identifier: Asadishad, B. (2014). Effect of Load on Machine Geometry with Respect to the Weight and Torque  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette étude, une méthode est développée pour estimer et prédire les coefficients d'erreur de la déformation d‟une machine CNC à cinq axes sous différentes conditions de chargement. Pour étudier l'effet de différents poids et les couples sur les erreurs de la machine, les blocs lourds identiques (10 kg chacun) ainsi que des entretoises lumière ont été conçus et fabriqués. Après installer les bocs et les boules sur la palette, la machine sonde les boules pour différents angles indexés par rapport à ses deux axes de rotation (B et C axes) en utilisant les codes G générés par programme RUMBA (the 3D reconfigurable uncalibrated master balls artifact). Au total, il y a 26 types d'erreurs et chaque erreur a maximum de cinq coefficients qui sont appelés coefficients d'erreur estimés. Les données obtenues à partir de la machine sont traitées afin d'estimer les valeurs des coefficients d'erreur pour chaque erreur. Ces derniers permettent d'obtenir les graphiques polynômes de chaque erreur en utilisant leurs coefficients d'erreur. En outre, la matrice de corrélation de Pearson est obtenue pour tous les coefficients d'erreur et des poids et des couples. Les éléments de la matrice de corrélation (entre -1 et 1) indiquent le degré de dépendance de chaque coefficient d'erreur pour les autres coefficients, ainsi que le poids et le couple. Enfin, le procédé d'ajustement de la courbe est utilisé pour modéliser chaque coefficient d'erreur en fonction du poids et du couple. Ceci permet de prédire la valeur du coefficient d'erreur pour toutes les valeurs de poids et de couple supprimant la nécessité l'essai expérimental. L'analyse résiduelle (la différence entre les valeurs expérimentales et les valeurs prédites) est ensuite utilisée pour vérifier l'exactitude du modèle. Les résultats de cette étude montrent que cette méthode est suffisamment précise pour estimer les erreurs de la machines qui est testés (HU40T machine CNC à cinq axes). Le modèle nous permet d'estimer les valeurs des coefficients d'erreur en fonction du poids uniquement, en fonction du couple uniquement et en fonction du poids et du couple simultanément. Cette connaissance est importante pour la compensation d'erreur ou la suppression d'erreur dans la machine pour augmenter la précision de la fabrication.  ABSTRACT: In this study, a method is developed to estimate and predict the error coefficients of a five-axis CNC machine tool deformation under different loading conditions. To study the effect of different weights and torques on the machine errors, identical heavy blocks (10 Kilograms each) as well as light spacers (less than 1 Kilogram) are designed and fabricated. After assembling the blocks and master balls on the pallet, the machine probes the balls for different indexations from the rotary axes (B and C axes) of the machine using G-codes generated from the 3D reconfigurable uncalibrated master balls artefact (RUMBA) program. In total, there are 26 types of errors and each error has maximum five coefficients which are called estimated error coefficients. The raw data obtained from machine is processed to estimate the values of the error coefficients for each error. Then, the polynomial function of each error can be achieved by using their error coefficients. Furthermore, Pearson‟s correlation matrix is obtained for all error coefficients and weights and torques. The elements of the correlation matrix (between -1 and 1) show the extent of dependency of each error coefficient to other coefficients as well as to the weight and torque. Finally, the curve fitting method is used to model each error coefficient as a function of weight and torque. The modeling allows predicting the value of the error coefficient for any weights and torques without doing an experimental test. Residual analysis (difference between the experimental and the predicted values) is then used to verify the accuracy of the modeling. The results of this study show that this method is accurate enough to estimate the errors of the tested machine tool (HU40T 5-axis CNC machine tools). The model enables us to estimate the error coefficient values as a function of weight independently, torque independently and weight and torque simultaneously. This knowledge is important for error compensation or even error removal in machine to increase the precision of the manufacturing.


identifier: Virally, S. (2014). Conception de sources non-classiques dans les fibres optiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les sources non-classiques constituent l'un des éléments indispensables à la réalisation d'un possible futur réseau global de télécommunications qui utiliserait la cryptographie quantique pour sécuriser les échanges. Dans ce travail, nous analysons, d'un point de vue aussi bien théorique que pratique, la conception de sources non-classiques dans les fibres optiques. Ces sources reposent sur des effets non-linéaires qui font apparaître des corrélations fortes entre photons. Des outils de calcul sont proposés pour analyser ces effets non-linéaires, y compris dans le cadre d'une pompe incohérente, ce qui constitue un élément original du travail ici présenté. L'aspect quantifié des sources est traité de manière originale au travers de ses implications statistiques. Là encore, des outils pratiques de conception sont développés. Ces outils permettent de déterminer à l'avance l'état quantique du signal en sortie de source. Enfin, ce travail met en avant des applications pratiques des concepts développés, avec en particulier la conception d'une nouvelle fibre et les premières étapes de la réalisation d'une source de photons intriqués en polarisation, fondée sur une instabilité de modulation vectorielle de type orthogonal, dans le domaine des longueurs d'ondes des réseaux de télécommunications.  ABSTRACT: The goal of this work is to provide theoretical and experimental tools for the analysis of optical bre-based nonclassical sources. Strong correlations lie at the heart of nonclassical sources. In optical bers, these correlations are provided by nonlinear processes. The analysis of such processes requires a number of theoretical steps that are explored in this work. This includes a novel approach to treat the case of an incoherent pump, which may constitute the beginning of a comprehensive treatment of incoherent nonlinear optics. Instead of using the heavy quantum formalism to describe the discretized aspect of these sources, a statistical approach is favored. This approach enables a complete determination of the output quantum state, used as a predictor for the implemented source. The last part describes practical applications of all the concepts introduced in the work. In particular, we show the rst steps in the implementation of a source of polarization-entangled photons in the ber optics telecommunication bandwidth. This source is based on vectorial modulation instabilities with the polarization of the daughter photons orthogonal to that of the pump. The design requires the use of a novel optical ber that was developed in the course of this work.


identifier: Proulx, S. (2014). Génération de scénarios par quantification optimale en dimension élevée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation stochastique est une branche de la recherche opérationnelle qui traite de problèmes d'optimisation impliquant des phénomènes aléatoires. Le programme mathématique, défini par une fonction objectif et des contraintes, contient alors une ou plusieurs variables aléatoires et est appelé programme stochastique. Avant de procéder à sa résolution, on doit d'abord modéliser le vecteur aléatoire apparaissant dans le problème. Or, il n'est généralement pas possible de résoudre un programme stochastique pour lequel le support des variables aléatoires est infini, tel que les distributions continues. On doit donc discrétiser la loi probabiliste sur un ensemble fini de réalisations, appelées scénarios, auxquelles on assigne une probabilité. Leur quantité est choisie en fonction du temps de convergence numérique et de la finesse de l'approximation désirés. L'objectif principal de ce mémoire est de développer des méthodes de génération de scénarios permettant d'obtenir des solutions près de l'optimalité pour les programmes stochastiques comprenant des vecteurs aléatoires en haute dimension. Il existe plusieurs méthodes de génération de scénarios, dont la plus courante est l'échantillonnage pur et consiste à tirer les scénarios au hasard à partir de la distribution estimée du vecteur aléatoire. Cependant, les scénarios obtenus par échantillonnage pur sont rarement ceux qui représentent le mieux la loi de probabilités. Dans ce mémoire, nous justifions à l'aide de résultats théoriques et expérimentaux que les scénarios devraient plutôt être générés  par la méthode de quantification optimale. Nous montrons ensuite que lorsque le nombre de donnes tend vers l'infini, les problèmes de k-médianes et k-moyennes sont équivalents à la quantification optimale avec les normes L1 et L2 respectivement. Les techniques développées pour générer les scénarios sont donc inspirées d'algorithmes de partitionnement de données. Il n'est pas toujours possible d'estimer avec confiance la distribution d'un vecteur aléatoire à partir d'un ensemble de données. Le cas où la distribution est connue (ou estimable) est donc traité séparément de celui où elle ne l'est pas. Lorsque la distribution est connue et que le problème ne contient qu'une seule variable aléatoire, nous utilisons l'algorithme de Lloyd qui nous permet d'atteindre le minimum global des problèmes de k-moyennes et k-médianes continus. Dans le cas multidimensionnel, nous choisirons plutôt la méthode de quantification vectorielle par apprentissage compétitif (QVAC). La quantification optimale