identifier: Karimi, E. (2018). Integrative Predictive Support Systems for Hospital's Resource Planning and Scheduling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le système de santé du Canada a du mal à gérer le nombre croissant de patients ayant plusieurs maladies chroniques nécessitant l'accès à des soins de longue durée, et cela, principalement en raison de vieillissement de la population. Cela entraîne notamment de longs délais d'attente pour les patients et une augmentation des frais des soins de santé. Comme les hôpitaux représentent la plus grande part du budget de la santé, ils doivent améliorer leur efficacité opérationnelle en utilisant plus efficacement leurs ressources. En particulier, les hôpitaux qui fournissent aux patients des soins directs et un accès à des ressources coûteuses telles que les chirurgiens, les salles d'opération, les unités de soins intensifs et les salles d'opération, ont de la pression pour gérer leurs ressources efficacement. Les chercheurs en recherche opérationnelle ont largement abordé les problèmes liés à la planification et l'ordonnancement des ressources dans les hôpitaux pendant de nombreuses années. Les modèles analytiques conventionnels visent ainsi à améliorer l'efficacité de la prise de décision de planification des ressources hospitalières à des fins stratégiques (à long terme), tactiques (à moyen terme) et opérationnelles (à court terme). Cependant, ces modèles ont du mal à adresser efficacement la complexité, la variabilité, et l'incertitude inhérentes aux opérations hospitalières, car ils utilisent souvent des distributions statistiques simplistes pour émuler ces opérations. Par conséquent, ils sont sous-optimaux dans des contextes réels d'utilisation. Avec l'accroissement continu des quantités massives de données collectées dans les hôpitaux et les systèmes de santé, ainsi que les progrès dans le domaine de la modélisation prédictive, la communauté de la recherche opérationnelle a maintenant l'occasion de mieux analyser, comprendre et reproduire la complexité, la variabilité et l'incertitude des opérations hospitalières. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse est de développer des cadres prédictifs intégrés, capables d'analyser et d'extraire des informations à partir de masses de données afin de mieux éclairer la planification et l'ordonnancement des ressources hospitalières aux niveaux stratégique, tactique, et opérationnel. Au meilleur des connaissances de l'auteur, cette thèse est une des premières à proposer des cadres pour la conception de systèmes prédictifs dans les hôpitaux. Au niveau stratégique et tactique, le premier article (chapitre 4) développe un cadre hybride basé sur l'apprentissage machine et la simulation pour prédire la demande personnalisée des patients au niveau des ressources hospitalières. Le cadre reflète notamment la relation à long terme entre les hôpitaux et les patients ayant des maladies chroniques, couvrant ainsi un horizon à long terme et intégrant le fait que les patients ont besoin, non pas d'une, mais de plusieurs visites à l'hôpital et accès à divers types de ressources. Dans cette thèse, nous proposons une approche novatrice basée sur l'apprentissage profond avec notamment un modèle de réseaux de neurones qui modélise les interactions complexes des patients chroniques avec les ressources hospitalières tout au long de leurs trajectoires de traitement. Cette nouvelle approche propose une série de réseaux de neurones où l'entrée de chaque réseau est définie comme la sortie de prédiction de son précédent. Les modèles proposés sont ainsi capables de prédire le traitement suivant du patient avec une précision (« recall ») allant de 68% à 79%. En plus de prévoir la prochaine étape des traitements des patients, nous proposons aussi une deuxième série de réseaux de neurones qui fournissent le temps prévu pour le prochain traitement. Ces trajectoires temporelles ainsi prédites sont ensuite incorporées dans une simulation à base d'agents capable de prédire la demande personnalisée et agrégée en ressources rares des hôpitaux à moyen et long terme en fonctions des profils des patients à traiter. Nous avons appliqué ce cadre intégratif à des données hospitalières réelles et montrons que le cadre proposé prédit efficacement la demande à moyen et à long terme de ressources rares dans les hôpitaux avec une précision de 77% (trajectoire) et de 64% (délai entre étapes), qui surpasse considérablement à la fois les méthodes traditionnelles de prévision demande et les techniques standard d'apprentissage automatique. Au niveau tactique et opérationnel, l'article présenté au chapitre 5 propose un modèle intégratif pour la prédiction des durées d'intervention chirurgicale personnalisées. Ce cadre est le premier de ce genre, et permet d'incorporer des attributs opérationnels et temporels liés à la planification, en plus d'attributs liés aux patients, aux procédures et aux chirurgiens pour prévoir ainsi la durée des interventions chirurgicales. De plus, ce cadre illustre l'efficacité d'algorithmes d'apprentissage automatique, tels que « Random Forest » et « Support Vector Machine » pour capturer les relations complexes entre les prédicteurs de la durée des interventions chirurgicales. Nous avons appliqué ce cadre à des données hospitalières réelles et constaté une amélioration de 31% de la précision des prédictions par rapport à la pratique. De plus, les résultats montrent que les décisions liées à la planification telles que l'ordonnancement des procédures et l'affectation des blocs ont un impact significatif sur les durées d'intervention chirurgicale. Ce résultat a des implications importantes pour la littérature dédiée à la planification et l'ordonnancement des salles d'opération aux niveaux tactique et opérationnel. Autrement dit, ce résultat implique que la planification optimale des salles d'opération n'est possible que si l'on optimise conjointement la durée et l'ordre des chirurgies. Au niveau opérationnel, l'article présenté au chapitre 6 propose un modèle intégratif pour la prédiction du risque de défaillance opérationnelle, et notamment du risque de temps supplémentaire. En pratique, même le plus précis des outils utilisés ne permet pas de prédire la variabilité des processus hospitaliers avec une précision de 100%. Par conséquent, au niveau opérationnel, il est important d'éviter les décisions qui ont un risque élevé d'échec pouvant ainsi entraîner des conséquences négatives significatives, qui peuvent à leur tour impliquer des coûts supplémentaires, une qualité de soins inférieure, et causer une insatisfaction à la fois des patients et du personnel. Dans cette thèse, nous appliquons des techniques d'apprentissage machine probabiliste au problème des heures supplémentaires en salle d'opération. Plus précisément, nous montrons, en utilisant des données hospitalières réelles, que les algorithmes proposés sont capables de classer les horaires des salles d'opération qui entraînent des heures supplémentaires avec une précision de 88%. La performance des prédictions ainsi calculées est de plus améliorée grâce à l'utilisation de techniques d'étalonnage appliquées aux résultats d'algorithmes d'apprentissage automatique. Le modèle de risque proposé a ainsi des implications significatives à la fois pour la pratique de la gestion les ressources au niveau opérationnel, mais aussi pour la littérature académique. Tout d'abord, le modèle de risque proposé peut facilement être intégré dans les systèmes de planification des salles à l'hôpital afin d'aider les décideurs à éviter des horaires risqués. Deuxièmement, le modèle de risque proposé peut être utilisé conjointement avec les modèles existants d'ordonnancement des salles d'opération pour améliorer la performance opérationnelle des solutions.  ABSTRACT: Canada's health care system is struggling to manage the increasing demand of patients with multiple chronic issues who require access to long-term care, primarily due to Canada's aging population. This has resulted in long patient wait times and increasing healthcare costs. Since hospitals represent the largest share of the healthcare budget, they are required to improve their operational efficiency by making better use of their resources. In particular, hospitals that provide patients direct care and access to expensive resources such as surgeons, operating rooms, ICUs and wards are under scrutiny on whether or not they manage their resources effectively. Operations research scholars have extensively addressed problems related to resource planning and scheduling in hospitals for many years. Conventional analytical models aim to improve the efficiency of decision-making in hospital resource planning at strategic (long-term), tactical (mid-term) and operational (short-term) levels. However, these models suffer from limited ability in effectively capturing the inherent complexity, variability and uncertainty of hospital operations because they often assume crude and simplistic statistical distributions to imitate these operations. Consequently, they are suboptimal in real-life settings. With the massive amount of data gathered in the hospitals and healthcare systems and advances in the field of predictive modeling, the operations research community are now given the opportunity to better analyze, understand and replicate the complexity, variability and uncertainty of hospital operations. To this end, the main objective of this thesis is to develop integrate predictive frameworks that are capable of analyzing and extracting important patterns from large-scale data that better inform hospital resource planning and scheduling systems at the strategic, tactical and operational levels. To the best of the author's knowledge, this thesis is a pioneer in proposing frameworks for the design of hospital-wide integrative predictive support systems. At the strategic and tactical level, the first article (Chapter 4) develops a hybrid machine learning-simulation framework for predicting personalized patient demand for hospital resources. The framework captures the long-term relationship between hospitals and chronic patients, which spans over a long-term horizon and incorporates the fact that patients will need, not one, but several visits to the hospital and access to various types of resources over a long time period. In this thesis, we propose a novel approach based on deep feedforward neural network model that models the complex interactions of chronic patients with hospital resources during their treatment pathways. The proposed novel approach does so by developing a series of sequential individually trained deep feedforward neural networks, where each network's input is set as the prediction output of its preceding. The proposed models are capable of predicting patient's next treatment with an accuracy (measured by “recall”) ranging from 68% to 79%. In addition to predicting the transition of patients between treatments in their clinical pathways, we propose a second series of temporal deep feedforward neural network models that provide the expected receiving time for the next treatment. The trained pathway and temporal predictive models are incorporated into an agent-based simulation which is capable of predicting personalized and aggregated demand for hospitals' scarce resources for the mid-term and long-term time horizon. We applied the proposed integrative framework to real hospital data and showed that proposed framework effectively predicts mid-term and long-term demand for hospital scarce resources with an accuracy of 77% and 64%, respectively, which dramatically outperforms traditional demand forecasting methods and standard machine learning techniques. At the tactical and operational level, the article proposed in chapter 5 is an integrative predictive model for personalized surgical procedure durations. The framework is the first of its kind to incorporate scheduling-related, operational and temporal attributes in addition to patient specific, procedure specific and surgeon specific attributes to predict surgical procedure durations. Furthermore, the framework illustrates the effectiveness of machine learning algorithms such as Random Forest and Support Vector Machine to capture the complex relationships among the predictors of surgical procedure durations. We applied the proposed framework to real hospital data and found an improvement of 31% in the accuracy of our predictive model compared to its practice benchmark. Furthermore, the results show that scheduling-related decisions such as procedure sequencing and block assignment have a significant impact on surgical procedure durations. This result has significant implications for operating room planning and scheduling literature at both tactical and operational levels. Namely, it indicates that optimal operating room planning is achieved only through joint optimization of surgical duration procedures and schedules. At the operational level, the article presented in chapter 6 proposes an integrative predictive model for operational failure risk assessment. Interestingly, even the most accurate predictive tools used in practice fall short in predicting variability in hospital processes with 100% accuracy. Therefore, at the operational level it is important to avoid decisions that have a high risk of failure which may subsequently result in significant adverse consequences, which, in turn, may incur additional costs, lower quality of care and cause patient and staff dissatisfaction. In this thesis, we apply probabilistic machine learning techniques to the operating room overtime problem. We show that the proposed algorithms are capable of classifying operating room schedules that result in overtime with an accuracy of 88% when applied to real hospital data. The predictive performance is further improved through the use of calibration techniques applied to the output of machine learning algorithms. The proposed risk model has significant implications for practice and operational level resource scheduling literature. First, the proposed risk model can easily be integrated into operating room scheduling systems at the hospital which ultimately assist decision makers in avoiding risky schedules. Second the proposed risk model may be used in conjunction with existing operating room scheduling models to improve the operational performance of commonplace solutions.


