ce mémoire, on présente la structure générale de la bibliothèque fournie, nommée DFO.py, ainsi que les détails des solveurs implémentés, en précisant les parties qui peuvent être modifiées et les différentes options disponibles. Une étude comparative est aussi présentée, le cas échéant, afin de mettre en évidence l'effet des choix des options utilisées sur l'efficacité de chaque solveur. Ces comparaisons sont visualisées à l'aide de profils de performance et de données que nous avons aussi implémentés dans un module indépendant nommé Profiles.py. Mots clés : Optimisation sans dérivées, optimisation de boîte noire, Python, profils de performance, profils de données.  ABSTRACT: Derivative free optimization (DFO) is a branch of optimization that aims to study problems for which the derivatives of the objective function and/or constraints are not available. These functions generally come from simulation problems, therefore calling a function to evaluate a certain point can be expensive in terms of execution time or memory. The functions can be noisy, non diffrentiable or simply not accessible. DFO algorithms use different concepts and tools to adjust to these special circumstances in order to provide the best solution possible. Sometimes, the terms grey box or black box optimisation can also be used to emphasize the lack of information given about the objective function. There is a rich literature of solvers and toolboxes specialized in DFO problems. Our goal is to provide a Python environment called DFO.py, that regroups certain tools and modules that can be used in a DFO framework. The modular implementation of this environment is meant to allow a certain freedom in terms of modifying and customizing solvers. In this document, we present the general structure of DFO.py as well as the implementation details of each solver provided. These solvers can be modified by changing certain options that are mentioned in their respective sections. We also provide a benchmark study to compare the results obtained with each version of the same solver. This benchmark is done using performance and data profiles, which are part of an independent module called Profiles.py also presented in this document. Key words: Derivative free optimization, black box optimization, performance profile, data profile, Python.


identifier: Ghali, H. (2016). Optical Microcavities for Real-Time Detection of Bacteria  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours de la dernière décennie, les microcavités à mode de galerie ont fait le sujet de plusieurs études où elles sont utilisées comme biosenseurs sans marquage. Leur capacité à confiner la lumière pendant un certain temps leur confère des facteurs de qualité élevés, donc une très bonne sensibilité face aux molécules qui s'attachent à leur surface. Ce projet de doctorat s'intéresse aux microdisques optiques pour la détection de bactéries, plus spécifiquement la bactérie Staphylococcus aureus (S. aureus). À notre connaissance, c'est la première fois que des bactéries sont détectées spécifiquement avec des microdisques optiques. Afin d'obtenir un biosenseur fiable et efficace, il est important qu'il présente une grande sélectivité face aux bactéries d'intérêt. Pour réaliser cette bonne sélectivité, la surface des microcavités doit être proprement fonctionnalisée. La fonctionnalisation consiste à choisir les anticorps qui sont spécifiques aux antigènes qui seront détectés. Dans ce cas, le choix des bactériophages spécifiques à la détection de la bactérie S. aureus a été fait après plusieurs séries d'expériences avec différents bactériophages. Puisque les étapes de préparation et de purification des bactériophages peuvent être longues et compliquées, l'isolation de protéines spécifiques des bactériophages s'est avérée plus appropriée. Le procédé de fonctionnalisation utilisé dans ce projet a été développé en collaboration avec le groupe de la professeure Jay L. Nadeau du département de génie biomédical à McGill. Des phages protéines LysK vont attacher les bactéries S. aureus lors des expriences de détection en temps réel. Plusieurs expériences ont été réalisées en utilisant la bactérie E. coli afin de démontrer la spécificité du procédé de fonctionnalisation utilisé. Comme prévu, la LysK était spécifique à la S. aureus et n'a pas attaché de bactéries E. coli. L'attachement des bactéries sur la surface du résonateur est observé grâce au déplacement des pics de résonance vers les plus longues longueurs d'onde, un mécanisme connu sous le nom de principe réactif de détection (reactive sensing principle). Ce déplacement permet d'en apprendre davantage sur le lien qui se forme entre les protéines et les bactéries. Pour une concentration de bactéries 5.109 cfu/ml, un déplacement de 0.22 nm a été observé. En diminuant cette concentration, le déplacement lui aussi décroît, car moins de bactéries s'attachent aux sites sensibles du microdisque. Une formulation théorique de ce principe, utilisant l'expression approximative du champ électrique dans un microdisque, a également été développée pour la première fois dans cette thèse afin de relier le déplacement de résonance avec le nombre de bactéries qui s'attachent à la surface ainsi que la cinétique de la liaison entre les bactéries et les protéines.  ABSTRACT: Researchers showed a lot of interest in studying whispering gallery microcavities as a tool for biosensing in the last decade. Optical microcavities are structures that confine light at the microscale due to total internal reflection of light at the interface between the cavity and its surrounding medium. If a molecule binds to the surface of the microcavity, light can interact with it several times, making optical microcavities very sensitive tools for label-free sensing. During this Ph.D. project, optical microdisks are used to detect the presence of Staphylococcus aureus (S. aureus) bacteria. To our knowledge, this is the first time optical microdisks are used to specifically detect bacteria. In order to have a reliable and efficient biosensor, it needs to be highly specific. Specificity is achieved by choosing an appropriate functionalization process. The functionalization process uses the antibody that is specific to the antigen of interest. In this case, the choice of a specific bacteriophage to bind S. aureus bacteria is crucial to obtain a specific sensor, and many experiences were done in order to identify the most appropriate. However, the purification of bacteriophages can be long and complex. An alternative to working with whole bacteriophages is the use of purified protein phages that can be easier to prepare. The functionalization process used in this thesis was developed in collaboration with professor Jay L. Nadeau's group from the biomedical engineering department at McGill university. LysK protein phage is added to the microdisk and will attach S. aureus bacteria during the real-time detection experiments. In order to demonstrate the specificity of the functionalization process, LysK was used with E. coli bacteria. As predicted, since LysK is only specific to S. aureus strains, it did not attach any E. coli. The binding of bacteria to the microdisk surface is observed through the reactive sensing mechanism. When bacteria bind to the surface of the resonator, it increases the optical path length and changes the refractive index, which leads to a shift of the resonance peaks towards longer wavelengths. This shift can give practical information about the kinetics of the binding between the bacteria and the protein. For a concentration of 5.109 cfu/ml, a shift of 0.22 nm was observed. When the concentration was decreased, the value of the shift also decreased, meaning less bacteria bind to the surface of the resonator. Using the approximate expression of the electric field inside a microdisk, a theoretical formulation of the wavelength shift was developed for the first time. It helped give an approximation of the number of bacteria that attach to the surface. For the 0.22 nm shift, around 46 bacteria bound to the sensitive area of the microdisk and contributed to the shift. It takes about 15 minutes to attach a maximum number of bacteria.