suggéré l'utilisation de la distance induite par la norme L1, puisqu'elle permet d'établir une borne supérieure sur l'erreur de discrétisation du programme stochastique. Afin de quantifier le vecteur aléatoire avec la norme L1, nous adaptons le paramètre de saut de la QVAC, qui est généralement utilisé avec la distance euclidienne. Nous trouvons cependant que la borne supérieure sur l'erreur de discrétisation peut être beaucoup plus grande que l'erreur elle-même. On en déduit que la norme L2 peut également être utilisée pour générer les scénarios et offre une plus grande couverture des événements extrêmes. Lorsque la distribution n'est pas connue, nous utilisons les algorithmes d'échange des centres et de Lloyd (k-médianes et k-moyennes) qui permettent de générer les scénarios directement à partir des données. Dans le dernier chapitre, on analyse entre autres les effets du nombre de scénarios, de la norme utilisée, de la variance et de la dimension du vecteur aléatoire sur nos méthodes de génération de scénarios. On observe sans surprises qu'il est particulièrement difficile d'obtenir des solutions de qualité lorsque la dimension est élevée. Trois méthodes sont donc proposées pour réduire la dimension effective du problème, dont l'analyse par composantes principales et les copules. Parmi celles-ci, on constate cependant que seule l'analyse par composantes principales permet de réduire les coûts de l'optimisation stochastique en dimension élevée. Les scénarios sont testés sur le problème du vendeur de journaux, où la demande suit une loi log-normale ainsi que sur une application réelle à partir d'un ensemble de données historiques lié à la confection d'horaire de personnels. Les solutions de l'optimisation stochastique à partir des méthodes de génération de scénarios proposées ont été comparées à celles obtenues par échantillonnage pur et par l'optimisation déterministe. Pour le problème du vendeur de journaux avec distribution de probabilités connue, des gains substantiels de nos méthodes sont observés pour la quasi-totalité des instances étudiées. Lorsque la distribution n'est pas connue, nos méthodes induisent des erreurs de discrétisation moins de 340 fois plus petites que celles de l'optimisation déterministe avec 100 scénarios. Les erreurs obtenues par les algorithmes d'échange des centres et de Lloyd sont similaires, mais ce dernier reste généralement plus pratique à cause de sa simplicité et sa rapidité d'exécution. Dans le cas du problème de confection d'horaires, nous utilisons toutefois l'algorithme d'échange des centres puisqu'il permet de générer des scénarios de la demande en nombres entiers. Malgré la dimension élevée du problème et les faibles variances, nos méthodes de génération de scénarios permettent tout de même d'obtenir des gains modestes par rapport à l'optimisation déterministe.  ABSTRACT: Stochastic optimization is a branch of operations research that deals with optimization problems involving random processes. The mathematical program dened by the objective function and the constraints then contains one or several random variables and is called stochastic program. Prior to its resolution, we must rst model the random vector appearing in the problem. However, it is generally not possible to solve a stochastic program for which the support of the random variables is innite, such as continuous distributions. Therefore, we must discretize the probabilistic law over a nite set of events, called scenarios, to which we assign probabilities. Their quantity is chosen according to the desired convergence time and discretization precision. The main objective of this paper is to develop scenario generation methods that lead to near optimal solutions of the stochastic program containing high dimensional random vectors. There are several methods for generating scenarios, amongst which the most common is pure sampling and consists in randomly selecting scenarios from the estimated distribution. However, the scenarios obtained by pure sampling are rarely those which represent the law of probability best. In this paper, we justify using experimental and theoretical results that the scenarios should rather be generated dy optimal quantization. We then show that when the data set is innite, the clustering analysis k-means and k-medians problems are equivalent to optimal quantization with L1 and L2 norm respectively. As a result, the techniques developed for generating scenarios are inspired by clustering analysis algorithms. It is not always possible to condently estimate the distribution of a random vector from data. The cases where the probability distribution is known (or can be estimated) and unknown are thus treated separately. In the event where the probability law is known and the problem includes a single random variable, we use Lloyd's algorithm, which converges to the global minimum of the continuous k-medians and k-means problems. In the multivariate cases, we will rather chose the competitive learning vector quantization (CLVQ) method. Optimal quantization suggests the use of the L1-norm, since it allows us to establish an upper bound on the stochastic program discretization error. In order to quantify the random vector with the L1-norm, we adapt the CLVQ step parameter, which is ordinarily used with euclidean distance. However, we nd that the upper bound on the discretization error may be much larger than the error itself. Hence, we deduce that the L2-norm may also be used to generate scenarios and provides greater coverage of extreme events. When the distribution is unknown, we use the swapping centers and Lloyd (k-medians and k-means) algorithms that allow direct scenario generation from the data. In the last chapter, we analyze the eects of the number of scenarios, norm, variance and dimension of the random vector on our scenario generation methods. As expected, we observe that it is particularly dicult to obtain quality solutions when the dimension is high. Three methods are then proposed to reduce the eective dimensionality of the problem, including principal components analysis and copulas. Amongst these, it is noted that only principal components analysis reduces the costs of high-dimensional stochastic optimization. Our scenarios are tested on a virtual news vendor problem, where demand follows a log-normal distribution, and on a real data set for employee scheduling. The stochastic optimization solutions obtained by our methods are compared to those of pure sampling and deterministic optimization. For the news vendor problem with known probability distribution, substantial gains of our methods are observed for almost all instances studied. When the distribution is unknown, our methods induce costs less than 340 times that of deterministic optimization with 100 scenarios. The discretization errors obtained by the swapping center algorithm and Lloyd's method are similar, but the latter is most appealing due to its simplicity and execution speed. Nonetheless, for the employee scheduling problem, we still use the swapping algorithm since it allows us to generate integer scenarios of demand. Despite the high dimensionality of the problem and low variances, our scenario generation methods allow modest prots compared to deterministic optimization.


identifier: Riquelme Rodriguez, J. P. (2014). Le problème périodique de tournées sur les arcs avec contraintes de capacité et de gestion de stocks  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse, on introduit le problème périodique de tournées sur les arcs avec contraintes de capacité et de gestion de stocks. Les arêtes d'un réseau représentent les clients qui nécessitent une certaine quantité de matériel. Ce matériel est mis en inventaire et consommé au cours du temps. Les besoins de réapprovisionnement indiquent la nature périodique du problème. Les exemples d'applications de ce problème sont l'arrosage des chemins de terre dans les mines à ciel ouvert pour supprimer la poussière, l'arrosage des routes dans les réseaux forestiers et l'arrosage des plantes sur les trottoirs des rues. On prend l'application de l'arrosage des routes dans les mines à ciel ouvert. Un camion-citerne se déplace le long des routes en arrosant de l'eau pour supprimer la poussière. À cause de sa capacité limitée, le camion doit retourner au dépôt avant de commencer une nouvelle tournée. À cause de l'évaporation de l'eau, l'humidité sur les routes diminue en fonction du temps. Les routes ont besoin d'un certain niveau d'humidité pour retenir efficacement les particules de poussière. Une pénurie  arrive lorsque le niveau d'humidité se trouve en dessous du niveau requis. L'objectif de cette étude est de trouver un ensemble de tournées qui débutent et finissent au dépôt de telle façon que les coûts de pénalité liés à la pénurie, ainsi que les coûts de routage soient minimisés. Parce que l'ordre dans lequel les arêtes sont traversées et arrosées affecte le moment où l'humidité est restaurée, des décisions sur le routage et la gestion de l'inventaire sont prises simultanément. Ce problème a été traité pour les tournées sur les nœuds, i.e., les clients sont situés aux nœuds du réseau, et il est appelé Inventory Routing Problem.  Cependant, il n'a pas été traité dans le domaine de tournées sur les arcs. Étant donné la capacité limitée du camion et la nature périodique du remplissage, on considère cette application comme un problème périodique de tournées sur les arcs avec contraintes de capacité (PCARP). Au début, on considère le cas du problème d'arrosage où il n'existe qu'un seul dépôt (réservoir d'eau) dans le réseau et un seul camion-citerne. On travaille sur un réseau mixte dans lequel, pour chaque arête, il y a deux arcs, un dans chaque direction de traverse. Il y a aussi une boucle artificielle au dépôt qui représente le remplissage du camion. L'horizon de temps est divisé en périodes de temps de même durée.  