identifier: Ma, Y. (2018). Design conceptuel d'un incubateur pour un nanosatellite en combinant la conception axiomatique et un index unifié de performance mécatronique (MMP)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: RESUMÉ La société technique PolyOrbite de l'École Polytechnique de Montréal entreprend de concevoir un nanosatellite ayant une taille de 30cm*10cm*10cm et un poids de 4 kg, appelé ORU-S. Le lancement du satellite est prévu pour 2020 avec deux charges utiles indépendantes dont un incubateur miniaturisé. Le but de l'incubateur est de mener une expérience botanique dans l'espace afin d'étudier l'effet de la microgravité sur la croissance de la plante comestible Medicago truncatula. Depuis les années 90, les plateformes de nanosatellites ont pris de l'essor, mais les travaux de recherche effectués dans le domaine des serres miniaturisées et de la botanique spatiale restent limités. À ce jour, aucun projet n'a réussi à faire croître une plante comestible dans un nanosatellite. Ce mémoire de maîtrise présente le design conceptuel d'un incubateur miniaturisé. Cet incubateur est un laboratoire in situ qui permet la germination d'une plante en suivant et contrôlant les paramètres environnementaux pour fins de recherche scientifique. Après la validation du cahier des charges, un design conceptuel est réalisé avec plusieurs concepts potentiels en appliquant la Conception Axiomatique. En outre, à cause de la multidisciplinarité du problème de design, la détermination du « meilleur concept » est effectuée en appliquant le Profil Multicritère Mécatronique (MMP) développé par l'équipe du Prof. Achiche. La solution présentée, dans ce mémoire, est un incubateur pressurisé composé de quatre sous-systèmes : système de culture, système de contrôle de température, système d'approvisionnement et système d'inspection. Les trois premiers systèmes fournissent les conditions nécessaires à culture, soient une source d'illumination, une température convenable et une quantité satisfaisante de solutions nutritives qui permettent la croissance de la plante. Alors que le système d'inspection, il assure l'obtention et l'enregistrement des données pour les tâches de contrôle pour supporter la recherche scientifique dans ce domaine. Les travaux futurs se concentreront sur l'approfondissement de la conception optimale en utilisant des fonctions spécifiques pour résoudre des problèmes comme la gestion d'espace. Mener une expérience terrestre dans un prototype basant sur la conception sera aussi intéressant afin de vérifier la fonctionnalité du design.  ABSTRACT: The technical association PolyOrbite of École Polytechnique de Montréal is developing a nanosatellite with a size of 30cm*10cm*10cm and a weight of 4 kg, called ORU-S. This satellite will launch in 2020 with two independent payloads including a miniaturized incubator which is considered to conduct a botanical experiment in space to study the effect of microgravity on the growth of the plant Medicago truncatula. Despite the growth in popularity of the CubeSat platform from 1990, research in the areas of miniaturized greenhouses and astrobotany has been very limited. It seems that no project has made to grow a plant in space in a nanosatellite. So, this thesis presents a conceptual design of the miniaturized incubator being an in-situ laboratory that allows germination of the plant by monitoring and controlling the environmental parameters for scientific research. After the validation of the requirements specification, we implemented a preliminary design with several potential concepts by applying Axiomatic Design. In addition, because of the multidisciplinarity of the design problem, the determination of the "best concept" is carried out by applying the Multi-criteria Mechatronics Profile developed in the laboratory of Prof. Achiche. The solution presented in this thesis is a pressurized incubator consisting of four subsystems: cultivation, temperature control, supply, and inspection systems. The first three systems provide the necessary conditions for the plant: a source of illumination, a suitable temperature, and a satisfactory amount of nutrient solutions that allow the growth of the plant. As for the inspection system, it ensures data collection for control and scientific research. Future work will deepen the design using specific functions to solve problems such as space and layout management. Conducting a ground experience in a prototype based on the design will also be interesting to verify the functionality of the developed design.


identifier: Zhao, Y. (2018). Exploration of Nonlinear Devices and Nonlinear Transmission Line Techniques for Microwaves Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de communication modernes dépendent fortement des circuits non linéaires, tels que les amplificateurs de puissance (PA), les mélangeurs, les multiplicateurs, les oscillateurs, les commutateurs, etc., qui sont construits à partir de composants non linéaires passifs (comme des diodes) ou actifs (par exemple des transistors). Cette thèse étudie les dispositifs non linéaires passifs traditionnels et émergents, ainsi que les techniques de lignes de transmission non linéaires (NLTL). Plusieurs de leurs applications micro-ondes ont également été étudiées, y compris la récupération d'énergie sans fil, la synthèse d'impédance électronique et l'adaptation d'impédance bidimensionnelle (inductive et capacitive). Dans le chapitre 1, sont d'abord étudiés les dispositifs non linéaires traditionnels résistifs, capacitifs et inductifs. Les dispositifs non linéaires émergents, y compris les dispositifs MEMS et la spindiode, sont ensuite explorés. La construction physique de base, les principes de fonctionnement, ainsi que les caractéristiques et applications pour divers types de dispositifs non linéaires sont expliqués et comparés. Les lignes de transmission non-linéaires (NLTL) traditionnelles utilisant des dispositifs non linéaires capacitifs (varactor, BST etc.) ou inductifs (ferrite saturée), et la technique hybride NLTL émergente utilisant à la fois des dispositifs non linéaires capacitifs et inductifs sont également étudiées. Le chapitre 2 examine les techniques de conversion d'énergie micro-ondes à courant-continu de faible puissance à la fine pointe de la technologie. Une image complète de l'état de l'art sur cet aspect est donnée graphiquement. Elle compare différentes technologies telles que le transistor, la diode et les technologies CMOS. Depuis le tout début des techniques intégrées RF et micro-ondes et de la récupération d'énergie, les diodes Schottky ont été le plus souvent utilisées dans les circuits de mélange et de redressement. Cependant, dans des applications spécifiques de récupération d'énergie, la technique des diodes Schottky ne parvient pas à fournir une efficacité satisfaisante de conversion RF-dc. Suite aux limitations mises en évidence des dispositifs actuels, ce travail introduit, pour la première fois, un composant non linéaire pour une redressement de faible puissance, basé sur une découverte récente en spintronique, à savoir, la jonction tunnel magnétique, parfois appelée spindiode. Un modèle équivalent de spindiode est développé pour décrire le comportement en fréquence.  ABSTRACT: Modern communication systems are heavily dependent on nonlinear circuits, such as PA, mixer, multiplier, oscillator, switch, etc., the core of which are either passive nonlinear elements and devices (e.g. diodes) or active nonlinear components and devices (e.g. transistors). This thesis aims at investigating a number of traditional and emerging passive nonlinear devices and nonlinear transmission line (NLTL) techniques, and developing four of their microwave applications such as wireless power harvesting, electronic impedance synthesizer, and two-dimensional tuning circuit. In Chapter 1, traditional nonlinear devices in terms of the categories of resistive, capacitive and inductive are firstly investigated. Emerging nonlinear devices including microelectromechanical system (MEMS) devices and spindiodes are then explored. The basic physical constructions, operation principles, and characteristics as well as applications of various types of nonlinear devices are explained and compared. Traditional NLTL techniques make use of either capacitive nonlinear devices (varactor, BST etc.) or inductive nonlinear devices (saturated ferrite), and emerging hybrid NLTL techniques are also studied through the deployment of both nonlinear capacitive and inductive devices. Chapter 2 examines the state-of-the-art low-power microwave-to-dc energy conversion techniques. A comprehensive picture of the state-of-the-art on this aspect is given graphically, which compares different technologies such as transistor, diode, and CMOS schemes. Since the very beginning of RF and microwave integrated techniques and energy harvesting, Schottky diodes as the undisputable dominant choice, have been widely used in mixing and rectifying circuits. However, in specific μW power-harvesting applications, the Schottky diode technique seemingly fails to provide a satisfactory RF–dc conversion. Subsequent to the highlighted limitations of current devices, this work introduces, for the first time, a nonlinear component for low-power rectification based on a recent discovery in spintronics, namely, the Magnetic Tunnel Junction, also called spindiode. An equivalent model of spindiode is developed to describe the frequency behavior. Full parametric studies show that the interfacial capacitance, rather than the geometric capacitance, as it is usually the case for diode, plays a crucial role in the drop of efficiency in microwave frequency applications.