identifier: De Montigny, E. (2016). Instrumentation optique pour l'identification per-opératoire des tissus durant les chirurgies de la thyroïde  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse traite du développement d'instrumentation pour l'imagerie médicale optique. Ces travaux sont centrés sur une application particulière ; faciliter l'identification des tissus durant les chirurgies de la thyroïde et de la parathyroïde. La thyroïde est une glande située dans le cou, attachée au larynx à la hauteur de la pomme d'Adam. Elle est entourée de plusieurs structures importantes : muscles, nerfs et glandes parathyroïdes. Ces dernières contrôlent la calcémie et jouent donc un rôle essentiel dans le corps. Elles sont toutefois de petite taille et sont très difficiles à distinguer du gras et des ganglions environnants. L'objectif principal de cette thèse est de développer une instrumentation basée sur la microscopie optique pour permettre l'identification des tissus : thyroïde, parathyroïde, gras et ganglions, durant les chirurgies. Les choix sont donc faits en fonction de cette application et du contexte spécifique des mesures intra-opératoires sur des patients humains. Plusieurs modalités d'imagerie optique sont identifiées pour atteindre l'objectif : microscopie confocale en réflectance, tomographique par cohérence optique, et mesure de l'autofluorescence des glandes parathyroïdes. Dans le but d'améliorer leur compatibilité avec l'environnement clinique qui requiert stabilité dans le temps et résistance aux vibrations et aux conditions environnementales, ce projet se concentre sur les implémentations miniaturisables et basées sur des fibres optiques. Pour implémenter un système d'imagerie en fluorescence à balayage laser rapide, un système d'imagerie en fluorescence par encodage spectral est proposé. Bien que l'utilisation de l'encodage spectral semble a priori incompatible avec le contraste en fluorescence, une implémentation facile à réaliser est proposée. Une seconde version du montage, compatible avec la clinique et facilitant le développement d'un endoscope, est présentée. La preuve de principe de cette méthode est faite à 1300nm, une longueur d'onde qui n'est pas appropriée pour la fluorescence intrinsèque des parathyroïdes. Pour adresser cette lacune, une nouvelle source laser à balayage centrée à 780nm à haute puissance (100mW) est montrée. Ces développements sont compatibles avec l'implémentation de la microscopie confocale en réflectance identifiée pour l'identification des tissus durant les chirurgies de la thyroïde. Cela permet de développer un montage combinant le contraste en réflectance et en fluorescence dans le même instrument. La microscopie confocale en réflectance possède une très grande résolution permettant l'examen au niveau cellulaire des tissus. Cette technique souffre toutefois d'un faible rapport signal sur bruit et d'un bruit de tavelure important, réduisant l'interprétabilité des images.  ABSTRACT: This thesis aims to develop optical imaging instrumentation for mouth and throat tissue identification. This work is centered on a specific application, helping the surgeons to identify parathyroid glands during thyroid and parathyroid surgery. The thyroid gland is located in the neck, attached to the larynx near the Adam's apple cartilage. This gland is surrounded by some important structures, namely muscles, nerves and parathyroid glands. The latter play an important role in controlling the blood calcium level. These glands are very small and challenging to identify because they can macroscopically look like adipose tissue or lymph nodes. The main objective of this thesis is to develop dedicated instrumentation for intraoperative identification of neck tissue to help locate and preserve the parathyroid glands while removing the thyroid gland. A few optical imaging modalities have been proposed in literature to help regarding this difficulty. The ones we have retained are reflectance confocal microscopy (RCM), optical coherence tomography (OCT) and fluorescence imaging. In order to translate these optical imaging modalities to a clinical setting, implementations have been selected based on their potential for miniaturization and robustness to environmental conditions. These implementations are based on the use of optical fibers and fibered components. To implement a rapid method for laser scanning fluorescence imaging, a novel spectrally encoded fluorescence imaging scheme is developed. Albeit fluorescence seems incompatible with spectral encoding, the implementation suggested here is simple and yields high pixel density images at high line rates. The proof-of-principle is based on a 1300nm wavelengthswept source by imaging fluorescent quantum dots. For this system to be useful in a thyroid surgery application setting, a novel 780nm-centered high power wavelength-swept laser is developed. This source can be used to excite the intrinsic fluorescence of the parathyroid glands. This allows for the combination of a reflectance and fluorescence imaging in the same setup. Reflectance confocal microscopy is another candidate technique for intra-operative tissue identification, because it allows for high resolution cellular imaging on thick samples. However, this modality generally suffers from high speckle noise and poor signal-to-noise ratio as imaging depth increases. The use of double-clad fibers has been proposed in the literature to alleviate these issues, but signal separation is still complicated. A double-clad fiber can be used for coherent illumination of the sample through the single-mode core and high efficiency collection through the carefully designed inner cladding.