Les coûts et les quantités en inventaire sont calculés pour chaque période de temps. On élabore un modèle de programmation linéaire en nombres entiers qui est testé pour des exemplaires connus du problème de tournées sur les arcs avec contraintes de capacité (CARP). La solution indique la séquence optimale de traverse et d'arrosage des arêtes, le remplissage du camion au dépôt, s'il a lieu, et les coûts totaux de routage et de pénalité pour la pénurie sur le niveau d'humidité. Les limites de ce modèle sont établies en fonction de la taille des réseaux et de la longueur de l'horizon de temps qu'on est capable de résoudre. On est capable de trouver la solution optimale pour des réseaux avec 40 à 55 arêtes pour 20 à 30 périodes de temps. Ce qui correspond à un horizon de temps de 30 minutes en réalité. Deux situations sont testées, lorsque la quantité d'eau arrosée aux arêtes est variable ou constante. Les résultats sont présentés pour valider les deux situations. La contribution de cette première approche est le modèle mathématique pour résoudre le problème d'arrosage des routes dans les mines à ciel ouvert. La deuxième approche a pour objectif de résoudre des exemplaires de plus grande taille et pour un horizon de temps plus long. On modifie le modèle mathématique pour inclure plus d'un véhicule et un seul dépôt. Avec ces modifications on est capable de trouver la solution optimale pour un exemplaire de petite taille, 11 arêtes, pour un horizon de temps de 20 minutes. Pour résoudre des exemplaires de plus grande taille et incrémenter l'horizon de temps, on utilise un algorithme heuristique appelé adaptive large neighborhood search (ALNS). L'ALNS se compose de huit opérateurs de destruction et de réparation choisis au hasard pour modifier la solution existante à chaque itération. La performance des opérateurs détermine la probabilité d'être choisi aux itérations suivantes. Une meilleure performance de l'opérateur, en termes d'amélioration de la solution existante, correspond à une plus grande probabilité d'être choisi. On utilise un ensemble d'exemplaires du CARP et un ensemble d'exemplaires créé à partir des réseaux  de mines à ciel ouvert réels. Cette heuristique est capable de trouver une solution réalisable pour un horizon de temps de 300 minutes. Les opérateurs sont testés individuellement et en les combinant entre eux en utilisant un critère d'arrêt de 25000 itérations. On trouve la combinaison qui obtient la meilleure amélioration du coût total pour chaque ensemble d'exemplaires.  Les contributions de cette approche sont la modification du modèle mathématique afin d'inclure plus d'un véhicule et l'application de l'heuristique ALNS pour obtenir une solution à ce nouveau problème. Finalement, un dernier problème est abordé. Il consiste à localiser un ou plusieurs dépôts (réservoirs d'eau) le long des nœuds du réseau pour réduire les coûts de pénurie et de routage du problème d'arrosage des routes dans les mines à ciel ouvert. Comme l'activité principale se trouve sur les arêtes du réseau, ce problème correspond à un problème de localisation et de tournées sur les arcs (LARP) avec une composante périodique. Ce problème a été traité pour les tournées sur les nœuds. Cependant, il n'y a pas une autre application dans laquelle la localisation des dépôts est faite dans le domaine des problèmes périodiques de tournées sur les arcs. On prend des décisions à long terme telles que la localisation des dépôts et des décisions à court terme telles que le routage et la gestion des stocks. Pour cette raison, plusieurs scénarios sont testés et leur coût moyen est ajouté aux coûts de localisation des dépôts afin d'obtenir un coût total pour le problème. Les scénarios sont le résultat de changements dans les paramètres du problème qui peuvent se produire sur un horizon de planification à long terme. Trois algorithmes de localisation sont utilisés pour obtenir une solution initiale à la localisation d'un et de plusieurs dépôts. Ces algorithmes suivent le processus  Location, allocation and Routing (L-A-R), une méthode divisée en trois parties : premièrement, on place les dépôts sur les nœuds du réseau, puis on affecte les arêtes aux camions et finalement on trouve une tournée. L'heuristique ALNS développée pour l'approche précédente est adaptée et utilisée pour améliorer la solution.  On compare la localisation d'un dépôt \`a différents endroits. On compare aussi les trois algorithmes de localisation. La contribution de cette partie est le développement d'un algorithme appliqué à la localisation de dépôts pour un problème périodique de tournées sur les arcs avec contraintes de capacité.  ABSTRACT: This dissertation introduces the periodic capacitated arc routing problem with inventory constraints. The edges of a network act as customers that require a certain quantity of material. It is then held as inventory and consumed over time. The need for replenishment of the consumed material explains the periodic nature of the problem. Some examples of applications of this problem are the road watering in open-pit mine roads to suppress dust, road watering in forest roads and plant watering on street medians and sidewalks. This work focuses on the application of road watering in open-pit mines. A water truck travels along the roads of a mine spraying water to suppress dust. Because of its limited capacity, the truck needs to replenish at a water depot before starting a new route. Due to water evaporation, the humidity on the roads decreases over time. Roads require a certain amount of humidity to effectively retain dust particles. A shortage happens when the humidity level drops below the required level. The objective of this thesis is to find a set of routes that start and end at the depot so that the penalty costs associated with shortage, as well as the routing costs are minimized. Because the order in which roads are traversed and watered affects their humidity level, routing and inventory decisions are made simultaneously. This problem has been treated for node routing, i.e., the customers are located at the nodes of the network, and it is called the Inventory Routing Problem. However, it has not being addressed in the arc routing domain. This problem is modeled as a periodic capacitated arc routing problem due to capacity constraints and the frequency of service. The first case studied is where there is only one water depot and one vehicle to travel along the network. A mathematical model is developed using a mixed network. For each edge, there are two arcs that correspond to the direction in which the edge can be traversed. There is an artificial loop at the depot that represents the refill of the truck. The time horizon is divided in time periods of equal duration. Costs and inventory levels are calculated for each time period. The model is tested for known instances of the capacitated arc routing problem (CARP). It is able to solve to optimality networks of 40 to 55 edges for a time horizon of 20 to 30 periods. Two situations are considered where the quantity of water delivered to the edges is variable and constant. Results are reported to validate both situations. The contribution of this first approach is the mathematical model to solve the road watering problem. The mathematical model is then modified to include more than one vehicle. As the number of variables increases, it is capable of solving to optimality a network of 11 edges for a time horizon of less than 30 time periods. An adaptive large neighborhood search (ALNS) heuristic is developed to solve larger networks for a longer time horizon. It is able to provide a feasible solution for networks up to 55 edges and a time horizon of 300 time periods. The ALNS consists of an initial solution obtained using a construction algorithm and eight destroy-repair operators that are randomly selected to modify the initial solution at each iteration of the algorithm. The performance of these operators determines the probability of being selected for the next iteration. A better performance of the operator, in terms of improving the existing solution, corresponds to a higher probability of being selected. The operators are tested individually and in different combinations. The best combination is selected for each set of instances. Apart from the CARP instances, ten instances are created to test the algorithm. These new instances correspond to road networks of real open-pit mines. The contributions of this approach are the modification of the mathematical model to include more than one vehicle and the application of the ALNS to obtain a solution for this new problem. Finally, a new problem is addressed. It consists in the location of one or more water depots along the nodes of the network to reduce the shortage and routing costs. Because the solution is obtained by servicing the edges of a network, this problem corresponds to a location arc routing problem (LARP) with a periodic component. This problem has only been treated in the node routing domain. No other application has been studied for location in the arc routing domain.  Long term decisions, such as depot location, are combined with short term decisions, such as routing and inventory replenishment. Several scenarios are tested and their average cost is added to the depot placement costs in order to obtain a total cost. These scenarios are the result of changes in the parameters of the problem that can occur over a long planning horizon. Three location algorithms are used to obtain an initial solution to the location of one and several depots. The algorithms follow a location, allocation and routing (L-A-R) approach in which, first the depots are placed, then the edges are assigned to the service trucks and finally, a route is formed. The ALNS developed for the previous approach is adapted and used to improve the solution. The contribution is an algorithm applied to the location of depots for a periodic capacitated arc routing problem.