identifier: Becane, L. (2018). Étude de faisabilité sur L'apport de la télédétection pour la gestion des stériles de la mine Canadian Malartic  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La télédétection est un ensemble de techniques qui consiste à obtenir de l'information d'un objet à distance pour en produire des images. Ses applications sont nombreuses et variées. Les premières applications de la télédétection furent d'abord dans le domaine militaire comme pour les avions espion américain U2. Les images prises étaient d'abord des images RGB (rouge, vert, bleu) puis le développement des capteurs spectraux et des satellites ont permis de multiplier les débouchés de la télédétection. Aujourd'hui elle est utilisée dans de nombreux domaines comme l'agriculture, la météo, le climat, l'urbanisme, la géologie, etc. Le but de cette étude est de déterminer la viabilité scientifique et technique d'une nouvelle méthode de gestion des stériles via l'apport de la télédétection pour la Mine Canadian Malartic. Ce projet est mené par une équipe pluridisciplinaire provenant de l'Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT), l'Université de Sherbrooke (UdeS), l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), Golder Associés et Mine Canadian-Malartic. Le projet est placé sous la direction conjointe de Kalifa Goïta pour l'Université de Sherbrooke, accompagné de Jérôme Théau et Mickaël Germain, et de Benoît Plante pour l'UQAT. Deux doctorants et une maîtrise participent au projet du côté de l'Université de Sherbrooke : Kévin Siebel, Etienne Clabaut et Javier Garcia sous la direction de Kalifa Goïta. Ce travail s`intègre au projet dans le cadre d'une maîtrise sous la direction de Benoît Plante. L'objectif du projet vise à étudier la faisabilité scientifique et technique d'une nouvelle méthode de gestion des stériles via l'apport de la télédétection pour la Mine Canadian Malartic. Ce mémoire tente d'apporter des réponses sur certaines des problématiques du projet comme l'effet de la granulométrie, l'importante des particules les plus fines (de l'ordre de la centaine à dizaine de microns), ou la teneur en eau, sur la signature spectrale. Cette étude s'inscrit donc dans un projet plus large. A l'occasion de ce projet, des images hyperspectrales ont été prises sur le site en parallèle avec des acquisitions spectrales de terrain et une prise d'échantillons en vue d'effectuer des travaux et analyses de laboratoire.  Deux campagnes de terrains ont été effectuées pour échantillonner les roches dans la fosse ainsi que sur la halde à stériles. Les échantillons récupérés ont permis de caractériser les roches de la Mine Canadian Malartic et commencer à appréhender les facteurs pouvant influencer la signature spectrale (granulométrie, chimie, minéralogie, etc.). Dans un second temps, des spectres de réflectance ont été acquis au laboratoire sur des échantillons de greywacke, de porphyre et sur des mélanges de minéraux purs, dont le but est de recréer un modèle simplifié de la minéralogie de la Mine Canadian Malartic pour déterminer le potentiel théorique et idéal de la méthode. Les échantillons récupérés lors des deux campagnes ont été préparés au laboratoire de l'UQAT. Les résultats montrent qu'il est possible de différencier le porphyre du greywacke avec un spectromètre de terrain en utilisant la méthode du continuum removal. Il n'a pas été possible de différencier le stérile du minerai, dans la mesure où la concentration en pyrite (où se trouve l'or en partie) est trop faible et très disséminée (<1 %). Les tests avec les minéraux purs ont cependant montré qu'il existe une voie pour commencer à quantifier la concentration en pyrite dans les mélanges en utilisant les intégrales des pics du Fe2+ correspondants à la pyrite, pour différentes concentrations de cette dernière. En effet il existe une relation logarithmique entre l'intégrale du pic Fe2+ et la concentration en pyrite dans l'échantillon. De plus, il existe une relation linéaire entre l'intégrale du pic C-O et la concentration en calcite. Les essais de teneur en eau montrent aussi une relation linéaire entre l'intégrale des pics d'absorption de l'eau et la teneur en eau de l'échantillon. Les résultats semblent aussi montrer que les particules fines peuvent, dans certains cas, masquer totalement la signature d'une roche sous-jacente, et ainsi potentiellement induire des erreurs de classification. Ces différents résultats montrent les défit inhérents à la méthode de spectroscopie hyperspectrale en contexte minier et, plus particulièrement, dans le cas d'une fosse active. Cependant, les résultats montrent aussi que des pistes de caractérisation existent avec cette méthode et mériteraient d'être poursuivies pour tenter d'apporter des solutions plus opérationnelles à disposition de l'industrie minière.  ABSTRACT: Remote sensing is a set of techniques that involves remotely obtaining information from an object to produce images. Its applications are wide and varied. The first applications of remote sensing was in the military field as for the american plane U2. The first's images were RGB (red, green, blue) and then the development of spectral sensors and satellites increased the opportunities for remote sensing. Today, those techniques are used in many fields such as agriculture, weather, climate, urbanism, geology, etc. The purpose of this study is to determine the scientific and technical viability of a new waste rock management method using remote sensing for the Canadian Malartic mine. A multidisciplinary team leads this project from the Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT), the Université de Sherbrooke (UdeS), the National Institute for Scientific Research (INRS), Golder Associate and Mine Canadian Malartic. The project is under the joint direction of Kalifa Goïta for UdeS and Benoît Plante for UQAT. The students Kévin Siebel, Etienne Clabaut (both PhDs) and Javier Garcia (MSc) took part in the project under the direction of Kalifa Goïta. This work take part of the project as a master's degree under the direction of Benoît Plante.  The objective of the project is to study the scientific and technical feasibility of a new method of waste rock management through remote sensing for the Canadian-Malartic mine. This study tries to resolve some potential issues related to this project such as the effect of grain size or the importance of fines particles (in the micron range). This study is therefore part of a larger project. In this project, some hyperspectral images were taken at the site in parallel with spectral field acquisitions and laboratory analysis.  The rock sampling has been carried out during two field campaigns, into the pit and on the waste rock piles. The collected rocks were used for characterization and to start to apprehend the factors influencing the spectral signatures (grain size, chemistry, mineralogy, etc.). Then, spectral measurement of greywacke and porphyry rocks were acquired at laboratories with mixtures of pure minerals produced with the aim of creating a simplified model of the Malartic mineralogy to determine the theoretical and ideal potential of the method. The samples collected were prepared at the UQAT laboratory for analysis. The results show that it is possible to differentiate greywacke vs porphyry with a field spectrometer using the continuum removal method. It was not possible to differentiate the waste rock from the ore, as the concentration of pyrite (where the gold is partially enclosed) is too weak and highly disseminated (<1 %). Tests with pure minerals have shown that there is a way to start quantifying the pyrite concentration in the mixtures by studying different integrals of the peak corresponding to pyrite. Indeed, a logarithmic relation is shown between the peak integral of Fe2+ and the pyrite concentration in the sample. Furthermore, a linear relationship is shown between the peak integral of C-O and the calcite concentration. The moisture content tests also show a linear relationship between the integral of the water absorption peaks and the water content of the sample. The results also seem to show that fine particles can, in some cases, completely mask the signature of an underlying rock, and thus potentially induce misclassification. These different results show the inherent challenges of the hyperspectral spectroscopy method in the mining context and more particularly in the case of an active pit. However, the results also show that characterization tracks exist with this method and should be pursued to try to provide more operational solutions available to the mining industry.


identifier: Scola, A.-D. (2018). Étude du procédé d'injection flexible pour le moulage par voie liquide de composites à matrice céramique oxyde/oxyde  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation principale des composites à matrice céramique (CMC) dans le domaine aéronautique vise le remplacement progressif des superalliages à base de nickel dans les turbines et les arrière-corps des moteurs à réaction. L'objectif premier de ce remplacement est d'offrir à l'industrie aérospatiale de nouveaux matériaux réfractaires permettant de diminuer le coût des moteurs à réaction tout en augmentant leur température de fonctionnement. Cette augmentation de la température d'opération a pour objectif d'accroître l'efficacité globale des moteurs, ce qui se traduit par une meilleure combustion qui résulte en une diminution des émissions de CO2 et de NOx dans l'atmosphère. Les composites à matrice céramique ont le potentiel de remplacer les superalliages puisqu'ils offrent une combinaison unique de propriétés dans des applications à haute température, comme leur haute résistance mécanique, leur excellente tenue au fluage et leur stabilité environnementale dans des milieux agressifs. Ces dernières années, des efforts scientifiques ont donc été déployés afin de réduire le coût élevé de mise en oeuvre de ces matériaux, justifié par l'équipement et le temps de fabrication, avec comme objectif principal de les utiliser dans les moteurs à turbine. Différents processus de fabrication ont été étudiés, notamment des procédés d'injection de type slurry cast. Dans l'optique de fabriquer des composites à matrice organique (CMO) possédant de hautes performances mécaniques à faible coût, un procédé d'injection flexible (IF) a été développé à Polytechnique Montréal. La différence entre ce procédé d'injection et un procédé RTM classique est que le contre-moule est une membrane flexible. Ceci permet, entre autres, de réaliser une imprégnation de la pièce dans le sens de l'épaisseur en seulement quelques minutes. Depuis son invention, ce procédé a fait ses preuves, a été utilisé dans le cadre de plusieurs projets de recherche industrielle et a également été utilisé pour la fabrication de pièces de grande échelle. La présente thèse a pour but de contribuer au développement et à l'amélioration de ce procédé novateur afin de le rendre compatible à la fabrication de composites à matrice céramique de type Oxyde/Oxyde. L'un des éléments importants à développer au niveau du procédé est d'adapter l'architecture standard d'un moule d'injection flexible pour l'injection d'une suspension fortement chargée en particules de céramique oxyde à travers un tissu 3D de base oxyde afin de réaliser des fabrications de pièces possédant une géométrie simple. Ce projet présente plusieurs défis tant au niveau de la nature même de la suspension qu'au niveau des mécanismes d'imprégnation qui sont très différents des procédés utilisés pour les CMO classiques.  ABSTRACT: The main use of Ceramic Matrix Composites (CMCs) in aeronautics is for the gradual replacement of nickel-based superalloys in turbines and jet engines. The primary objective of this replacement is to provide the aerospace industry with new refractory materials to reduce the cost of jet engines while increasing their operating temperature. This increase in operating temperature aims to enhance the overall efficiency of engines, which results in better combustion and thus causes a reduction of CO2 and NOx emissions in the atmosphere. Ceramic matrix composites have the potential to replace superalloys since they offer a unique combination of properties in high temperature applications, such as high mechanical strength, excellent creep resistance and environmental stability in aggressive environments. In recent years, scientific efforts have been made to reduce the prohibitive cost of these materials, justified by required equipment and production times, with the main objective of using them in turbine engines. Different manufacturing processes have been studied, including slurry cast injection processes. To manufacture polymer matrix composites (PMC) with high performance and low cost, a flexible injection process (FIP) has been developed at Polytechnique Montréal. The difference between this injection process and a conventional RTM process is that the counter-mould is a flexible membrane. This allows among other things to achieve an impregnation of the part in the direction of the thickness within a few minutes. Since its invention, this process has been proven, has been used in several industrial research projects and has also been used for the production of large scale parts. The purpose of this thesis is to contribute to the development and improvement of this innovative process in order to make it compatible with the manufacture of all-oxide ceramic matrix composites. One of the essential elements to develop at the process level is to adapt the standard architecture of a flexible injection mould for injection of a highly charged slurry of oxide ceramic particles through a 3D oxide-based fabric to produce parts with a simple geometry. This project brings together several challenges both in terms of the nature of the suspension and of the level of impregnation mechanisms, which are very different from the conventional processes used for PMC manufacturing. The research project presented in this document is part of the process of improvement and industrialization of the FIP for the fabrication of ceramic matrix composites with 3D alumina reinforcements. Based on previous work on the process and the obtained experimental results, it appears that flexible injection offers a unique solution for the manufacturing of CMCs.