identifier: Quenneville, F. (2016). Utilisation des gels ioniques pour l'étude de nanostructures semi-conductrices  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail consiste à utiliser des gels ioniques pour application en tant que diélectrique dans des transistors à base de couches minces d'oxyde de tungstène synthétisés par méthode sol-gel. Les gels ioniques sont constitués d'un copolymère et d'un liquide ionique (sel fondu ayant une température de fusion en dessous de 100°C). Les gels ioniques ont été considérés dans plusieurs études, disponibles en littérature, en tant que milieu diélectrique pour des transistors à base de semiconducteurs organiques. Les gels ioniques communément utilisés pour ces études sont faits à base de deux différents copolymères, c'est-à-dire le (poly(styrène-b-méthyl métacrylate-b-styrène) (SMS) et le poly(styrène-b-oxyde d'éthylène-b-styrène) (SOS). L'objectif de cette recherche est d'élargir les connaissances concernant les transistors à base de semiconducteurs inorganiques utilisant les gels ioniques en tant que diélectrique. Plus précisément, des mesures électriques ont permis de définir les performances des transistors; des mesures optiques ont permis de connaitre les propriétés d'absorption optique des couches minces; des mesures par microscopie à force atomique (AFM) ont permis de connaître les propriétés morphologiques. Les mesures AFM ont démontré la faible rugosité des couches minces à nature mésoporeuse. Les mesures optiques et morphologiques ont mis à nus le compromis à atteindre entre la minimisation de la diffusion optique et la maximisation de l'aire de la surface du semiconducteur interfacé au gel ionique pour des applications des couches minces dans des dispositifs électrochromiques. C'est-à-dire des transistors qui changent de couleur lors de la modulation du courant. Après avoir vérifié la reproductibilité des dispositifs en caractérisant deux dispositifs identiques, deux transistors avec épaisseurs du gel différents ont été produits. La capacitance du gel n'est pas affectée par son épaisseur contrairement à la résistance. On s'attend donc que la différence d'épaisseur engendre une différente constante de temps de réponse des transistors. D'un point de vue électrochimique, la voltammétrie cyclique a été utilisée pour connaitre le comportement redox des couches minces exposées à l'ion gel. La spectroscopie d'impédance électrochimique était la technique de choix pour connaitre la capacitance des couches minces interfacés aux gels ioniques. Les mesures électriques effectuées concernent les caractéristiques de type output et transfer. Les caractéristiques output ont permis de reconnaitre le bon fonctionnement des transistors.  ABSTRACT: This work aims at using ionic gels for application as dielectric layer in tungsten oxide based transistors synthesized by sol-gel method. Ionic gels consist of a copolymer and an ionic liquid (molten salt having a melting temperature below 100 ° C). Ionic gels have been considered in several studies, which are available in literature, as a dielectric medium for transistors based on organic semiconductors. Ionic gels commonly used for these studies are made on basis of two different copolymers, that is to say the poly(styrene-b-methyl methacrylate-b-styrene) (SMS) and poly(styrene-b-ethylene oxide-b-styrene) (SOS). The objective of this research is to expand knowledge about inorganic semiconductor based transistors using ionic gels as dielectric. Specifically, electrical measurements were used to define the performance of transistors; optical measurements made it possible to see the optical absorption properties of thin films; measures by atomic force microscopy (AFM) allowed to know the morphological properties. AFM measurements showed low roughness of mesoporous tungsten oxide thin films. Optical and morphological measurements demonstrate the compromise between minimizing the optical scattering and maximizing the surface area of the semiconductor interfaced by an ion gel for applications of thin films in electrochromic transistors. That is to say transistors which change color during the current modulation. After verification of the devices reproducibility by characterizing two identical transistors, two devices with different gel thicknesses were produced. The capacitance of the gel is not affected by its thickness unlike the resistance. It is therefore expected that the difference in thickness causes a different transistor constant response time. From an electrochemical standpoint, cyclic voltammetry was used to get the thin films redox behavior exposed to the ion gel. Electrochemical impedance spectroscopy was the technique of choice for knowing the capacitance of the thin layers interfaced to ionic gels. The electrical measurements performed concern output type characteristics and transfer. The output characteristics have allowed recognizing the proper transistors operation. The transfer characteristics were used to determine the threshold voltage and the subthreshold swing as well as the charge carrier density (by means of the displacement current).