identifier: Delattre, B. (2014). Étude d'un concept de cœur hybride refroidi à l'eau supercritique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Face à la problématique climatique et énergétique actuelle, le Canada a choisi de développer le réacteur refroidi par de l'eau à l'état supercritique (SCWR). Pouvant s'inspirer de l'architecture à tube de force des réacteurs CANDU-6 actuels, ce choix technologique permet au Canada d'économiser une partie des efforts qu'aurait nécessité le développement d'un nouveau modèle de réacteur. En effet, ce type de réacteur permettrait d'atteindre une plus grande efficacité énergétique tout en satisfaisant d'autres critères essentiels concernant la sûreté, sécurité, non prolifération. Cependant, les défis technologiques sont encore nombreux à relever pour satisfaire les contraintes imposées par l'utilisation de l'eau à l'état supercritique. Ainsi, les matériaux à utiliser sont encore à déterminer car ils devront pourvoir supporter les contraintes particulières des conditions de l'eau supercritique comme une pression de 25MPa et une température du caloporteur pouvant aller jusqu'à 650◦C. Ainsi les matériaux en contact avec l'eau supercritique devront éviter de subir une corrosion trop importante tout en conservant des propriétés de transparence neutronique satisfaisantes. De plus, l'utilisation de l'eau légère comme caloporteur rend l'absorption neutronique plus importante que dans un réacteur CANDU actuel où c'est l'eau lourde qui est utilisée à cette fin. Parmi les problèmes restant à résoudre pour le développement d'un réacteur de type SCWR figure aussi celui du coefficient de vide positif et des problèmes de sûreté conséquents. Dès lors, à l'exclusion d'une résolution directe de ces problèmes en vue de mettre en place un réacteur SCWR tel que pensé jusqu'ici, il existe certaines réponses permettant de s'approcher d'un modèle de réacteur SCWR. Parmi celles-ci, la nécessité de réaliser certains compromis afin de minimiser les contraintes et les inconvénients d'un réacteur SCWR constitue une option intéressante et digne d'attention. Des travaux préliminaires ont ainsi permis d'avancer la réflexion en ce sens. Prenant ces origines dans des études préliminaires d'optimisation de cycle pour des réacteurs supercritiques et sur la modélisation thermohydraulique d'un canal refroidi par de l'eau supercritique, un concept de réacteur hybride comportant deux types de canaux a vu le jour. Il est ainsi permis d'imaginer un réacteur avec une architecture à tubes de force mais présentant cette fois ci deux types de canaux : — Des canaux à l'intérieur desquels règnent des conditions thermodynamiques offrant un passage de l'eau à l'état supercritique et ainsi permettre un transfert de chaleur avantageux.  ABSTRACT: Facing the current weather and energy global problem, Canada chose to develop a reactor cooled by water at supercritical conditions (SCWR). Inspired by the current CANDU-6 pressure tube technology, this concept should allow to save a substantial amount of efforts for developping a brand new kind of reactor by using the well-known pressure tube CANDU design. In fact, this type of reactor should be able to reach a better energy efficiency as well as other essential criteria about safety, security, non-proliferation... Nevertheless, there are still a lot of technology challenges to be dealt with to satisfy the differents obligations related to the use of supercritical water (SCW). Thus, materials to use remain undetermined because of a 25 MPa operating pressure and a 650◦C temperature for the SCW coolant. Actually, materials in presence of SCW should be able to avoid too much corrosion and remain low neutrons absorbers. Additionnaly, the use of a light water coolant makes the neutronic absorption more important than in CANDU heavy-water cooled reactors. Additionally, a positive coolant void reactivity (CVR) and safety related problem remains among the challenges to overcome for developping a SCWR. Bringing about a solutions to all these problems remains very difficult and that's why some concessions on these criteria have to be made in order to achieve a viable reactor. This study presents some thougts and works in that direction. Originally developped in early studies about thermodynamic cycle optimization for a SCW power plant, a new hybrid reactor concept with two channels types has arise. To this purpose, we imagine a pressure tube core design but with two different types of channels: — Some channels have thermodynamic conditions where water goes through a supercrit- ical state. — The other channels have "CANDU like" thermodynamic conditions allowing the flow of pressurized light water under sub-critical conditions. These two kinds of features should mitigate the drawbacks and constraints of a whole SCWR core while keeping some of the benefit of the SCW use (improved energy efficiency). The aim of this study is to determine whether or not this kind of hybrid core with two types of channels is viable. To this purpose we used neutronics as thermalhydraulic models.


identifier: Gauthier, F. (2014). Reverse-Engineering and Analysis of Access Control Models in Web Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, les applications Web sont omniprésentes et gèrent des quantités toujours plus importantes de données confidentielles. Afin de protéger ces données contre les attaques d'usagers mal intentionnés, des mécanismes de sécurité doivent être mis en place. Toutefois, sécuriser un logiciel est une tâche extrêmement ardue puisqu'une seule brèche est souvent suffisante pour compromettre la sécurité d'un système tout entier. Il n'est donc pas surprenant de constater que jour après jour les nouvelles font état de cyber attaques et de fuites de données confidentielles dans les systèmes informatiques. Afin de donner au lecteur une vague idée de l'ampleur du problème, considérons que différents organismes spécialisés en sécurité informatique rapportent qu'entre 85% et 98% des sites Web contiennent au moins une vulnérabilité sérieuse. Dans le cadre de cette thèse, nous nous concentrerons sur un aspect particulier de la sécurité logicielle, à savoir les modèles de contrôle d'accès. Les modèles de contrôle d'accès définissent les actions qu'un usager peut et ne peut pas faire dans un système. Malheureusement, années après années, les failles dans les modèles de contrôle d'accès trônent au sommet des palmarès des failles les plus communes et les plus critiques dans les applications Web. Toutefois, contrairement à d'autres types de faille de sécurité comme les injections SQL (SQLi) et le cross-site scripting (XSS), les failles de contrôle d'accès ont comparativement reçu peu d'attention de la communauté de recherche scientifique. Par ce travail de recherche, nous espérons renverser cette tendance. Bien que la sécurité des applications et les modèles de contrôle d'accès constituent les principaux thèmes sous-jacents de cette thèse, notre travail de recherche est aussi fortement teinté par le génie logiciel. Vous observerez en effet que notre travail s'applique toujours à des applications réelles et que les approches que nous développons sont toujours construites de manière à minimiser le fardeau de travail supplémentaire pour les développeurs. En d'autres mots, cette thèse porte sur la sécurité des applications en pratique. Dans le contexte de cette thèse, nous aborderons l'imposant défi d'investiguer des modèles de contrôle d'accès non spécifiés et souvent non documentés, tels que rencontrés dans les applications Web en code ouvert. En effet, les failles de contrôle d'accès se manifestent lorsqu'un usager est en mesure de faire des actions qu'il ne devrait pas pouvoir faire ou d'accéder à des données auxquelles il ne devrait pas avoir accès. En absence de spécifications de sécurité, déterminer qui devrait avoir les autorisations pour effectuer certaines actions ou accéder à certaines données n'est pas simple. Afin de surmonter ce défi, nous avons d'abord développé une nouvelle approche, appelée analyse de Traversement de Patrons de Sécurité (TPS), afin de faire la rétro-ingénierie de modèles de contrôle d'accès à partir du code source d'applications Web et ce, d'une manière rapide, précise et évolutive. Les résultats de l'analyse TPS donnent un portrait du modèle de contrôle d'accès tel qu'implémenté dans une application et servent de point de départ à des analyses plus poussées.  Par exemple, les applications Web réelles comprennent souvent des centaines de privilèges qui protègent plusieurs centaines de fonctions et modules différents. En conséquence, les modèles de contrôle d'accès, tel qu'extraits par l'analyse TPS, peuvent être difficiles à interpréter du point de vue du développeur, principalement à cause de leurs taille. Afin de surmonter cette limitation, nous avons exploré comment l'analyse formelle de concepts peut faciliter la compréhension des modèles extraits en fournissant un support visuel ainsi qu'un cadre formel de raisonnement. Les résultats ont en effet démontrés que l'analyse formelle de concepts permet de mettre en lumière plusieurs propriétés des modèles de contrôle d'accès qui sont enfouies profondément dans le code des applications, qui sont invisibles aux administrateurs et aux développeurs, et qui peuvent causer des incompréhensions et des failles de sécurité. Au fil de nos investigations et de nos observations de plusieurs modèles de contrôle d'accès, nous avons aussi identifié des patrons récurrents, problématiques et indépendants des applications qui mènent à des failles de contrôle d'accès. La seconde partie de cette thèse présente les approches que nous avons développées afin de tirer profit des résultats de l'analyse TPS pour identifier automatiquement plusieurs types de failles de contrôle d'accès communes comme les vulnérabilités de navigation forcée, les erreurs sémantiques et les failles basées sur les clones à protection incohérentes. Chacune de ces approches interprète en effet les résultats de l'analyse TPS sous des angles différents afin d'identifier différents types de vulnérabilités dans les modèles de contrôle d'accès. Les vulnérabilités de navigation forcée se produisent lorsque des ressources sensibles ne sont pas adéquatement protégées contre les accès direct à leur URL. En utilisant les résultats de l'analyse TPS, nous avons montré comment nous sommes en mesure de détecter ces vulnérabilités de manière précise et très rapide (jusqu'à 890 fois plus rapidement que l'état de l'art).  Les erreurs sémantiques se produisent quand des ressources sensibles sont protégées par des privilèges qui sont sémantiquement incorrects. Afin d'illustrer notre propos, dans le contexte d'une application Web, protéger l'accès à des ressources administratives avec un privilège destiné à restreindre le téléversement de fichiers est un exemple d'erreur sémantique. À notre connaissance, nous avons été les premiers à nous attaquer à ce problème et à identifier avec succès des erreurs sémantiques dans des modèles de contrôle d'accès. Nous avons obtenu de tels résultats en interprétant les résultats de l'analyse TPS à la lumière d'une technique de traitement de la langue naturelle appelée Latent Dirichlet Allocation. Finalement, en investiguant les résultats de l'analyse TPS à la lumière des informations fournies par une analyse de clones logiciels, nous avons été en mesure d'identifier davantage de nouvelles failles de contrôle d'accès. En résumé, nous avons exploré l'intuition selon laquelle il est attendu que les clones logiciels, qui sont des blocs de code syntaxiquement similaires, effectuent des opérations similaires dans un système et, conséquemment, qu'ils soient protégés de manière similaire. En investiguant les clones qui ne sont pas protégés de manière similaire, nous avons effectivement été en mesure de détecter et rapporter plusieurs nouvelles failles de sécurité dans les systèmes étudiés. En dépit des progrès significatifs que nous avons accomplis dans cette thèse, la recherche sur les modèles de contrôle d'accès et les failles de contrôle d'accès, spécialement d'un point de vue pratique n'en est encore qu'à ses débuts. D'un point de vue de génie logiciel, il reste encore beaucoup de travail à accomplir en ce qui concerne l'extraction, la modélisation, la compréhension et les tests de modèles de contrôle d'accès. Tout au long de cette thèse, nous discuterons comment les travaux présentés peuvent soutenir ces activités et suggérerons plusieurs avenues de recherche à explorer.  