identifier: Barrak, M. A. (2018). Just-in-Time Detection of Protection-Impacting Changes on Wordpress and Mediawiki  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les mécanismes de contrôle d'accès basés sur les rôles accordés et les privilèges prédéfinis limitent l'accès des utilisateurs aux ressources sensibles à la sécurité dans un système logiciel multi-utilisateurs. Des modifications non intentionnelles des privilèges protégés peuvent survenir lors de l'évolution d'un système, ce qui peut entraîner des vulnérabilités de sécurité et par la suite menacer les données confidentielles des utilisateurs et causer d'autres graves problèmes. Dans ce mémoire, nous avons utilisé la technique “Pattern Traversal Flow Analysis” pour identifier les différences de protection introduite dans les systèmes WordPress et MediaWiki. Nous avons analysé l'évolution des privilèges protégés dans 211 et 193 versions respectivement de WordPress et Mediawiki, et nous avons constaté qu'environ 60% des commits affectent les privilèges protégés dans les deux projets étudiés. Nous nous référons au commits causant un changement protégé comme commits (PIC). Pour aider les développeurs à identifier les commits PIC en temps réel, c'est à dire dès leur soumission dans le répertoire de code, nous extrayons une série de métriques à partir des logs de commits et du code source, ensuite, nous construisons des modèles statistiques. L'évaluation de ces modèles a révélé qu'ils pouvaient atteindre une précision allant jusqu'à 73,8 % et un rappel de 98,8 % dans WordPress, et pour MediaWiki, une précision de 77,2 % et un rappel allant jusqu'à 97,8 %. Parmi les métriques examinés, changement de lignes de code, correction de bogues, expérience des auteurs, et complexité du code entre deux versions sont les facteurs prédictifs les plus importants de ces modèles. Nous avons effectué une analyse qualitative des faux positifs et des faux négatifs et avons observé que le détecteur des commits PIC doit ignorer les commits de documentation uniquement et les modifications de code non accompagnées de commentaires. Les entreprises de développement logiciel peuvent utiliser notre approche et les modèles proposés dans ce mémoire, pour identifier les modifications non intentionnelles des privilèges protégés dès leur apparition, afin d'empêcher l'introduction de vulnérabilités dans leurs systèmes.  ABSTRACT: Access control mechanisms based on roles and privileges restrict the access of users to security sensitive resources in a multi-user software system. Unintentional privilege protection changes may occur during the evolution of a system, which may introduce security vulnerabilities, threatening user's confidential data, and causing other severe problems. In this thesis, we use the Pattern Traversal Flow Analysis technique to identify definite protection differences in WordPress and MediaWiki systems. We analyse the evolution of privilege protections across 211 and 193 releases from respectively WordPress and Mediawiki, and observe that around 60% of commits affect privileges protections in both projects. We refer to these commits as protection-impacting change (PIC) commits. To help developers identify PIC commits justin-time, i.e., as soon as they are introduced in the code base, we extract a series of metrics from commit logs and source code, and build statistical models. The evaluation of these models revealed that they can achieve a precision up to 73.8% and a recall up to 98.8% in WordPress and for MediaWiki, a precision up to 77.2% and recall up to 97.8%. Among the metrics examined, commit churn, bug fixing, author experiences and code complexity between two releases are the most important predictors in the models. We performed a qualitative analysis of false positives and false negatives and observe that PIC commits detectors should ignore documentation-only commits and process code changes without the comments. Software organizations can use our proposed approach and models, to identify unintentional privilege protection changes as soon as they are introduced, in order to prevent the introduction of vulnerabilities in their systems.


identifier: St-Onge, G. (2018). Variable Capacity Mini-Split Air Source Heat Pump Model for TRNSYS  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les pompes à chaleur sont des appareils efficaces qui ont la capacité d'extraire la majorité de leur énergie de sources renouvelables (air, sol, eau). Les pompes à chaleur air-air (PACAA), en particulier, sont utilisées depuis longtemps dans le secteur résidentiel canadien. Elles sont faciles à installer, leur coût en capital est moindre que les pompes à chaleur utilisant le sol (géothermie) et elles représentent une solution efficace de chauffage résidentiel qui peut jouer un rôle important dans les efforts internationaux pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Malgré ces avantages, les PACAA comportent leur part de contraintes qui limitent leur progression au pays. Elles sont reconnues pour multiplier les cycles marche/arrêt à charge partielle, ce qui affecte leur efficacité et cause de l'inconfort pour les usagers. Leurs performances chutent rapidement à basse température ambiante, au point où elles cessent complètement d'opérer dans les climats froids. Les économies sur les coûts peuvent alors devenir négligeables ou inexistantes dans certaines régions caractérisées par un climat froid et/ou un accès à de l'énergie abordable comme du gaz naturel. De récents progrès technologiques ont favorisé la venue des compresseurs entraînés par des moteurs à fréquence variable (inverter-driven compressors) dans les pompes à chaleur air-air à capacité variable (PACAACV). Ces compresseurs permettent d'accroître la capacité de chauffage en maintenant un Coefficient de Performance (COP) supérieur à 1.0 à basse température ambiante, tout en offrant plus de confort et d'efficacité à charge partielle. Cependant, certaines études rapportent que la technologie pourrait ne pas toujours livrer les performances (COP) annoncées sur le terrain. De plus, il y a présentement une pénurie de modèles de simulation disponibles pour aider les ingénieurs en bâtiment à mieux comprendre le comportement et estimer le potentiel d'économie énergétique des PACAACV. Les objectifs principaux de ce projet sont donc d'effectuer des tests de laboratoire sur des pompes à chaleur air-air bibloc à capacité variable pour obtenir une cartographie de performance complète, et d'utiliser ces résultats pour créer un modèle de PACAACV simple et accessible pour utilisation dans le logiciel de simulation TRNSYS. Des expériences détaillées ont été menées dans une chambre de test de contrôle climatique au laboratoire de CanmetÉNERGIE à Varennes.  ABSTRACT: Heat pumps are energy efficient devices that can extract the majority of their energy from a renewable cold source (air, ground, water). Air source heat pumps (ASHPs), in particular, have long been used in the Canadian residential sector. They are easy to install, their capital cost is lower than ground source heat pumps, and they represent an energy efficient space heating solution than can play a key role in international efforts to reduce GHG emissions. Despite these advantages, ASHPs also have limitations that hinder their adoption in the country. They are known to cycle at part load, causing discomfort for users and reducing their efficiency. Their performance also decreases significantly with outdoor temperature, to the point where they stop operating in colder climates. Therefore, utility cost savings can become negligible or non-existent in some regions characterized by cold climate and/or access to affordable energy sources like natural gas. Recent technological advancements have seen the use of inverter-driven compressors in variable capacity air source heat pumps (VCASHPs). Their benefit is to increase the heating capacity while maintaining an efficiency above 100 % at low ambient temperatures. They also maintain better comfort conditions at warmer temperatures by avoiding On/Off cycles. However, some studies report that the technology may not always deliver the advertised improved efficiency in the field. Moreover, there is a lack of simulation models available for building designers to better understand VCASHP behaviour and estimate their energy saving potential. The main objectives of this project are therefore to perform laboratory tests on a mini-split variable capacity air source heat pump to obtain a complete performance map, and use these results to create a simple and accessible VCASHP model in TRNSYS. Detailed experiments were conducted in an environmental controllable test chamber at the CanmetENERGY-Varennes laboratory. The test bench can provide a variety of heating loads and user-defined ambient temperatures, while explicitly measuring compressor frequency to help establish its impact on VCASHP performance. Testing was conducted from December 2016 to April 2017 with a commercially available ductless VCASHP system with a rated heating and cooling capacity of 4.0 kW (13,600 Btu/h) at 8.3 °C and 3.5 kW (12,000 Btu/h) at 35 °C, respectively.