identifier: Mondin, C. (2016). A Multidisciplinary Perspective About Decision Making Under Uncertain and Risky Situations: an Application to Entrepreneurship  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet est une étude exploratoire sur les comportements face au risque et la prise de décision dans des contextes d'incertitude. Nous souhaitons étudier plus particulièrement l'orientation entrepreneuriale d'étudiants provenant de différentes institutions académiques (principalement montréalaises) et utiliser différents outils de mesures existant dans la littérature et qui intègrent les multiples facettes de l'attitude face au risque. Pour comprendre l'origine de l'attitude face au risque et ses variations, nous avons fait une revue de la littérature des différentes disciplines étudiant ce type de comportement (psychologie, neurologie, économie et finance) illustrée par des exemples relatifs à l'entrepreneuriat et la finance comportementale. Nous avons ensuite identifié plusieurs outils de mesure des comportements face au risque. L'étude consiste à soumettre à une population d'étudiants et de jeunes diplômés un formulaire en ligne. Le formulaire est composé de questions avec des réponses à cocher sur une échelle de Likert et de questions à choix multiples de prise de décision dans un contexte de jeux d'économie expérimentale. L'originalité de ce projet est d'avoir consolidé plusieurs questionnaires existant dans la littérature et de les avoir intégrés dans un même formulaire pour pouvoir comparer les réponses, et donc la teneur des différents outils de mesure. Nous mettons l'accent sur l'orientation entrepreneuriale des participants (que nous mesurons en utilisant un questionnaire établit dans la littérature), et nous cherchons à l'expliquer par le biais d'autres notions capturées par d'autres outils : le niveau d'optimisme, la recherche de nouveauté, la finance comportementale, etc. Nous souhaitons analyser et comparer les différents outils dans le but de mettre en lumière ce qui pourrait expliquer la propension (ou non) à l'entrepreneuriat chez les étudiants. C'est un sujet très important pour le Québec et pour les universités puisque l'entrepreneuriat joue plusieurs rôles [1], depuis l'incubation des innovations technologiques jusqu'aux développements économiques (performance et compétitivité, renouvellement de la structure industrielle) [3] et sociaux (création d'emploi, prospérité) [278]. Mieux comprendre permet de mieux mobiliser les efforts et diriger les solutions pour encourager et faciliter l'orientation entrepreneuriale. L'étude menée auprès d'une population d'étudiants provenant de différentes institutions académiques (principalement montréalaises) (56 étudiants) suggère la présence de préférences au risque variant suivant les contextes (carrière, finance, santé). Les mesures de risque (ERG, risk-taking (EO), et FRT) sont corrélées à certains traits de caractères et ressources psychologiques mesurés par des outils expérimentaux provenant de différentes disciplines (psychologie, neurologie). Ces liens soulignent les accélérateurs et freins communs à l'attitude entrepreneuriale et l'attitude face au risque : recherche de variété, dynamisme, réserve-inhibition, pessimisme, et impulsivité. Les données récoltées au moyen du formulaire en ligne ne révèlent pas de différence remarquable dans l'attitude face au risque dépendamment du genre; en revanche les participants masculins se distinguent par un intérêt pour l'entrepreneuriat plus marqué, et ce sont aussi les sujets masculins qui auront tendance a déjà avoir une idée ou un projet qu'ils souhaitent développer dans un futur proche.  ABSTRACT: This project is an exploratory study on behaviour copying with risk and decision-making in uncertainty contexts. It notably tackles the question of entrepreneurship and entrepreneurial decision among students from different academic institutions (mainly from Montreal), and makes use of several different measurement tools stemming from a wide range of literature and describing the multiple aspects of behaviour when facing risk. To understand the origin of behaviour facing risk and its variations, we investigated the literature in different disciplines studying this type of behaviour (psychology, neurology, economics and finance) and illustrated with examples relatives to entrepreneurship and behavioural finance. Then we elicited several tools measuring the extent and specificities of behaviours. The study consists in subjecting a population of students and recent graduates an online survey of our design. The survey is mostly composed of easy questions and statements that have to be rated by the respondents using a Likert scale, as well as multiple-choice questionnaire following the concept of investment games (experimental economics). The originality of this project is that it amalgamates several questionnaires from an expanse literature, and by doing so mixes several conceptions, ideas, and points of view on risk behaviour. Assembling the different questionnaires into one survey allows comparing the answers and highlights the differences and similarities of the disciplines, giving a better complete picture. We emphasise entrepreneurial orientation of the respondents (that we measure using a tool from the literature) and attempt to explain and intertwine it by way of the other notions and attitudes elicited with the other tools, namely: optimism level, novelty-seeking, risk aversion measured in behavioural finance, etc. We aim at analysing and comparing the different proxies in order to highlight what could explain inclination or predisposition towards entrepreneurship. Understanding the links between the numerous expressions of risky behaviour, as well as what could be the driving reasons behind entrepreneurial orientation is an essential subject for Québec and its universities. Indeed entrepreneurship has many important roles [1], from the incubation of technological innovation to economic developments (performance, competitively, renewal of the industrial environment) [3], as well as social developments (job creation, prosperity) [278]. A better understanding allows directing the efforts and solutions to support and facilitate the entrepreneurial orientation. The study conducted within within a population of students from different academic institutions (mainly from Montreal) (56 students) suggests the presence of risk-preferences varying depending on the context (career, finance, health). The measures of risk (ERF, risk-taking (EO), and FRT) are correlated to particular personality traits and psychological resources measures via experimental tools stemming from several domains of science (psychology, neurology). Such links highlight the common catalysts and impediments to entrepreneurial attitude and risk-attitude: variety-seeking, pro-activeness, harm-avoidance, neuroticism, impulsiveness. The data elicited through the online survey do not indicate noteworthy differences of risk-preferences depending on gender; however male respondents stand out by expressing a higher interest for entrepreneurship, and they are also the one incline to already have an idea or a project in its inception in the short term.