ABSTRACT: Nowadays, Web applications are ubiquitous and deal with increasingly large amounts of confidential data. In order to protect these data from malicious users, security mechanisms must be put in place. Securing software, however, is an extremely difficult task since a single breach is often sufficient to compromise the security of a system. Therefore, it is not surprising that day after day, we hear about cyberattacks and confidential data leaks in the news. To give the reader an idea, various reports suggest that between 85% and 98% of websites contain at least one serious vulnerability.  In this thesis, we focus on one particular aspect of software security that is access control models. Access control models are critical security components that define the actions a user can and cannot do in a system. Year after year, several security organizations report access control flaws among the most prevalent and critical flaws in Web applications. However, contrary to other types of security flaws such as SQL injection (SQLi) and cross-site scripting (XSS), access control flaws comparatively received little attention from the research community. This research work attempts to reverse this trend. While application security and access control models are the main underlying themes of this thesis, our research work is also strongly anchored in software engineering. You will observe that our work is always based on real-world Web applications and that the approaches we developed are always built in such a way as to minimize the amount of work on that is required from developers. In other words, this thesis is about practical software security. In the context of this thesis, we tackle the highly challenging problem of investigating unspecified and often undocumented access control models in open source Web applications. Indeed, access control flaws occur when some user is able to perform operations he should not be able to do or access data he should be denied access to. In the absence of security specifications, determining who should have the authorization to perform specific operations or access specific data is not straightforward. In order to overcome this challenge, we first developed a novel approach, called the Security Pattern Traversal (SPT) analysis, to reverse-engineer access control models from the source code of applications in a fast, precise and scalable manner. Results from SPT analysis give a portrait of the access control model as implemented in an application and serve as a baseline for further analyzes.  For example, real-world Web application, often define several hundred privileges that protect hundreds of different functions and modules. As a consequence, access control models, as reverse-engineered by SPT analysis, can be difficult to interpret from a developer point of view, due to their size. In order to provide better support to developers, we explored how Formal Concept Analysis (FCA) could facilitate comprehension by providing visual support as well as automated reasoning about the extracted access control models. Results indeed revealed how FCA could highlight properties about implemented access control models that are buried deep into the source code of applications, that are invisible to administrators and developers, and that can cause misunderstandings and vulnerabilities. Through investigation and observation of several Web applications, we also identified recurring and cross-application error-prone patterns in access control models. The second half of this thesis presents the approaches we developed to leverage SPT results to automatically capture these patterns that lead to access control flaws such as forced browsing vulnerabilities, semantic errors and security-discordant clone based errors. Each of these approaches interpret SPT analysis results from different angles to identify different kinds of access control flaws in Web applications. Forced browsing vulnerabilities occur when security-sensitive resources are not protected against direct access to their URL. Using results from SPT, we showed how we can detect such vulnerabilities in a precise and very fast (up to 890 times faster than state of the art) way.  Semantic errors occur when security-sensitive resources are protected by semantically wrong privileges. To give the reader an idea, in the context of a Web application, protecting access to administrative resources with a privilege that is designed to restrict file uploads is an example of semantic error. To our knowledge, we were the first to tackle this problem and to successfully detect semantic errors in access control models. We achieved such results by interpreting results from SPT in the light of a natural language processing technique called Latent Dirichlet Allocation.  Finally, by investigating SPT results in the light of software clones, we were able to detect yet other novel access control flaws. Simply put, we explored the intuition that code clones, that are blocks of code that are syntactically similar, are expected to perform similar operations in a system and, consequently, be protected by similar privileges. By investigating clones that are protected in different ways, called security-discordant clones, we were able to report several novel access control flaws in the investigated systems. Despite the significant advancements that were made through this thesis, research on access control models and access control flaws, especially from a practical, application-centric point of view, is still in the early stages. From a software engineering perspective, a lot of work remains to be done from the extraction, modelling, understanding and testing perspectives. Throughout this thesis we discuss how the presented work can help in these perspectives and suggest further lines of research.


identifier: Sarcher, A. (2014). Mouvements du membre supérieur chez les enfants hémiplégiques spastiques : analyse cinématique et électromyographique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les enfants avec une hémiplégie spastique présentent des troubles sensorimoteurs à un de leurs membres supérieurs qui limitent leur fonction, surtout dans le mouvement d'extension et de supination du coude. Une analyse quantitative et objective des mouvements de ces enfants est nécessaire pour comprendre les causes de cette limitation fonctionnelle au niveau du coude, et ainsi cibler les muscles atteints avec des traitements et thérapies spécifiques. Grâce aux mesures cinématiques et électromyographiques et à l'utilisation d'un modèle musculo-squelettique fiable et précis, l'objectif de ce mémoire est d'analyser le comportement du bras atteint et du bras non atteint des enfants avec une hémiplégie spastique, lors de mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination du coude, en étudiant les limitations d'amplitude articulaire et l'activation musculaire relative à ces mouvements. 15 enfants avec une hémiplégie spastique (huit garçons, moyenne d'âge 8.7 ans, écart-type 2.2 ans) et 15 enfants avec un développement normal (neuf garçons, moyenne d'âge 9.3 ans écart-type 2.0 ans) ont participé à cette étude. Un système d'analyse 3D du mouvement T40S, VICON, Oxford) a enregistré la cinématique de 29 capteurs rétro-réfléchissants placés d'un seul côté du corps des enfants sur des repères anatomiques de la main, de l'avant-bras, du bras, de l'épaule et du thorax, à une fréquence d'acquisition de 100Hz. La position de ces marqueurs était définie par le modèle musculo-squelettique raffiné du membre supérieur utilisé. L'activation musculaire de six muscles responsables de l'extension (triceps brachii), de la flexion (biceps brachii, brachioradialis, brachialis), de la pronation (pronateurs teres et quadratus) et de la supination (biceps brachii) a été enregistrée avec un système d'électromyographie de surface sans fil (BTS Bioengineering, Milan, Italy). Les enfants ont réalisé plusieurs cycles de huit tâches distinctes randomisées : des mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination maximales à trois fréquences de mouvement différentes (0.35Hz,0.50Hz, 0.65Hz), ainsi que deux mouvements multidimensionnels à la fréquence spontanément choisie par le participant (main-bouche et main-hanche). Les amplitudes articulaires maximales ainsi que des variables normalisées d'activation musculaire ont été calculées. En termes de résultats, l'étude montre que les mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination du coude sont adaptés à un protocole d'étude des mouvements du membre supérieur des enfants hémiplégiques spastiques, car ils sont répétables. L'étude de paramètres musculaires normalisés a permis de mettre en évidence des différences entre le bras atteint des enfants hémiplégiques et les bras des enfants avec un développement normal.  ABSTRACT: Children with spastic hemiplegic cerebral palsy are restricted in their daily activities, specifically during the movements of elbow extension and supination, due to sensorimotor disorders at their involved upper limb. A quantitative and objective analysis of the movements of these children is required to understand the causes of elbow functional limitation at the elbow, and thus to target the affected muscles with specific treatments and therapies. Using kinematic and electromyographic measurements together with a reliable and accurate musculoskeletal model, the objective of this thesis is to analyze the behavior of the involved and non involved upper limbs of children with spastic hemiplegic cerebral palsy during elbow extension/flexion and pronation/supination movements and, in particular, to analyze the range of motion limitations and the muscle activation related to these movements. 15 children with spastic hemiplegic cerebral palsy (eight males, mean age=8.7 years, standard deviation=2.2 years) and 15 typically developing children (nine males, mean age=9.3 years, standard deviation=2.0 years) were recruited for this study. A 3D motion analysis system (T40S, VICON, Oxford) recorded the kinematics of 29 retro-reflective markers monolaterally placed on anatomical landmarks of the hand, forearm, arm, shoulder, and thorax. Their placement was defined according to the refined musculoskeletal model of the upper limb used for this study. The activation of superficial muscles responsible for extension (triceps brachii), flexion (biceps brachii, brachialis, brachioradialis), pronation (pronator teres, pronator quadratus) and supination (biceps brachii) was recorded using a wireless FREEEMG300 system (BTS, Milan, Italy). The participants performed consecutive cycles of eight distinct randomized tasks: maximum active extension/flexion and maximum active pronation/supination at three different movement frequencies (0.35Hz, 0.50Hz, 0.65Hz), and two multidimensional tasks consisting of hand-to-mouth and hand-to-back movements, at a self-chosen pace. Active ranges of motion and representative indicators of the muscle activation were computed. In terms of results, movements of elbow extension/flexion and pronation/supination are suitable for a study protocol of upper limb movements of children with spastic hemiplegic cerebral palsy, since they provide excellent kinematics repeatability. The normalized indicators of the muscle activation highlighted differences between the involved upper limb and the upper limbs of typically developing children. In particular, the impact of muscle activation on the limitation of extension and supination ranges of motion in the involved upper limb was