identifier: Hilal, S. (2018). Caractérisation par microtomographie de la mésostructure des renforts fibreux pour la fabrication de composites  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières années, les procédés de fabrication par injection comme le moulage par transfert de résine (RTM) ont connu un fort développement ayant mené à des applications industrielles concrètes dans les domaines aéronautique et automobile. Toutefois, ces réussites ne doivent pas faire oublier que plusieurs problèmes scientifiques reliés aux procédés de fabrication par injection sur renforts restent mal compris. Parmi ces problèmes, l'imprégnation de renforts textiles reste un point critique car la performance mécanique d'un composite peut être fortement affectée par les vides générés lors de l'étape d'injection. Cette étape de fabrication est cruciale pour obtenir une imprégnation totale et produire des composites de hautes performances. Du fait de la double échelle de porosité des renforts, l'écoulement de résine est complexe. Une meilleure connaissance de la porosité des renforts fibreux permettrait une meilleure compréhension des modes d'écoulement de la résine et la mise en place d'ajustements lors de la phase d'injection. La microtomographie aux rayons X est une technique d'imagerie non destructrice des matériaux, qui est utilisée depuis quelques années pour caractériser la microstructure des matériaux composites. Ses applications sont vastes, de la détection des défauts dans les pièces fabriquées à la calibration de modèles de compression de renforts tissés. Cette méthode est fondée sur l'atténuation des rayons X par la matière, qui permet d'avoir une image tridimensionnelle de l'échantillon. Le microtomographe XT H 225 de Nikon, disponible à l'École de Technologie Supérieure à Montréal a été utilisé pour réaliser toutes les observations effectuées dans le cadre de ce projet. La présente étude basée sur cette approche vise à étudier l'influence du niveau compaction sur la morphologie du renfort et la répartition des mésopores. Un premier dispositif in-situ de compaction est développé pour effectuer des observations microtomographiques préliminaires à différents taux de fibres. Après avoir montré le potentiel de la microtomographie pour caractériser la mésoporosité d'un renfort fibreux et les possibles améliorations à apporter au dispositif, un nouveau dispositif est ensuite conçu et fabriqué. Deux types de tissus ont été caractérisés avec le nouveau dispositif : un renfort orthogonal tridimensionnel en fibres de verre et un renfort tissé bidimensionnel en fibres de verre.  ABSTRACT: In recent years, injection manufacturing processes such as resin transfer molding (RTM) have experienced strong development leading to concrete industrial applications in the aerospace and automotive fields. However, these successes should not overshadow the fact that many of the scientific issues related to reinforcement injection manufacturing processes remain poorly understood. Among these problems, the impregnation of textile reinforcements remains a critical point because the mechanical performance of a composite can be strongly affected by the voids generated during the injection step. This manufacturing step is crucial to achieve total impregnation and produce high-performance composites. Due to the double porosity scale of the resins, the resin flow is complex. A better knowledge of the porosity of the fibrous reinforcements porosity would allow a better understanding of the resin flow modes and the setting up of adjustments during the injection phase. X-ray microtomography is a non-destructive imaging technique for materials that have been used for some years to characterize the microstructure of composite materials. There are numerous applications, from the detection of defects in manufactured parts to the calibration of compression models of woven reinforcements. This method is based on the attenuation of X-rays by the material, which makes it possible to have a three-dimensional image of the sample. The Nikon XT H 225 microtomography, available at ETS « École de Technologie Supérieure » in Montreal, was used to perform all the observations made in this project. The present study based on this approach aims to explore the influence of the compaction level on the morphology of the reinforcement and the distribution of the mesopores. A first in-situ compaction device is developed to perform preliminary microtomographic observations at different fiber levels. Having shown the potential of microtomography to characterize the mesoporosity of a fibrous reinforcement and the possible improvements to be made to the device, a new device is then designed and manufactured. Two types of fabric have been characterized by the new device: three-dimensional orthogonal fiberglass reinforcement and two-dimensional fiberglass reinforcement. Several observations with a fiber content between 45% and 65% are made for both tissues. An image processing procedure was implemented using the FIJI software.


identifier: Moghimi, M. (2018). XCS Algorithms for a Linear Combination of Discounted and Undiscounted Reward Markovian Decision Processes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs études ont montré que combiner certains prédicteurs ensemble peut améliorer la justesse de la prédiction dans certains domaines comme la psychologie, les statistiques ou les sciences du management. Toutefois, aucune de ces études n'ont testé la combinaison de techniques d'apprentissage par renforcement. Notre étude vise à développer un algorithme basé sur deux algorithmes qui sont des formes approximatives d'apprentissage par renforcement répétés dans XCS. Cet algorithme, MIXCS, est une combinaison des techniques de Q-learning et de R-learning pour calculer la combinaison linéaire du payoff résultant des actions de l'agent, et aussi la correspondance entre la prédiction au niveau du système et la valeur réelle des actions de l'agent. MIXCS fait une prévision du payoff espéré pour chacune des actions disponibles pour l'agent. Nous avons testé MIXCS dans deux environnements à deux dimensions, Environment1 et Environment2, qui reproduisent les actions possibles dans un marché financier (acheter, vendre, ne rien faire) pour évaluer les performances d'un agent qui veut obtenir un profit espéré. Nous avons calculé le payoff optimal moyen dans nos deux environnements et avons comparé avec les résultats obtenus par MIXCS. Nous avons obtenu deux résultats. En premier, les résultats de MIXCS sont semblables au payoff optimal moyen pour Environments1, mais pas pour Environment2. Deuxièmement, l'agent obtient le payoff optimal moyen quand il prend l'action "vendre" dans les deux environnements.  ABSTRACT: Many studies have shown that combining individual predictors improved the accuracy of predictions in different domains such as psychology, statistics and management sciences. However, these studies have not tested the combination of reinforcement learning techniques. This study aims to develop an algorithm based on two iterative approximate forms of reinforcement learning algorithm in XCS. This algorithm, named MIXCS, is a combination of Q-learning and R-learning techniques to compute the linear combination payoff and the correspondence between the system prediction and the action value. As such, MIXCS predicts the payoff to be expected for each possible action. We test MIXCS in two two-dimensional grids called Environment1 and Environment2, which represent financial markets actions of buying, selling and holding to evaluate the performance of an agent as a trader to gain the desired profit. We calculate the optimum average payoff to predict the value of the next movement in both Environment1 and Environment2 and compare the results with those obtained with MIXCS. The results show that the performance of MIXCS is close to optimum average reward in Environment1, but not in Environment2. Also, the agent reaches the maximum reward by taking selling actions in both Environments.


identifier: Bande, M. (2018). Consistance et protection des données dans les systèmes collaboratifs par les méthodes formelles  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de logiciels complexes ou de contenus multimédias implique de nos jours plusieurs personnes de plus en plus géographiquement dispersées à travers le monde qui collaborent à travers des systèmes d'édition collaborative. Le but principal de cette collaboration est l'amélioration de la productivité et la réduction du temps et des coûts de développement. L'un des défis majeurs de ces outils d'édition collaborative est d'assurer la convergence et la fiabilité des données partagées. Pour répondre à ce défi, plusieurs approches existent dans la littérature parmi lesquelles, nous avons l'approche multiversions (MV), l'approche des types de données commutatives répliquées (CRDT) et l'approche de la transformée opérationnelle (OT). La première se base sur le principe du copier, modifier et fusionner et utilise un serveur central chargé de la fusion des différentes copies provenant des sites participant à la collaboration. Les modifications effectuées par chaque site sur sa copie ne sont fusionnées à la copie centrale qu'à la demande de l'utilisateur. La difficulté majeure de cette approche est le coût lié au stockage des diverses versions sur le serveur, l'utilisation d'estampilles pour ordonner les opérations lors de la fusion. Ce qui la rend difficilement utilisable dans un contexte d'environnement distribué. La deuxième approche considère que toutes les opérations sont commutatives donc pouvant être exécutées dans un ordre quelconque. Quant à la dernière approche, elle s'appuie sur une transformation des opérations reçues des sites distants par rapport à celles qui leur sont concurrentes. Dans cette approche, un algorithme de transformation inclusive (IT) est utilisé afin d'assurer la convergence des copies, mais la plupart des algorithmes proposés dans la littérature ne satisfont pas les critères de convergence. En plus de la cohérence, la fiabilité des données reste un autre défi dans les systèmes collaboratifs. Pour faire face à ce défi, plusieurs applications encapsulent, dans leur code source, des fonctionnalités transverses telles que celles de sécurité afin de répondre aux exigences de confidentialité et d'intégrité des données. Dans la littérature, la programmation orientée aspect (AOP) est l'une des approches utilisées afin d'assurer la modularité, la maintenabilité et la réutilisation des composants d'un logiciel. Une des difficultés de ce paradigme de programmation est l'assurance qu'une propriété de sécurité reste satisfaite après le tissage entre le programme de base et tous les aspects encapsulant les préoccupations transverses. Ce qui implique de trouver des techniques automatiques de vérification des propriétés de sécurité une fois le tissage fait. Dans le registre de la fiabilité des données, le contrôle d'accès joue un rôle prépondérant. Ainsi, en ce qui concerne le partage de contenus multimédias publiés sur le Web, il est nécessaire de collaborer pour les alimenter, mais un des défis majeurs est de les rendre fiables.  ABSTRACT: Complex software and Web content development involve nowadays multiple programmers located in different areas working together on the same development project using collaborative systems in order to achieve efficiency, improve productivity and reduce development time. One of the key challenge in such a development environment is ensuring the convergence and the reliability of the shared data or content. In the literature, many approaches have been proposed to face this challenge. Among those approaches, we have multi-version (MV), commutative replication data type (CRDT) and operational transformation (OT) approach. The first approach is based on the "copy, modify and merge" principle and uses a central server to merge the updates from the different sites participating in the collaboration. The local updates of a specific site are merged only on demand. The key drawback of this approach is the storage cost of the various versions on the server and the overhead due to the generation of stamps for the operations ordering. Thus, this drawback makes this approach difficult to use in the context of a distributed collaborative environment. The second approach preconizes that all the operations are commutative so that they can be executed in any given order. The latter approach is based on the transformation of all the operations received from the remote sites against their concurrent operations before being merged. In this approach, an inclusive transformation algorithm is used in order to ensure the convergence criteria. Unfortunately, most of the proposed algorithms in the literature do not satisfy the convergence criteria. Beside the convergence, the reliability of the data remains another challenge in the collaborative systems. In order to face this challenge, many programs encapsulate crosscutting concerns (e.g. security, logging) for data confidentiality and integrity purposes. In the literature, aspect-oriented programming (AOP) is one the approaches used to better modularize the separation of concerns in order to make easier the maintenance and the reuse of the software components. However, one challenge of this paradigm is the insurance that a given property such as security one remains satisfied after the weaving of the base program and the aspects. Thus, we may find automated way to verify such security properties in the woven program. Concerning data reliability, access control is one of the major piece of the puzzle. Thus, in the Web content publication, one challenge is to collaborate in order to produce them and the other key challenge is to make them reliable.