identifier: St-Aubin, P. (2016). Driver Behaviour and Road Safety Analysis Using Computer Vision and Applications in Roundabout Safety  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'un des principaux défis provenant de l'analyse traditionnelle de la sécurité routière basée sur les données historiques d'accidents est le besoin d'observer de véritables collisions entre les usagers de la route. Non seulement indésirables, ces collisions sont difficiles à observer. À cet effet, les méthodes d'analyse substitutive de la sécurité routière gagnent du terrain dans le milieu de la recherche en tant qu'alternative proactive à l'observation de ces accidents de la route : cette approche promet de modéliser indirectement les collisions par l'intermédiaire de précurseurs de collisions pouvant être retrouvés dans des données de circulation ordinaire : situations de trajectoire de collision, quasi-accidents, conflits de circulation, etc. En sus, l'analyse substitutive de la sécurité donne également les chercheurs un aperçu des mécanismes de collision, ce qui permettrait de mieux comprendre les facteurs favorisant les accidents. Cependant, un grand nombre de définition de ces situations précurseures de collision, ainsi que des problèmes de cohérence et de subjectivité des méthodes de collecte de données ont entravé l'adoption des méthodes d'analyse substitutive de la sécurité routière.  ABSTRACT: One of the main challenges of traditional road safety analysis based on historical accident records is its dependence on the occurrence and subsequent observation of real traffic collisions. Traffic collisions are not only undesirable, they are difficult to observe. Surrogate safety analysis is gaining traction in the research community as a proactive alternative to observing historical accident records. With this approach, collisions are instead predicted indirectly via precursors to collisions found in everyday traffic scenarios: collision-courses, near-misses, traffic conflicts, etc. Furthermore, the scope of surrogate safety analysis provides insight into collision mechanisms, allowing for better investigative procedures. However, the wide range of collision precursor definitions, and issues with inconsistent or sometimes subjective data collection methods have hampered surrogate safety analysis adoption.


identifier: Binette, J.-C. (2016). Robustesse de la commande prédictive non-linéaire par rapport aux erreurs paramétriques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La commande de procédé comporte diverse méthodes. Pour des problèmes complexes, certaines procédant par optimisation peuvent être appropriées, notamment la commande prédictive non-linéaire (NMPC pour nonlinear model predictive control). Ces méthodes de commande doivent performer, même en présence d'incertitudes paramétriques. Des méthodologies existent pour corriger les erreurs paramétriques (adaptation) ou réduire leur impact sur l'efficacité de la commande (méthodes robustes). Cependant, ces solutions ne sont pas toujours applicables, exigent des calculs supplémentaires et, surtout, sont plus conservatrices. Ce projet visait donc à déterminer dans quelles situations la méthode de base comporte une robustesse intrinsèque. En effet, des articles publiés au cours des dernières années ont mis en évidence certains problèmes avec la NMPC appliquée à des procédés batch. Dans certaines simulations, l'optimisation hors ligne performait mieux que la NMPC, qui utilise pourtant des informations supplémentaires. Ce travail continue dans cette voie et plusieurs systèmes ont été simulés avec différentes combinaisons de coûts (économique ou de trajectoire), de contraintes (aucune, de trajectoire ou terminale) et de variations paramétriques. Pour ces simulations, les coûts de trajectoire quadratiques apportaient une robustesse accrue, la NMPC performant mieux avec ceux-ci que les optimisations hors ligne.  L'étape suivante fut d'analyser la NMPC d'un point de vue mathématique pour vérifier si ces résultats s'expliquaient. La première étape a démontré que, en présence d'erreurs paramétriques, avec ou sans bruit de procédé, la NMPC peut performer mieux ou moins bien que l'optimisation hors ligne, les deux situations étant permises par la méthode. La seconde étape de l'analyse a mené au résultat le plus important. En effet, une démonstration a indiqué que pour un coût de trajectoire quadratique, en présence d'erreurs paramétriques suffisamment petites, mais sans bruit de procédé, la NMPC donne de meilleurs résultats que l'optimisation hors ligne si les contraintes actives ne changent pas avec les variations paramétriques. La dernière partie de ce travail fut de vérifier l'hypothèse de l'invariance des contraintes actives. Des optimisations ont été faites, comparant trois solutions optimales localement, composées de séquences d'arcs, avec différentes valeurs de paramètres et de contraintes. Cette analyse de la sensibilité a montré que, dans ce cas, la forme de la meilleure solution ne changeait pas avec les changements de paramètres, i.e. les contraintes actives restaient invariantes.  ABSTRACT: Process control has access to various strategies. When faced with complex problems, some of those using optimization, such as NMPC (nonlinear model predictive control), can be appropriate. Those methods must perform well, even with parametric errors. Strategies exists either to correct parametric errors (adaptation) or to reduce their impact on the controller's performance (robust strategies). However, these solutions are not always possible to implement, they require additional computational time and, most of all, are conservative. This project's main objective was therefore to find out whether there are cases where the base method has a natural robustness.  Papers published in the last few years showed some issues for the NMPC applied to a batch processes: offline optimization outperformed NMPC, which uses additional information. This work continues on this topic and various simulations were done for different combinations of cost (tracking or economic), constraints (none, trajectory or terminal) and parametric variations. The results obtained tended to show better robustness with trajectory costs, as NMPC always performed better in those case than the offline optimization. The next step was to analyse the NMPC from a mathematical point of view, in order to see if such results could be explained. The first part of the analysis showed that, with parametric errors and with or without process noise, NMPC can give better results than offline optimization as much as worse results. The second part gave the most important result: it proves that, for small enough parametric variations, with no process noise, NMPC used with a quadratic tracking cost will always give a better performance than the offline optimization if the active constraints are invariant with respect to parametric changes. The last part of this work consisted in verifying the invariant constraints assumption. Optimizations were made on another system, comparing locally optimal solutions composed of sequences of arcs, with varied parameters and constraints. This sensitivity analysis showed that, for that case, the general shape of the best solution didn't change with parametric changes, i.e. the active constraints were invariant.