identifier: Menguy, T. (2014). Utilisation d'analyse de concepts formels pour la gestion de variabilité d'un logiciel configuré dynamiquement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie avionique, extrêmement critique, se trouve également extrêmement contrainte; par les normes de sécurité et de certification d'une part, mais aussi par les besoins de personnalisation de ses clients d'autre part. Dans ce contexte, la gestion de variabilité des systèmes est un problème de fond des projets de ré-ingénierie de systèmes avioniques. Nous présentons dans ce mémoire des travaux visant à aider la gestion de variabilité en s'appuyant sur l'analyse de concepts formels et sur le web sémantique.  Le premier objectif de recherche consiste à identifier des comportements typiques et des interactions pour les variables de configuration d'un logiciel configuré dynamiquement. Pour identifier de tels éléments, nous nous sommes servi de l'analyse de concepts formels à différents niveaux de précision dans le système ainsi que de la définition de nouvelles métriques sur le système. Pour répondre à ce premier objectif nous avons défini une typologie des variables de configuration et de leurs interactions. Nous avons également étudié les partages de contrôles entre variables de configuration au niveau du code.  Un autre objectif de recherche était de construire une base de connaissance permettant de recenser les résultats des différentes analyses effectuées, mais aussi d'ajouter tout nouvel élément pouvant aider à la gestion de variabilité, notamment à la définition des processus de ré-ingénierie pour chacune des catégories de la typologie. Pour répondre à cet objectif, nous avons construit une solution fondée sur le web sémantique, en définissant une nouvelle ontologie de description, extensible, et permettant la construction d'inférence pour les traitements évoqués plus haut.  Les travaux présentés ici représentent, à notre connaissance la première typologie de variables de configuration pour un logiciel configuré dynamiquement, mais aussi l'application au domaine de l'aéronautique des techniques de documentation et de gestion de variabilités basées sur le web sémantique. Les travaux effectués et les résultats montrent que l'analyse de concepts formels permet effectivement de comprendre certaines propriétés et interactions des variables et que le web sémantique fournit les outils adéquats pour conserver et exploiter les résultats. Toutefois, l'utilisation de l'analyse de concepts formels à partir d'autres relations booléennes, telles que l'appartenance d'une variable de configuration à un produit, et la construction de nouvelles inférences plus précises permettraient de tirer de nouvelles conclusions. L'application de la méthode à d'autres systèmes permettrait également de valider la pertinence de la classification dans d'autres contextes.  ABSTRACT: Because of its critical nature, avionic industry is bound with numerous constraints such as security standards and certifications while having to fulfill the clients' desires for personalization. In this context, variability management is a very important issue for re-engineering projects of avionic software. In this thesis, we propose a new approach, based on formal concept analysis and semantic web, to support variability management.  The first goal of this research is to identify characteristic behaviors and interactions of configuration variables in a dynamically configured system. To identify such elements, we used formal concept analysis on different levels of abstractions in the system and defined new metrics. Then, we built a classification for the configuration variables and their relations in order to enable a quick identification of a variable's behavior in the system. This classification could help finding a systematic approach to process variables during a re-engineering operation, depending on their category. To have a better understanding of the system, we also studied the shared controls of code between configuration variables.  A second objective of this research is to build a knowledge platform to gather the results of all the analysis performed, and to store any additional element relevant in the variability management context, for instance new results helping define re-engineering process for each of the categories. To address this goal, we built a solution based on a semantic web, defining a new ontology, very extensive and enabling to build inferences related to the evolution processes.  The approach presented here is, to the best of our knowledge, the first classification of configuration variables of a dynamically configured software and an original use of documentation and variability management techniques using semantic web in the aeronautic field. The analysis performed and the final results show that formal concept analysis is a way to identify specific properties and behaviors and that semantic web is a good solution to store and explore the results. However, the use of formal concept analysis with new boolean relations, such as the link between configuration variables and files, and the definition of new inferences may be a way to draw better conclusions. The use of the same methodology with other systems would enable to validate the approach in other contexts.


identifier: Lau, S. (2014). Stent pour limiter la dilatation progressive de l'aorte ascendante dans les cas de bicuspidie de la valve aortique : preuve de concept  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La dilatation de l'aorte ascendante est une malformation qui se présente régulièrement de pair avec une bicuspidie de la valve aortique (BAV). Les personnes atteintes de BAV, malformation cardiaque congénitale la plus répandue avec une prévalence de 1%, présentent une dilatation de l'aorte ascendante dans environ 50% des cas. Le risque principal lié  à cette aortopathie est la déchirure de la paroi aortique pouvant avoir des conséquences mortelles. La littérature chirurgicale suggère que les risques de dissection ou de rupture aortiques sont fortement augmentés pour des diamètres aortiques excédant 50 mm. À ce jour, le traitement privilégié est la chirurgie : à des stades avancés de dilatation, l'aorte est réduite ou remplacée par un tube synthétique. Cette intervention présente généralement un taux de mortalité faible, mais la complexité de la procédure peut mener à des taux de mortalité atteignant 15% chez des patients présentant une comorbidité importante ou dans des centres peu expérimentés. Les principales limites de cette approche sont non seulement le caractère extrêmement invasif de la procédure, mais également son manque de prise en compte de l'étiologie et des mécanismes de dilatation (le seule critère d'intervention étant le diamètre de dilatation. Les mécanismes de dilatation de l'aorte ascendante dans les cas de BAV ne sont pas encore totalement élucidés. Une théorie récente suggère que la malformation de la valve aortique (bicuspide au lieu de tricuspide) provoque des perturbations hémodynamiques qui induisent un remodelage de la paroi aortique responsable de la dilatation. Les perturbations hémodynamiques relevées sont diverses : présence d'un jet excentré à la sortie de la valve et impact direct contre la paroi dilatée, structure hélicoïdale de l'écoulement, augmentation des vitesses et des forces de cisaillement à la paroi. Ces perturbations ont tendance à être corrélées à la présence d'une dilatation aortique ainsi qu'à sa progression rapide. Corriger la structure d'écoulement sanguin pourrait donc permettre de limiter la dilatation aortique. Ceci serait possible grâce à l'avènement récent des prothèses endovasculaires, ou stents, qui permettent d'intervenir de façon minimalement invasive au niveau des artères. Les stents modulateurs de flux agissent sur l'écoulement sanguin pour protéger les parois artérielles dans les cas d'anévrismes tout en assurant la perfusion des artères collatérales. L'implantation de ce type de stent pour le traitement de l'aortopathie associée à la BAV constituerait une stratégie innovante qui permettrait de limiter la progression de la dilatation tout en étant minimalement invasive. L'objectif principal de ce projet est d'étudier l'effet d'un stent modulateur de flux sur l'écoulement dans une anatomie pathologique d'aorte ascendante avec bicuspidie de la valve aortique. La méthode choisie pour ce projet est la simulation numérique de dynamique des fluides (CFD).  ABSTRACT: Dilatation of the ascending aorta is a malformation that is often associated with bicuspid aortic valve (BAV). Patients with BAV, which is the most frequent congenital heart disease with a prevalence of 1%, have a dilated ascending aorta in 50% of cases. This aortopathy's greatest risk is the dissection or rupture of the aortic wall. Surgical data suggest that risks of dissection or rupture is signicantly increased when the aortic diameter exceeds 50 mm. To date, surgery is the standard of care : when dilatation has reached a critical threshold, the aorta is resected or replaced with a synthetic tube. This procedure presents with good outcomes, but its complexity can yield mortality rates up to 15% for patients with high comorbidity or in less experienced centers. Drawbacks of this approch is not only the invasiveness of the procedure but also the lack of consideration of the etiology and mechanisms of the aortopathy (the criterion of intervention being only the diameter of dilation). Mechanisms leading to the aortic dilation in patients with BAV are still not completely elucidated. A recent theory suggests that the malformation of the aortic valve (bicuspid instead of tricuspid) leads to hemodynamic alterations that result in arterial remodelling and dilation. Hemodynamic abnormalities are : an excentric blood jet from the valve to the aortic wall, a helical  ow in the ascending aorta, an increase is blood velocities and wall shear stresses. These abnormalities tend to be associated with aortic dilation and its fast evolution. Acting on the hemodynamics is thought to be a solution to control aortic dilation. This could be done thanks to the recent advent of endovascular prostheses (stents) that enable minimally invasive procedure in the arteries. Of particular interest are the  ow-diverting stents which modify blood  ow in order to protect arterial wall in aneurysms and to allow perfusion in collateral branches. Treating aortic dilation in BAV with this type of stent would be an innovative strategy to anticipate further dilation while being minimally invasive. The main objective of this project is to assess how a  ow-diverting stent changes the  ow in a pathological ascending aorta with an associated bicuspid aortic valve. This was done by computational  uid dynamics. Initially, Sainte-Justine Hospital radiological database was searched in order to select one patient whose aortic anatomy is representative of the pathology studied in this project. The thoracic aorta, with the cerebral branches and the aortic valve, were segmented using Mimics. Data were exported on CATIA (CAD software) in order to model the geometry. The geometry was idealized in order to be compared with a given healthy aortic geometry. The two CAD objects (healthy and pathological) were meshed with ICEM in order to perform a


identifier: Hasan, M.D. K. (2014). Face Mining in Wikipedia Biographies  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

title: Face Mining in Wikipedia Biographies