identifier: Mellahi, K. (2018). Procédés de culture cellulaire pour un système CHO inductible : cuvée-alimentée et perfusion  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La production de protéines thérapeutiques représente de nos jours l'un des marchés les plus fructueux de l'industrie pharmaceutique. Les rendements de production ont considérablement augmenté au cours de ces dernières décennies en raison des améliorations significatives apportées au niveau des procédés de culture et des systèmes d'expression. Les cellules de mammifères, qui sont aptes à réaliser des modifications post-traductionnelles essentielles aux fonctions biologiques de ces protéines, demeurent la plateforme d'expression de choix et les cellules CHO restent de loin les plus utilisées pour la production industrielle à grande échelle. Comme la production de protéines recombinantes est généralement non-associée à la croissance cellulaire, les recherches se sont penchées vers le développement de procédés bi-phasiques consistant à d'abord laisser croitre les cellules à haute densité, puis de ralentir ou de stopper la croissance pour favoriser l'expression du produit d'intérêt.  ABSTRACT: - Biotherapeutics represent today a fast-growing share of the global pharmaceutical market. Production yields have increased dramatically in recent decades due to significant improvements in bioprocess technologies and with the development of highly efficient expression systems. Mammalian cells remain the most widely-used expression platform, since they have the ability to perform post-translational modifications essential to the biological functions of recombinant proteins. CHO cells are the most commonly used host system for industrial biomanufacturing at large scale. Most often, the production of recombinant proteins is non-growth associated, which has led to the development of biphasic strategies whereby cells are rapidly grown to a high density followed by a production phase during which cell growth is stopped or reduced to increase the expression rate. In the same context, cell engineering has made it possible to regulate protein production with the development of inducible expression systems. Such systems offer the possibility to decouple the growth and production phases.


identifier: Ait Khouia, A. (2018). Évaluation de la capacité de déviation latérale de la couche de contrôle des écoulements d'eau dans un modèle physique au laboratoire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation minière génère de grandes quantités de rejets miniers (stériles miniers, résidus etc.). Certains de ces rejets miniers peuvent avoir un impact sur l'environnement : DMA ou DNC. Différentes techniques ont été élaborées pour la restauration des sites miniers telles que les couvertures avec effet de barrière capillaire (CEBC), le recouvrement monocouche avec nappe phréatique surélevée, etc. Ces techniques ont été largement utilisées pour la restauration des parcs à résidus. Dans le cas de stériles miniers, en raison des configurations des haldes, les techniques de restauration doivent être adaptées, et dans cette perspective une approche alternative a été proposée. Elle consiste à installer des couches de matériau fin au sein de la halde ayant une grande conductivité hydraulique saturée avec une inclinaison minimale. Ces couches fines ont pour but de dévier l'eau en suivant la pente et limiter les infiltrations d'eau dans les stériles. Cette nouvelle technique est appelée couche de contrôle des écoulements (CCE).  L'étude présentée dans ce mémoire a pour but d'évaluer la capacité de la CCE à dévier l'eau en utilisant les effets de barrière capillaire. Les performances de cette méthode ont été testées à l'aide d'un modèle physique au laboratoire suivi d'une modélisation numérique. Cette étude consiste à comprendre les mécanismes fondamentaux de l'écoulement d'eau dans les barrières capillaires inclinées ainsi que les paramètres contrôlant la longueur de déviation latérale.   La barrière capillaire formée d'un sable fin déposé sur des stériles miniers non générateurs d'acide, a été testée sous différentes conditions : différentes inclinaisons (0°, 3°, 10° et 20°), différentes épaisseurs de la couche de sable (25, 50 et 75 cm) et différentes intensités des précipitations. Les résultats issus de la modélisation physique au laboratoire ont permis de statuer sur le degré d'influence de ces paramètres.  Les essais effectués au laboratoire ont montré que l'épaisseur de la couche de sable a un impact direct sur la performance de la barrière capillaire : le degré d'influence de ce paramètre est moins prononcé que celui des autres paramètres (inclinaison et taux de précipitations). En effet, plus la couche est épaisse plus la déviation latérale est importante. En outre, l'augmentation de l'inclinaison du système a un effet majeur sur la capacité de déviation latérale de la barrière capillaire. Une pente plus grande augmente davantage la quantité d'eau déviée latéralement par la barrière capillaire et par conséquent, la longueur de bris capillaire. Par contre, l'augmentation de l'intensité des précipitations est jugée être le paramètre le plus influant sur la capacité de déviationlatérale. En augmentant le taux des précipitations, la quantité d'eau qui s'infiltre dans la couche de stériles devient plus importante que la quantité transportée le long de la couche de sable et l'effet d'écoulement gravitaire est beaucoup plus prononcé que la déviation. Cet effet est dû à la différence dans les propriétés hydriques des deux matériaux qui contrôlent la force des effets de barrière capillaire crées le long de l'interface des deux matériaux. Le calcul de la longueur de déviation latérale a démontré que le taux des précipitations appliqué a un impact direct sur la capacité de déviation du système. Plus le taux de précipitations est important plus la capacité de déviation diminue et la longueur de déviation latérale est petite.  Des simulations numériques ont été réalisées dans le but de reproduire les essais expérimentaux à l'aide de code SEEP/W 2016. La comparaison entre les résultats expérimentaux et ceux de la simulation a démontré que le modèle numérique reproduit d'une façon raisonnable le comportement global de la CCE. Le bon calage des deux modèles, physique et numérique, a permis de faire des extrapolations à grande échelle et de simuler le cas d'une CCE installée dans une halde à stériles avec des dimensions réelles.  ABSTRACT: Mining industry generates large quantities of waste (mine waste, tailings, etc.). Some of these mine wastes can have an impact on the environment: DMA or DNC. Various techniques have been developed for the reclamation of mining sites such as cover with capillary barrier effect (CCBE), monolayer recovery with an elevated water table, etc. These techniques have been widely used for the reclamation of mine site. In the case of mine waste rock, because of the configurations of the dumps, the reclamation techniques must be adapted, and in this perspective an alternative approach has been proposed. It consists of installing layers of finer material over of the waste rock pile having a high saturated hydraulic conductivity with a minimum inclination. These finer layers allow deviating the water along the slope and limiting water infiltration into the waste rock. This new technique is called Flow Control Layer (FCL). The purpose of the study presented in this master thesis was to assess the ability of the FCL to deviate water using capillary barrier effects. The performances of this method were tested using a physical model in the lab followed by numerical modeling. This study consists of understanding the fundamental mechanisms of water flow in inclined capillary barriers as well as the parameters controlling the length of lateral deviation.  The capillary barrier effect developed by placing a finer sandy layer on non-acid generating waste rock, was tested under different conditions: variation of the inclination (0 °, 3 °, 10 ° and 20 °), different thicknesses of the layer of sand (25, 50 and 75 cm) and different intensities of precipitation. The results from the physical modeling in the laboratory allowed to evaluate the impact of different tested parameters one the cover performance.  Laboratory tests have approved that the thickness of the sand layer has a direct impact on the performance of the capillary barrier; the degree of influence of this parameter is less pronounced compared to the other parameters (inclination and precipitation rate). Indeed, the thicker the layer is than the lateral deviation is important. In addition, increasing the inclination of the system has a major effect on the lateral deviation capacity of the capillary barrier. A larger slope further increases the amount of water laterally deflected by the capillary barrier and hence the effective length deviation capacity of the cover. On the other hand, the increase in precipitation intensity is considered the most influential parameter on lateral deviation capacity. By increasing the rate of precipitation, the amount of water that infiltrates the waste rock becomes larger than the amountcarried along the sand layer and the gravitational flow effect is much more pronounced than the deviation. This effect is due to the difference in the hydraulic properties of the two materials that control the strength of the capillary barrier effects created along the interface of the two materials. The calculation of the lateral deviation length show that the used precipitation rate has a direct impact on the deviation capacity of the cover. More than applied recharge rate is significant less than the deviation capacity is important and the length of lateral deviation is small.  Numerical simulations were performed to reproduce the experimental tests using SEEP/W 2016. The comparison between the experimental and the simulation results showed that the numerical model reproduces the behavior of the FCL in a reasonable way. The good fit of the two physical and numerical models has allowed to extrapolate on a large scale and to simulate the case of a FCL installed in a waste rock pile with real dimensions.