identifier: Lévesque Michaud, M. (2016). Développement d'une méthode de prédiction cinétique du drainage neutre contaminé avec agent complexant: application au projet minier blackrock  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La prédiction du drainage minier est une étape primordiale lors de la conception des infrastructures de surface sur un site minier. La plupart des tests de prédiction utilisés par l'industrie ne sont pas adaptés pour la détection de drainage neutre contaminé (DNC), car ce type de contamination est souvent associé à un effet de délai ne pouvant pas être contrôlé par les essais cinétiques conventionnels, ou qui nécessitent alors des essais sur une très longue période de temps. Des nouvelles méthodes de prédiction nécessitent donc d'être développées afin de répondre à cette problématique, ainsi qu'aux besoins de l'industrie dont les résultats des tests doivent être obtenus relativement rapidement. Ce projet de echerche porte sur une méthode présentement en développement qui consiste à ajouter un agent complexant dans l'eau de rinçage des essais cinétiques. Les puissantes propriétés de chélation des agents complexants forcent les métaux à créer des complexes stables et solubles, et empêchent la sorption de ceux-ci par les autres minéraux. Les métaux générés par les rejets miniers peuvent ainsi être détectés dans les analyses de qualités d'eau des lixiviats. Les résultats obtenus permettent d'établir un portrait sur le potentiel de génération de métaux advenant qu'il n'y ait aucune sorption, ou que celle-ci soit saturée. Les objectifs de ce projet de recherche consistent donc à effectuer des essais cinétiques en ajoutant un agent complexant dans la solution utilisée pour les rinçages, et à déterminer un agent complexant optimal à une concentration appropriée pour ce type d'essai. Plus spécifiquement, des objectifs ont été fixés quant à la sélection des échantillons et la méthode d'échantillonnage, la caractérisation des échantillons, l'évaluation du comportement géochimique lors d'essais cinétiques contrôles ou modifiés par l'ajout d'un agent complexant, et l'évaluation de l'effet d'échelle entre des essais de laboratoire et des essais in situ. Le projet s'est déroulé en collaboration avec la compagnie Métaux BlackRock (MBR). Les échantillons ont été prélevés sur le site du projet BlackRock situé à Chibougamau. Il s'agit d'un gisement de fer, vanadium et titane dont la compagnie prévoit l'extraction par le minage de deux fosses à ciel ouvert. En tout, 6 échantillons ont été sélectionnés : 4 échantillons composites de roches stériles prélevées dans les carottes de forage, 1 échantillon de minerai de basse teneur prélevé dans un échantillon en vrac, et 1 échantillon de résidus miniers provenant des essais métallurgiques à l'échelle d'usine-pilote  ABSTRACT: Prediction of mine drainage is an important step for the design of surface infrastructure at a mine site. Most tests used by the industry are not suitable for the prediction of contaminated neutral drainage (CND), because this type of contamination can be related to a delay effect that cannot be controlled by conventional kinetic tests, or that require testing over a long period of time. Therefore new prediction methods need to be developed to address this issue and to meet the requests of the industry where the test results must be obtained relatively quickly. This research project involves a method under development which consists in adding a chelating agent in the rinse water of kinetic tests. Chelating agents have very strong chelating properties and form soluble and stable complexes with metals. By this complexation, chelating agents prevent the sorption of metals at the surface of other minerals. Thus, the metals released from mine wastes can be detected in the water quality analysis of leachates. A global interpretation about metal leaching can be obtained by these results where there is no sorption, or in the case of sorption saturation. The aim of the research project consists in achieving kinetic test with different chelating agent of appropriate concentration in the rinse solution. More specifically, the objectives were set for the selection the samples and the sampling method, the sample characterization, the assessment of geochemical behavior during control and modified kinetic tests, and the evaluation of scale effect between laboratory tests and in situ tests. The project was conducted in collaboration with the company BlackRock Metals (BRM). The samples were taken from the BlackRock project site located in Chibougamau. It is an iron, vanadium and titanium deposit that the company plans to extract the ore by the mining of two open pits. A total of 6 samples were selected: 4 composite samples of waste rocks taken from drill core, 1 low-grade ore sample taken from a bulk sample, and 1 sample of tailings from metallurgical tests done at the pilot-plant scale.