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse présente quelques contributions à la recherche liées au thème de la création d'un système automatisé pour l'extraction de visages dans les pages de biographie sur Wikipédia. La première contribution majeure de ce travail est l'élaboration d'une solution au problème basé sur une nouvelle technique de modélisation graphique probabiliste. Nous utilisons l'inférence probabiliste pour faire des prédictions structurées dans les modèles construits dynamiquement afin d'identifier les véritables exemples de visages correspondant à l'objet d'une biographie parmi tous les visages détectés. Notre modèle probabiliste prend en considération l'information provenant de différentes sources, dont : des résultats de comparaisons entre visages détectés, des métadonnées provenant des images de visage et de leurs détections, des images parentes, des données géospatiales, des noms de fichiers et des sous-titres. Nous croyons que cette recherche est également unique parce que nous sommes les premiers à présenter un système complet et une évaluation expérimentale de la tâche de l'extraction des visages humains dans la nature à une échelle de plus de 50 000 identités. Une autre contribution majeure de nos travaux est le développement d'une nouvelle catégorie de modèles probabilistes discriminatifs basée sur une fonction logistique Beta-Bernoulli généralisée. À travers notre formulation novatrice, nous fournissons une nouvelle méthode d'approximation lisse de la perte 0-1, ainsi qu'une nouvelle catégorie de classificateurs probabilistes. Nous présentons certaines expériences réalisées à l'aide de cette technique pour : 1) une nouvelle forme de régression logistique que nous nommons la régression logistique Beta-Bernoulli généralisée ; 2) une version < kernelisée > de cette même technique ; et enfin pour 3) notre modèle pour l'extraction des visages que l'on pourrait considérer comme une technique de prédiction structurée en combinant plusieurs sources multimédias. À travers ces expériences, nous démontrons que les différentes formes de cette nouvelle formulation Beta-Bernoulli améliorent la performance des méthodes de la régression logistique couramment utilisées ainsi que la performance des machines à vecteurs de support (SVM) linéaires et non linéaires dans le but d'une classification binaire. Pour évaluer notre technique, nous avons procédé à des tests de performance reconnus en utilisant différentes propriétés allant de celles qui sont de relativement petite taille à celles qui sont de relativement grande taille, en plus de se baser sur des problèmes ayant des caractéristiques clairsemées ou denses. Notre analyse montre que le modèle Beta-Bernoulli généralisé améliore les formes analogues de modèles classiques de la régression logistique et les machines à vecteurs de support et que lorsque nos évaluations sont effectuées sur les ensembles de données à plus grande échelle, les résultats sont statistiquement significatifs. Une autre constatation est que l'approche est aussi robuste lorsqu'il s'agit de valeurs aberrantes. De plus, notre modèle d'extraction de visages atteint sa meilleure performance lorsque le sous-composant consistant d'un modèle discriminant d'entropie maximale est remplacé par notre modèle de Beta-Bernoulli généralisée de la régression logistique. Cela montre l'applicabilité générale de notre approche proposée pour une tâche de prédiction structurée. Autant que nous sachions, c'est la première fois qu'une approximation lisse de la perte 0-1 a été utilisée pour la classification structurée. Enfin, nous avons exploré plus en profondeur un problème important lié à notre tâche d'extraction des visages – la localisation des points-clés denses sur les visages humains. Nous avons développé un pipeline complet qui résout le problème de localisation des points-clés en utilisant une approche par sous-espace localement linéaire. Notre modèle de localisation des points-clés est d'une efficacité comparable à l'état de l'art.  ABSTRACT: This thesis presents a number of research contributions related to the theme of creating an automated system for extracting faces from Wikipedia biography pages. The first major contribution of this work is the formulation of a solution to the problem based on a novel probabilistic graphical modeling technique. We use probabilistic inference to make structured predictions in dynamically constructed models so as to identify true examples of faces corresponding to the subject of a biography among all detected faces. Our probabilistic model takes into account information from multiple sources, including: visual comparisons between detected faces, meta-data about facial images and their detections, parent images, image locations, image file names, and caption texts. We believe this research is also unique in that we are the first to present a complete system and an experimental evaluation for the task of mining wild human faces on the scale of over 50,000 identities. The second major contribution of this work is the development of a new class of discriminative probabilistic models based on a novel generalized Beta-Bernoulli logistic function. Through our generalized Beta-Bernoulli formulation, we provide both a new smooth 0-1 loss approximation method and new class of probabilistic classifiers. We present experiments using this technique for: 1) a new form of Logistic Regression which we call generalized Beta-Bernoulli Logistic Regression, 2) a kernelized version of the aforementioned technique, and 3) our probabilistic face mining model, which can be regarded as a structured prediction technique that combines information from multimedia sources. Through experiments, we show that the different forms of this novel Beta-Bernoulli formulation improve upon the performance of both widely-used Logistic Regression methods and state-of-the-art linear and non-linear Support Vector Machine techniques for binary classification. To evaluate our technique, we have performed tests using a number of widely used benchmarks with different properties ranging from those that are comparatively small to those that are comparatively large in size, as well as problems with both sparse and dense features. Our analysis shows that the generalized Beta-Bernoulli model improves upon the analogous forms of classical Logistic Regression and Support Vector Machine models and that when our evaluations are performed on larger scale datasets, the results are statistically significant. Another finding is that the approach is also robust when dealing with outliers. Furthermore, our face mining model achieves it's best performance when its sub-component consisting of a discriminative Maximum Entropy Model is replaced with our generalized Beta-Bernoulli Logistic Regression model. This shows the general applicability of our proposed approach for a structured prediction task. To the best of our knowledge, this represents the first time that a smooth approximation to the 0-1 loss has been used for structured predictions. Finally, we have explored an important problem related to our face extraction task in more depth - the localization of dense keypoints on human faces. Therein, we have developed a complete pipeline that solves the keypoint localization problem using an adaptively estimated, locally linear subspace technique. Our keypoint localization model performs on par with state-of-the-art methods.


identifier: Saloux, E. (2014). Optimisation structurelle des systèmes énergétiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'essor des énergies renouvelables a pris de l'ampleur ces dernières années pour faire face aux problèmes environnementaux liés à la consommation d'énergies fossiles. Ces énergies sont grandement mises à profit dans les secteurs résidentiel et commercial et de nombreux systèmes ont été proposés pour répondre à la demande énergétique des bâtiments. Améliorer le rendement et l'utilisation de ces unités, autrement dit améliorer la gestion de l'énergie, apparaît alors essentiel afin de réduire l'empreinte écologique de l'Homme sur la planète. Toutefois, l'intégration des systèmes est un problème très complexe à résoudre ; en effet, il fait intervenir le nombre d'unités, leur technologie, leur taille, leurs conditions de fonctionnement et la façon de les connecter entre elles. La multitude de solutions proposées met ainsi en relief le manque d'une analyse systématique permettant de comparer leurs performances. Cette démarche est essentielle afin d'évaluer les différents arrangements, quel que soit le critère, et de déterminer l'équipement optimal selon le contexte économique, le climat d'étude et l'espace disponible pour installer les unités. Ainsi, l'objectif est de présenter une telle méthode, soit l'optimisation structurelle des systèmes énergétiques. Elle servira à identifier les différents arrangements possibles entre unités et à comparer leurs performances dans le but de choisir l'équipement optimal. Les combinaisons ont été soumises à un ensemble de contraintes environnementales (climat d'étude), structurelles (espace disponible) et économiques et les critères de choix ont tenu compte des aspects énergétiques, économiques et écologiques. Pour ce faire, en plus des analyses énergétique et économique clas-siques, le concept d'exergie a également été étudié et appliqué à l'équipement. Cependant, l'approche par les logiciels usuels est peu évidente, de par la complexité des systèmes intégrés et les temps de calculs particulièrement longs. Il est clair que le travail d'optimisation au complet constitue une tâche considérable et l'intérêt de cette thèse est d'instaurer les bases de l'optimisation avec des outils appropriés. Une revue exhaustive de l'équipement, plus particulièrement les panneaux photovoltaïques, les capteurs solaires, les pompes à chaleurs et les réservoirs de stockage, a tout d'abord été effectuée de manière à envisager l'ensemble des possibilités de combinaisons des unités pour répondre à la demande énergétique des bâtiments. Des modélisations énergétiques et exergétiques de l'équipement, adaptées au problème d'optimisation, ont été effectuées et appliquées à deux scénarios particuliers : a) une pompe à chaleur solaire avec stockage de glace et réservoir d'eau chaude et b) une pompe à chaleur utilisant l'air ambiant associée à des panneaux photovoltaïques.  ABSTRACT: The development of renewable energies is growing over the last decade to face environmental issues due to the world fossil fuel consumption increase. These energies are highly involved in houses and commercial buildings and numerous systems have been proposed to meet their energy demand. Therefore, improving both efficiency and use of systems, i.e. improving energy man-agement, appears essential to limit the ecological footprint of humanity on the planet. However, system integration yields a very complex problem to be solved due to the large number of units and theirs technology, size, working conditions and interconnections. This situation highlights the lack of systematic analysis for comparing integrated system performance and for correctly point-ing out their potential. As a result, the objective of this thesis is to develop and to present such a method, in other words the structural optimization of energy systems. It will be helpful to choose the optimal equipment by identifying all the possibilities of system arrangements and for compar-ing their performance. Combinations have then been subjected to environmental (climate), struc-tural (available area) and economical constrains while assessment criteria have considered both energy, economic and ecological aspects. For that reason, as well as energy and economic anal-yses, the exergy concept has also been applied to the equipment. Nevertheless, the high degree of complexity of integrated systems and the tedious numerical calculations make the resolution by using standard software very difficult. It is clear that the whole optimization project would be considerable and the aim is to develop models and optimization tools. First of all, an exhaustive review of energy equipment including photovoltaic panels, solar collectors, heat pumps and thermal energy storage systems, has been performed. Afterwards, energy and exergy models have been developed and tested for two specific energy scenarios: a) a solar assisted heat pump using ice and warm water storages and b) an ambient air heat pump associated to photovoltaic panels. A superstructure has then been constructed to account for every system combination possibility. The different energy paths have been illustrated while irreversibility along every path is identi-fied. Thus, it allows the system operation to be clearly understood. Besides, an exergy diagram has been developed and permits energy and exergy assessment of system and system arrange-ments to be not only identified but also quantified and separated depending on their (renewable or non-renewable) source. Finally, dimensions and operation variables have been optimized accord-ing to exergy and economic criteria for the aforementioned scenarios; the potential of each ener-gy option has been estimated and yield a better energy management to be reached.