identifier: Wandji Ngassam, R. N. (2018). Placement et chaînage dynamique de fonctions réseau sur multiples centres de données  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La multiplicité et la diversité d'applications dans les réseaux de télécommunications ont causé leur évolution rapide et leur complexification. Pour pouvoir donc diminuer et leurs coûts d'installation et leur complexité, les opérateurs ont exploité la virtualisation des fonctions réseaux et leur chaînage. Ceci est possible grâce à la portabilité et à la flexibilité qu'apportent les fonctions virtuelles. Mais pour pouvoir utiliser ces chaînes de fonctions virtualisées, il faut les héberger dans des centres de données, et ce, le plus efficacement possible. Bien que l'optimisation du placement des fonctions virtuelles soit présent dans la littérature, nous avons apporté des contributions originales. Nous avons tenu compte du fait que les prix des hébergements dans les centres de données varient avec le temps, que les délais de transmission ne sont pas les mêmes tout le temps et que les demandes en chaînes changent aussi. De plus, il existe des relations entre les chaines et les fonctions telles que la symétrie, l'affinité, la migration et l'incompatibilité qui ont été spécifiquement modélisés dans notre travail. Nous avons proposé un nouveau modèle sous la forme d'un programme linéaire en nombre entiers qui minimise le coût de placement d'une chaine dans un réseau de centre de données sur une journée en tenant compte de la qualité de service, des capacités des centres de données et des interdépendances entre les chaines et les fonctions. Pour résoudre les grandes instances du problème, nous avons développé des heuristiques gloutonne et tabou et nous avons étudié leur comportement en fonction du type de fonctions dans les centres de données.  ABSTRACT: The multiplicity and diversity of applications in telecommunication networks have caused their rapid evolution, and have increased network complexity. To reduce network installation costs and complexity, operators have exploited the virtualization of network functions and their chaining. This is possible because of the portability and flexibility that virtual functions bring. However, to be able to use these chains of virtualized functions, it is necessary to host them in data centers as efficiently as possible. Although the optimization of service function chains is present in the litterature, we have made some original contributions in this work. We take into account the fact that datacenter hosting prices vary over time, that transmission delays are not the same all the time and that chain throughput demands change as well. In addition, there are relationships between chains and functions such as symmetry, incompatibility, affinity and migration that have been specifically modeled in this work. We propose an integer linear program that minimizes the cost of placing a service function chain in a data center network over a day, taking into account the quality of service, the capabilities of the datacenters and interdependencies between chains and functions. To solve big instances of the problem, we develop greedy and tabu search heuristics and we study their behavior according to the type of functions in the datacenters.


identifier: Himmich, I. (2018). Méthodes primales pour résoudre le problème de plus court chemin avec contraintes de ressources  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de plus court chemin avec contraintes de ressources consiste à trouver un chemin entre deux noeuds dans un réseau (une source et une destination) à un coût minimum tout en respectant des contraintes sur la consommation de ressources. Il s'agit d'une généralisation du problème classique du plus court chemin non contraint. Ce problème a été largement étudié dans la littérature. Nous l'utilisons particulièrement comme sous-problème lors de la résolution des problèmes de planification de tournées de véhicules et d'horaires d'équipages par un algorithme de génération de colonnes. L'approche standard pour résoudre le problème de plus court chemin avec les contraintes de ressources est la programmation dynamique. Cette méthode est une extension du fameux algorithme de Bellman-Ford qui prend en considération les contraintes de ressources. Elle consiste à construire une séquence de sous-chemins provenant du noeud source en étendant ceux existants aux noeuds successeurs à l'aide d'une fonction de prolongation. Chaque sous-chemin correspond à un état et est reconnu par une étiquette qui mémorise son coût et ses consommations de ressources. La fonction de prolongation assure l'élimination des étiquettes non réalisables et garantit la mise à jour des coûts et des consommations de ressources après chaque prolongation. Des règles de dominance sont également utilisées pour interdire l'extension d'étiquettes peu prometteuses. D'un côté, cette approche est capable de gérer des règles complexes de travail provenant des conventions collectives et des mesures de sécurité et qui sont généralement non linéaires et même non convexes. D'un autre côté, la méthode de programmation dynamique permet de générer de nombreuses solutions réalisables (chemins réalisables) au lieu d'une seule, ce qui est nécessaire dans un contexte de génération de colonnes. Cependant, lorsqu'il faut gérer un grand nombre de ressources, le nombre d'étiquettes augmente de manière exponentielle, notamment dans le cas de réseaux de grande taille avec des centaines de milliers d'arcs. Par conséquent, le processus de résolution nécessite beaucoup de temps et dans de nombreux cas, nous ne sommes pas en mesure de trouver des solutions optimales. Plusieurs heuristiques ont été proposées pour gérer cette situation ; certaines dominent sur un sous-ensemble de ressources sélectionnées de manière empirique, alors que d'autres se contentent de prolonger un sous-ensemble d'étiquettes de chaque noeud. Bien évidemment, n'étant pas fondées mathématiquement, ces méthodes n'offrent aucune garantie sur la qualité des solutions retournées. Nous proposons dans ce travail différentes idées qui sont capables de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, afin d'améliorer la résolution du problème de plus court chemin avec les contraintes de ressources. Les méthodes proposées sont primales, exactes et tirent profit des avantages de la programmation dynamique. La première contribution de cette thèse est un nouvel algorithme primal multi-directionnel appelé MultiDirectional Dynamic Programming Algorithm. L'approche proposée partitionne l'espace d'états en petits sous-espaces disjoints qui sont explorés séquentiellement dans plusieurs itérations. Nous proposons aussi de nouvelles techniques d'apprentissage qui permettent à cet algorithme de tirer profit des résultats des itérations précédentes, afin de réduire la dimension des sous-espaces subséquents et générer rapidement de meilleurs chemins. Les expérimentations numériques sur des instances du problème de planification de tournées de véhicules et d'horaires d'équipages avec plus de 600.000 noeuds et 1.000.000 arcs démontrent que la nouvelle approche vainc l'algorithme standard de programmation dynamique. En particulier, elle est capable de générer des chemins réalisables avec jusqu'à 90% du coût optimal en moins de 10% du temps requis par l'algorithme standard de programmation dynamique. Étant convaincus de l'efficacité de l'exploration itérative de l'espace d'état, nous proposons dans une seconde contribution un autre algorithme primal exact appelé Primal Adjacency-Based algorithm. Nous fournissons d'abord une nouvelle étude polyédrique qui nous permet d'introduire une nouvelle partition de l'espace des états basée sur la notion d'adjacence. L'algorithme proposé utilise cette partition pour explorer de manière itérative l'espace d'états et produit une séquence d'ensembles de chemins réalisables de coûts non décroissants. Ces chemins sont ensuite utilisés pour enrichir l'information primale disponible, ce qui permet d'accélérer le processus de résolution dans les itérations suivantes. Les expérimentations numériques sur les mêmes instances citées ci-dessus montrent d'excellentes performances de cet algorithme. Il est capable, à l'instar de l'algorithme multi-directionnel, de produire des chemins de très bonne qualité dans des délais très courts. De plus, il réduit considérablement le nombre d'étiquettes créées par rapport à l'algorithme standard de programmation dynamique et à l'algorithme multi-directionnel. Les résultats obtenus ont montré que les approches proposées constituent des outils de résolution très efficaces, parfaitement adaptées à la méthode de génération de colonnes. Pour cette raison, nous nous concentrons dans notre troisième contribution sur le développement d'un nouveau cadre de résolution appelé Primal Column Generation Framework qui intègre ces méthodes primales dans un schéma de génération de colonnes. Ceci permet de trouver rapidement et intelligemment les colonnes de coûts réduits négatifs nécessaires en résolvant une séquence de sous-problèmes restreints en fonction des besoins. De plus, ce paradigme primal confère à la génération de colonnes une autonomie et une grande flexibilité. Des résultats expérimentaux montrent que l'outil proposé est capable de trouver des solutions optimales tout en réduisant le temps consommé à résoudre les sous-problèmes par des facteurs allant jusqu'à 7 fois par rapport à un algorithme de génération de colonnes standard. Cela engendre des gains significatifs en matière du temps total de résolution avec un facteur de réduction moyen de 3.5.  ABSTRACT: The shortest path problem with resource constraints is to find a path between two nodes in a network (a source and a sink) at minimum cost while respecting constraints on resource consumption. This problem is a generalization of the classical non constrained shortest path problem. This problem has been largely studied in the literature. We particularly use it as a subproblem to solve crew scheduling and vehicle routing problems by the column generation method. The standard approach to solve the shortest path problem with resource constraints is dynamic programming. This method is an extension of the well-known Bellman-Ford algorithm that takes into account the resource constraints. It constructs a sequence of subpaths originated from the source node, by extending the existing ones to the successor nodes. Each subpath corresponds to a state and is recognized using a label that stores its cost and its resource consumptions. The extension function ensures the elimination of infeasible labels and guarantees the update of costs and resource consumption after each extension. Dominance rules are also used to prohibit the extension of unpromising labels. This approach is able to handle complex working rules like collective agreement rules and other safety rules that may be nonlinear and even non convex. Also, it allows the generation of many feasible solutions (feasible paths) instead of one, which is required in a column generation context. However, when we have to deal with a large number of resources, the number of labels increases exponentially, especially in the case of huge networks of hundreds of thousands of arcs. Consequently, the solution process becomes time consuming and in many cases we are not able to find optimal solutions. Several heuristics have been proposed to handle this situation, some of them dominate on an empirically selected subset of resources, while others used to extend only limited subsets of labels from each node. Of course, given that these methods are not mathematically founded, they offer no guarantee on the quality of the returned solutions. We propose in this work different ideas that are able to handle the drawbacks mentioned above, in order to improve the resolution of the shortest path problem with resource constraints. The proposed methods are primal, exact and take profits from the advantages of dynamic programming. The first contribution of this thesis is a new primal algorithm called the MultiDirectional Dynamic Programming Algorithm. The proposed approach splits the state space into small disjoint subspaces that are sequentially explored in several iterations. Moreover, we propose new learning techniques that allow the proposed algorithm to build on the results of the previous iterations, to reduce the dimension of the subsequent subspaces and to quickly generate better paths. Numerical experiments on Vehicle and Crew Scheduling Problem instances with up to 600.000 nodes and 1.000.000 arcs demonstrate that the new approach outperforms the standard dynamic programming algorithm. In particular, the multidirectional algorithm is able to generate feasible paths with up to 90% of the optimal cost in less than 10% of the time required by standard dynamic programming. Being convinced of the efficiency of the iterative exploration of the state space, we propose in a second contribution another exact primal algorithm called Primal Adjacency-Based algorithm. We first provide a new polyhedral study that allows us to introduce a new path adjacency-based partition of the state space. The proposed algorithm uses this partition to iteratively explore the state space and produces a sequence of sets of feasible paths of non decreasing costs. These paths are used in order to enrich the available primal information which improve the solution process in the subsequent iterations. Computational experiments on the same instances cited above show the excellent performance of this algorithm. Similarly to the multidirectional algorithm, the Primal Adjacency-Based algorithm is able to produce very interesting paths in very limited portions of time. Moreover, it drastically reduces the number of created labels compared to both standard dynamic programming and multidirectional algorithms. The obtained results have shown that the proposed approaches provide a highly efficient solution tool, nicely suitable for the column generation method. For this reason, we focus in our third contribution on developing a new Primal Column Generation framework that embeds these primal methods inside a column generation scheme. This framework allows finding quickly and intelligently the required negative reduced costs columns by solving a sequence of restricted subproblems as needed. Furthermore, this primal paradigm endows the column generation with a self-acting ability and a large degree of flexibility. Computational experiments show that the proposed tool is able to find optimal solutions while reducing the time spent solving subproblems by factors up to 7 times. This yields significant gains in the total solution times with an average reduction factor of 3.5 compared to the standard column generation algorithm.