identifier: Gillett, P. L. (2016). Semidefinite programming approaches and software tools for quadratic programs with linear complementarity constraints  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le domaine de la théorie des jeux, il est intéressant de créer un équilibre dynamique entre les agents afin qu'ils s'influencent de façon asymétrique. Le meneur affecte les règles du jeu, mais les choix subséquents du suiveur affectent la valeur de l'objectif du meneur. La dynamique meneur-suiveur est un outil puissant permettant de décrire un grand nombre de scénarios de jeux dans un contexte réel. Toutefois, les problèmes d'équilibre demeurent difficiles en pratique sauf pour quelques types de problèmes largement étudiés en théorie tel le problème linéaire bi-niveau. Cette thèse tente de déterminer si les relaxations sous la forme de problèmes semi-définis, problèmes quadratiques avec contraintes de complémentarité linéaires sont efficaces. Cette classe de problème est équivalente aux problèmes d'équilibre. Une fonction objectif quadratique est particulièrement intéressante car la littérature dans ce domaine n'est pas complète et les relaxations semi-définies sont souvent efficaces pour les problèmes avec des fonctions objectif et/ou des contraintes quadratiques non-convexes. Nous présentons une relaxation de base qui n'est pas coûteuse en temps de calcul puis nous discutons d'un grand nombre de contraintes qui permettent de resserrer la relaxation de façon significative. L'évaluation de l'efficacité de la relaxation, lorsque toutes ces contraintes sont utilisées, montre que cela mène à des difficultés d'implémentation numériques pour le solveur de points intérieurs qui résout le problème semi-défini. Nous discutons des raisons expliquant cela puis nous utilisons une autre approche afin d'éliminer cette difficulté. Cet algorithme démarre avec la relaxation de base renforcée avec une seule contrainte d'égalité agrégée puis ajoute de façon itérative des coupes resserrant la relaxation. Éventuellement, la relaxation est renforcée à son maximum alors que seule une fraction des coupes a été ajoutée. Les résultats numériques montrent que cette approche ne permet pas d'améliorer les bornes du problème semi-défini lorsque des coupes sont ajoutées. Ce n'est pas une faiblesse de la méthode mais cela démontre que le modèle de base est déjà une relaxation forte. Ainsi, l'aggrégation des contraintes en une seule contrainte d'égalité est très efficace pour renforcer la relaxation et ajoute peu de difficulté à son implémentation en pratique. Des recommandations sont émises concernant le choix des paramètres pour la méthode d'ajout de coupes de façon itérative. Les relaxations semi-définies sont surtout utilisées pour borner les problèmes quadratiques difficiles. Les relaxations SDP des problèmes QPLCC peuvent être utilisées de cette façon, pour borner les noeuds des arbres branch and bound, mais nous sommes intéressés à utiliser toute l'information contenue dans la matrice de solution X∗ du problème SDP. Lorsque cette matrice est de rang 1, elle peut être utilisée pour retrouver la solution globale dans l'espace d'état du problème original non-relaxé. Nous définissons un point candidat comme étant un point estimant la solution globale d'un problème et nous présentons 4 façons de retrouver une solution dans l'espace d'état original pour une matrice X∗ de rang arbitraire, X∗ étant la solution de la relaxation SDP. Ce point candidat n'est pas spécifique aux problèmes QPLCC et pourrait être appliqué à d'autres problèmes. Des résultats numériques sont effectués afin de montrer que les points candidats sont des estimateurs de la solution globale. Nous présentons aussi des procédures afin d'utiliser les capacités de "warmstart" des solveurs en utilisant ce point candidat et démontrons leur impact. En plus de contribuer à l'avancement des connaissances des problèmes QPLCC, nous avons aussi contribué à la communauté de recherche des logiciels traitant ces problèmes. Nous avons choisi Python comme langage de programmation puisque plusieurs librairies sont disponibles pour l'optimisation convexe, mais aussi pour sa capacité à interagir avec des solveurs externes codés dans d'autres langages de programmation. Nous avons créé des outils pour les problèmes QPLCC, par exemple en les formulant en langage AMPL et GAMS, nous avons résolu les QPLCC et/ou les problèmes SDP en utilisant des solveurs Pytyon, des solveurs installés localement ou la librairie NEOS. Tous les résultats numériques présentés dans cette thèse ont été effectués avec les librairies présentées dans cette thèse. Nous espérons que d'autres chercheurs dans le domaine QLPCC utiliserons nos librairies pour construire leurs propres méthodes de résolution et pour simplifier les comparaisons avec d'autres solveurs.  ABSTRACT: The leader follower dynamic seen in bilevel programming and equilibrium problems has the potential to unlock new doors in economic modeling and enable the realistic modeling of many problems of keen interest. The leader's choices affect the rules of the game which is played by the follower, but the follower's subsequent choices also impact the objective value achieved by the leader. Conceptually, the leader-follower dynamic is a valuable tool for describing any number of competitive real-world scenarios. However, to date equilibrium problems remain difficult in practice except for a handful of well studied problem classes such as the linear linear bilevel program. This thesis is concerned with how effective semidefinite programming (SDP) relaxations can be constructed for quadratic programs with linear complementarity constraints (QPLCCs), a problem class which can equivalently model a class of equilibrium problems. The case of a general quadratic objective function is of particular interest since the literature in this area has not yet reached full maturity, and since semidefinite programming relaxations have often been effective for problems with nonconvex quadratic objective functions and constraints. We present a base relaxation which is relatively computationally inexpensive, and then we present and discuss a number of tightening constraints which can have a dramatic tightening effect. How- ever, in evaluating the effectiveness of the relaxation when all such constraints are used, we observe that blindly imposing all tightening constraints of the proposed types often leads to numerical difficulties for the interior point solver solving the semidefinite program. We discuss a possible reason for this, and finally we counteract it by developing an algorithm which begins with a middle ground model (the base relaxation strengthened with a single aggregated equality constraint) and iteratively adds tightening constraints to eventually obtain the tightness of the full relaxation while using a small fraction of the constraint pool in practice. In testing the iterative method with the middle ground model, we find that the SDP bound often doesn't improve over the course of the iterative method. This is not a flaw of the cut finding procedure, but instead demonstrates that the middle ground model is already as tight as the fully constrained model for these problems, establishing the aggregated equality constraint as an extremely effective strengthening measure which adds very little additional computational difficulty to the problem. Recommendations are made regarding parameter choice for the iterative method. Semidefinite relaxations are most commonly used to bound difficult quadratic problems. SDP relaxations of QPLCCs can certainly be used this way, to bound nodes of a branch and bound tree, but we are also interested in using the information contained in the SDP solution matrix X∗ to full advantage. SDP relaxations are commonly designed so that an SDP solution X∗ which is rank one can be mapped back to the space of the unrelaxed problem to give a global solution. We define the notion of a candidate point as a point which is intended to estimate a problem's global solution, and we present four ways a candidate point for an SDP relaxation solution X∗ of arbitrary rank can be mapped back to the space of the original problem. The candidate point concept and definitions are not specific to the QPLCC and could be applied to other problems. We perform computational tests to support discussion of the different candidate points' suitability as an estimate of the problem's global solution. We also present procedures for assisting local or global solvers by warmstarting with the candidate point, and demonstrate the impact in both cases. In addition to contributing to the state of knowledge for QPLCCs, it has also been our goal to contribute software to the research community working on these problems. We have chosen Python as our development language based on the existence of a number of good packages for numerical work generally and convex optimization specifically, and also based on its abilities to act as glue between other services such as external solvers in other languages. We have made tools for modeling QPLCCs, exporting them for other languages (AMPL, GAMS), formulating SDP relaxations, and solving QPLCCs and/or SDP problems using native Python solvers, locally installed languages/solvers, or the NEOS public server. All the computational work presented in this thesis has been executed using the packages presented in this paper. It is our hope that other researchers in the field of QPLCCs will use our packages to build their own solution methods and to simplify the process of testing against various solvers.


identifier: Boppe, I. (2016). Contrôle des légionelles dans les réseaux d'eau chaude par une approche de gestion de l'hydraulique et des températures  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet a pour vocation d'identifier au sein des réseaux d'eau chaude des grands bâtiments les zones ayant un potentiel d'amplification élevé pour Legionella, de quantifier l'impact d'équipements défectueux tels que les robinets, les systèmes de douche et les pompes de recirculation sur le système hydraulique, de proposer par la suite aux hôpitaux des méthodes durables de traitement et de contrôle de la qualité microbiologique et finalement de suivre les évolutions de positivité en Legionella pneumophila dans le réseau d'eau chaude suite à la mise en place des méthodes proposées.  ABSTRACT: The goal of this project is to identify Legionella high amplification zones within hot water distribution systems of large buildings, to quantify the impact of faulty devices such as faucets, shower systems and recirculation pumps on the hydraulic system, to suggest sustainable methods of treatment and control of the microbiological quality to the hospital staff and finally to monitor the evolution of Legionella pneumophila positivity within the hot water distribution system following the implementation of the suggested methods.


identifier: Perez Linares, D. (2016). Modeling and Simulation of an Aircraft Environmental Control System  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: ans ce mémoire, on traite de la modélisation du Système de contrôle de l'environnement (SCE) des avions CS300 de Bombardier en se basant sur des données de vol et des modèles analytiques. Plus précisément, les données de vol et l'analyse dimensionnelle sont utilisées pour créer des modèles des composantes du SCE. La principale fonctionnalité du SCE est de fournir les conditions optimales dans les cabines afin d'assurer le confort des passagers. Ainsi, ce système assure une pressurisation convenable, régule la température et fournit une ventilation adéquate en fonction du nombre de passagers en traitant l'air provenant des moteurs à réaction. Les composantes principales du SCE comprennent quatre échangeurs de chaleur à plaques et ailettes, un ventilateur, un compresseur, une turbine, des vannes de régulation, des sources et des puits de chaleur, et les conduites faisant circuler l'air. Pour chaque composante mécanique, les paramètres de performance ont été adimentionnalisés et cartographiés. Lorsque des surfaces tridimensionnelles étaient requises, les paramètres de performances issus des données de vol ont été complémentés avec des hypothèse de lissage de surface.  En procédant de cette façon, un problème de régularisation a pu être résolu. L'architecture du SCE a été créée et résolu à l'aide du logiciel Flowmaster® (FM). En effet, le logiciel permet d'intégrer des scripts personnalisés au modèle ce qui le rend très flexible. Les résultats de simulation du modèle ont été comparés aux données de vol et les deux convergent vers des valeurs similaires. Seuls les résultats de simulation des cas avec beaucoup d'humidité (HD et XHD) n'ont pas convergé vers les températures attendues parce que le calcul de transfert thermique dans Flowmaster néglige la chaleur latente de l'eau. Néanmoins, un algorithme Matlab est suggéré dans ce mémoire afin d'améliorer celle du logiciel. Pour tous les autres cas de vol (XCD, CD et ISA), le modèle est capable de prédire les conditions dans les cabines selon l'altitude, la température extérieure, et la vitesse de l'avion.  ABSTRACT: n this memoir we address the task of modeling Bombardier's CSeries 300 aircraft environmental control system (ECS) based on flight data. That is, flight data and dimensional analysis is used to model the system main components. The function of the ECS is to supply optimal cabin conditions to the passengers' cabin (ventilation, pressurization, temperature control and best possible humidity) using bleed air coming from the engines. The system components comprise four heat exchangers, a fan, a compressor, a turbine, control valves, cabin heat sources and sinks and the interconnecting piping. For each component analogous to a mechanical machine, the performance parameters were adimensionalized and their respective performance maps were built. When tridimensional reliable maps were required, flight data was augmented with smoothing assumptions. By doing so, a regularized optimization problem could be solved. The ECS network was built and solved with Flowmaster® software (FM). In fact, the software allows for customized scripts and performance maps to be easily imported to the model. The simulation of the final model was compared with flight data and converged to very similar results. Only simulations with very high humidity (HD and XHD cases) failed to converge to the expected temperature because Flowmaster's heat exchanger calculation neglected water latent heat. Nevertheless, code is suggested in this work to improve the software calculation method. For all the other cases (XCD, CD and ISA), the model is able to predict cabin conditions at any permitted altitude and aircraft speed. Moreover, the model and can be used as a design tool or analysis tool within Bombardier's support team.