identifier: Fournier, A. (2018). Détection de programmes malveillants dédiée aux appareils mobiles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La conception d'une méthode efficace de détection de programmes malveillants dédiée aux appareils mobiles se place dans le contexte d'une architecture multiservices centrée sur le paiement mobile appelée ATISCOM. Cette architecture est développée par le Laboratoire de recherche en réseautique et informatique mobile de Polytechnique Montréal en collaboration avec Flexgroups et subventionnée par le CRSNG. Plusieurs enjeux dans ce projet sont dédiés à la sécurité de la plateforme qui est très sensible puisque elle doit manipuler des informations privées et financières et fonctionner en réseau et sur des appareils mobiles. La menace la plus importante pour les téléphones intelligents est celle du malware, ou logiciel malveillant, et ce mémoire propose d'y répondre. Nous avons établi une revue de littérature du domaine de la détection de malware sur Android, la plateforme choisie pour ce projet. Elle montre la présence importante des logiciels malveillants dans les environnements mobiles, la menace qu'ils représentent et leur évolution. Celle-ci décrit ensuite les domaines principaux de l'analyse statique et dynamique, sur serveur et sur appareil mobile. Elle montre de plus la présence grandissante de l'apprentissage automatique, et le meilleur équilibre entre précision et performance des systèmes hybrides. Après analyse des méthodes basées sur l'analyse dynamique (et statique) sur appareil mobile les plus prometteuses, nous distinguons leurs lacunes et décidons de bâtir une architecture client-serveur hybride utilisant l'apprentissage automatique pour pallier à ces dernières. La tâche se révèlera trop importante pour une simple maîtrise et nous concentrerons nos efforts sur une méthode d'analyse statique légère pouvant offrir une précision suffisante et rouler sur mobile. Ceci constituera la première pierre pour construire la méthode hybride de l'architecture idéale.  ABSTRACT: The design of an efficient malware detection method for mobile device is part of the ATISCOM architecture, which aims to be multiservices, centered on mobile payment. This architecture is developed by LARIM at Polytechnique Montreal, with its industrial partner Flexgroups and with the financial help of CRSNG. There are multiple goals in this project dedicated to improve the security of the platform, which is supposed to handle private and financial information on mobile devices and networks, and thus is very sensitive. The main threat for mobile security is mobile malware, and this work tries to answer it. We start this paper with a literature review on malware detection for Android, which will be the chosen platform for this project. It first shows the high and increasing number of malware for smartphones in the news. We then describe the sub-domains, such as static and dynamic analysis, server-side and on-device detection. This also shows that machine learning takes a big chunk of the recent papers in the domain, and that the best compromise between precision and performance is often attained by hybrid systems. We review the latest and most interesting papers in the dynamic analysis sub-domain and a few static analysis papers, all for on-device detection. We list their weaknesses (and also the numbers on performance and precision for future comparison) and decide to make our own machine learning clientserver hybrid method. But it would be too huge a work for a simple master so we'll focus on a lightweight static analysis on-device detection method for starters.


identifier: Tallec, G. (2018). Mise au point d'un échafaudage moléculaire modulable pour le génie tissulaire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les hydrogels sont devenus, au cours des dernières décennies, très populaires, particulièrement dans le domaine du biomédical. Du fait de leur grande ressemblance aux tissus vivants, ils sont fréquemment utilisés dans le génie tissulaire comme échafaudages pour la culture cellulaire. La fonctionnalisation de ces polymères par des biomolécules permet de s'approcher des conditions naturelles des cellules et ainsi d'obtenir des tissus biologiques plus performants pour les applications médicales.  Cependant, malgré les nombreux progrès effectués dans le domaine, l'immobilisation de protéines sur un polymère reste un défi. En effet, les protéines sont des macromolécules fragiles et sensibles à leur environnement. Pour préserver leur bioactivité, il ne faut pas ou peu modifier leur structure et correctement les présenter à leurs partenaires cellulaires. Pour cela, l'utilisation de peptides intermédiaires a fait ses preuves. Parmi eux, le couple Ecoil/Kcoil est particulièrement intéressant du fait de la forte affinité entre les deux peptides et permet également une bonne orientation et présentation du facteur de croissance aux cellules.  L'objectif du projet été de réaliser un hydrogel de dextrane poreux, permettant l'adhésion, la prolifération et la migration des cellules, et fonctionnalisé avec des peptides Kcoils pour permettre l'immobilisation et la relâche contrôlée de facteurs de croissance couplés au peptide Ecoil par génie génétique.  L'immobilisation du Kcoil sur le dextrane s'est révélée délicate due à l'oxydation extrêmement rapide du peptide. Une première étude sur la réduction simultanée à la réaction de greffage a été réalisée, aboutissant au manuscrit « Adequate reducing conditions enable conjugation to polymer by one pot thiol click chemistry », accepté dans le journal Bioconjugate chemistry et présenté dans le chapitre 4 du mémoire.  En parallèle, une autre réaction chimique, la cycloaddition azide/alcyne a été envisagée. Celle-ci a donné des résultats concluants quant au greffage des peptides et a permis de réaliser des tests préliminaires sur les hydrogels. Malheureusement, les propriétés mécaniques et de porosité de l'hydrogel n'ont pas été atteintes pour réaliser une culture cellulaire en son sein.  ABSTRACT: Over the past decades, hydrogels have become very popular, especially in the biomedical field. This can be attributed to the fact that they highly resemble living tissues, and as such are frequently used in tissue engineering as scaffolds for cell culture. Natural cell growth conditions can be approached by functionalizing polymers with biomolecules. This helps achieve more viable biological tissues for medical applications.  Although great progresses were made in this field, immobilizing proteins on polymers is still really challenging. Indeed, proteins are big macromolecules that are extremely delicate and sensitive to their environment. Intermediary peptides can be efficiently used to aid in this step. Among them, the Ecoil/Kcoil pair is particularly interesting because of the high affinity between the two peptides. It also allows for good orientation and presentation of the growth factor to the cells.  This project aims to produce a porous dextran hydrogel, allowing for the adhesion, proliferation and migration of cells. The hydrogel should first be functionalized with Kcoils peptides to allow for the immobilization and controlled release of genetically engineered growth factors that are coupled to the Ecoil peptide.  The immobilization of Kcoil on dextran was made difficult by the extremely fast oxidation of the peptide. A first study, on simultaneous reduction and grafting reaction was carried out, resulting in the manuscript "Adequate Reducing Conditions Enable Conjugation to Polymer by One Pot Thiol Click Chemistry". This manuscript was accepted in the journal Bioconjugate Chemistry and will be presented in Chapter 4 of this master thesis.  Meanwhile, another chemical reaction, the azide/alkyne cycloaddition was considered. It gave conclusive results for the peptide grafting and made it possible to carry out preliminary experiments on the hydrogels. Unfortunately, the hydrogel's mechanical and porosity properties were not suited for cell culture.


identifier: Pourahmad, H. (2018). Simultaneous Manganese Removal and Remineralization of Soft Waters Via Calcite Contactor  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les eaux souterraines représentent 96% de l'approvisionnement en eau douce non gelée et fournissent près de la moitié de l'approvisionnement en eau potable dans le monde. En Amérique du Nord, environ 28% des Canadiens et 44% de la population américaine, vivant principalement en zone rurale, dépendent des eaux souterraines pour leur principale source d'approvisionnement en eau. Des concentrations élevées de manganèse (Mn) existent souvent naturellement dans les eaux souterraines (Civardi & Tompeck, 2015). Bien que la présence de manganèse dans l'eau potable pose des problèmes d'ordre esthétique et opérationnel, (Bouchard et al., 2011) ont indiqué que la consommation d'eau très concentrée en manganèse entraînait une déficience intellectuelle et des désordres neurologiques chez les enfants d'âge scolaire. Par conséquent, Santé Canada (2016) a récemment proposé une limite fondée sur la santé pour protéger les enfants des effets neurotoxiques.  ABSTRACT: Groundwater (GW) accounts for 96% of all unfrozen fresh water supply and provides nearly half of the world's drinking water supply. In North America, approximately 28% of Canadians and 44% of the United States population, mainly living in rural areas, rely on GW as their main water supply. High manganese (Mn) concentrations often naturally exist in GW (Civardi & Tompeck, 2015). Despite the fact that the presence of Mn in finished water causes aesthetic and operational issues, (Bouchard et al., 2011) reported that consumption of water with high Mn concentration led to significant intellectual impairment and neurological disorders in school-age children. Consequently, Health Canada (2016) has recently proposed a health-based limit to protect children from neurotoxic effects.