identifier: Gebai, M. (2014). Surveillance de l'exécution et analyse de préemption entre machines virtuelles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières années, l'infonuagique a pris un essor considérable dans le domaine de l'informatique. Cette technologie oriente les parcs informatiques à grande échelle vers un modèle flexible, portable et souvent écoénergétique. Les fournisseurs de services infonuagiques offrent à leurs clients un environnement isolé, disponible, et surtout adapté à leurs besoins. Les machines virtuelles non seulement répondent à ces critères, mais procurent aussi des avantages supplémentaires. Les coûts de gestion de matériel, de consommation d'électricité et de licences de logiciels sont réduits dans un tel modèle. Ainsi, dans un nuage informatique, un grand nombre de machines virtuelles (VM, ou système invité), gérées par un hyperviseur,  cohabitent sur un même poste physique dont elles se partagent les ressources. Cependant, les machines virtuelles sont entièrement isolées les unes des autres et ont toutes l'illusion d'avoir un accès exclusif et absolu aux ressources de leur hôte. Ces ressources sont souvent surengagées, dans le sens où elles apparaissent comme étant plus disponibles qu'elles ne sont réellement. Cette caractéristique introduit inévitablement des baisses de performance aux applications des machines virtuelles, dont les sources dépendent de l'environnement externe et sont à priori impossibles à identifier. L'objectif de cette étude est d'offrir aux administrateurs des machines hôtes un outil permettant de surveiller les interactions des systèmes d'exploitation invités et localiser facilement les anomalies de performance lorsqu'elles surviennent. Notre approche est basée sur le traçage, une méthode de surveillance qui s'est avérée efficace pour la compréhension du détail de fonctionnement d'une application. Par ailleurs, le traçage noyau permet d'effectuer la surveillance de vue globale d'un système d'exploitation. On peut ensuite analyser les interactions entre les applications utilisateurs qu'il sert et le matériel disponible qu'il exploite. En traçant simultanément le système hôte et les machines virtuelles, il est possible d'agréger les informations collectées de ces différentes sources et de présenter en clair à l'utilisateur les interactions entre les différents systèmes qui sont à priori invisibles. Cette étude se concentre sur les CPUs comme ressources partagées. Le déni du CPU à une machine virtuelle par le système hôte y introduit des délais invisibles, mais bien présents. Nous utilisons LTTng, un traceur à bas surcoût d'utilisation, pour collecter des traces noyau générées sur les différents systèmes d'exploitation. Une fois les traces agrégées, il est possible de modéliser l'ensemble des systèmes concernés et d'effectuer un bilan d'utilisation et d'interactions entre ceux-ci. L'indisponibilité du CPU pour chaque VM est alors présentée à l'administrateur du parc informatique, qui peut par la suite prendre les mesures nécessaires pour remédier aux problèmes. Cependant, tel que nous l'expliquerons dans ce mémoire, l'agrégation des traces est une tâche non triviale. En effet, chaque système d'exploitation, hôte ou invité, est responsable de sa propre gestion d'horloge. Par conséquent, les estampilles de temps assignées aux évènements des traces ne sont cohérentes que dans le contexte propre à chaque système. Un algorithme de synchronisation de traces distribuées a été adapté au contexte des machines virtuelles pour remédier à la non-conformité des horloges.  ABSTRACT: Over the past few years, Cloud computing has enjoyed a considerable growth in the field of computer science. This technology is leading warehouse-scale data clusters towards a more flexible, portable, and environmentally friendly model. Cloud providers offer to their customers environments that are isolated, available, and above all adapted to their needs. System virtualization not only meets these criterias, but also provides additional benefits. Management costs of hardware, energy consumption and software licenses are reduced in such a model. Thus, in a Cloud environment, a large number of virtual machines (VM, or guest system), managed by a hypervisor, coexist on the same physical computer whose resources are shared amongst them. However, virtual machines are fully isolated from one another and all have the illusion of absolute and exclusive access to the host's resources. These resources are often overcommitted whereas they appear as being more available than they actually are. This property inevitably induces performance setbacks in virtual machines. Because of system isolation, it is a priori impossible to find the source of performance problems that depend on the external environment. The objective of this study is to provide the host administrators with a tool to monitor the interactions of the guest operating systems, allowing them to easily locate and justify performance anomalies when they occur. Our approach is based on tracing, a monitoring method that has been proven effective to give detailed information about the functioning of an application. Furthermore, kernel tracing allows to monitor the operating system and assess the interactions between users' applications it serves and the available material which it operates. By tracing the host and the virtual machines simultaneously, it is possible to aggregate the information collected from these various systems and present clearly to the user the interactions between the various systems that are usually invisible. This study focuses on the CPU as a shared resource. The denial of a CPU by the host to a VM introduces invisible yet effective latency. We use LTTng, a low overhead userspace and kernel tracer, to collect kernel traces generated on different operating systems. Once the traces are aggregated, it is possible to model all of the systems concerned and to summarize resources contention and interactions between them. The unavailability of the CPU for each VM is then presented to the administrator of the host, which can then take the necessary steps to remedy the problems. However, as we present in this thesis, aggregation of traces turned out to be a non-trivial task. Indeed, each operating system, host or guest, is responsible for its own timekeeping. Therefore, drifts between the clocks of the different systems are introduced, and the timestamps assigned to trace events are not consistent across traces. A portable method to address clock drifts and trace synchronization is also proposed.


identifier: Ghaznavi, T. (2014). Conversion of D-Xylose to Carboxylic Acids in a Capillary Fluidized Bed  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La demande pour remplacer les combustibles fossiles par la biomasse renouvelable est grande. Nous recherchons des façons de convertir les glucides en produits de plus grande valeur. Peu d'études ont été faites à haute température et presque aucune expérience n'a examiné l'oxydation partielle catalytique de glucides à haute température. Il nous faut des critères de conception pour exploiter cette technologie de façon commerciale. Nous présentons une nouvelle méthode de valoriser les sucres C5 et nous faisons une revue de l'état actuel des réactions de sucres C5. Nous voulions développer les conditions optimales pour la production d'acides désirables et éventuellement tester de nouveaux catalyseurs pour d'autres applications. Nous avons étudié l'oxydation catalytique hétérogène en phase gazeuse du xylose dans un réacteur catalytique de gaz-solide à lit fluidisé capillaire à température relativement haute et à pression atmosphérique. Nous avons oxydé le sucre dans un système à trois catalyseurs, soit le pyrophosphate de vanadyle, le trioxyde de molybdène-oxyde de cobalt et le molybdate de fer, pour former des acides organiques et anhydrides. Nous avons injecté une solution eau-sucre dans un réacteur à lit fluidisé capillaire dont la composante principale était un tube en quartz (ID = 8 mm) dans un four qui opérait jusqu'à 1000 °C. Nous avons déterminé la plage de conditions opératoires avec une étude de reconnaissance et ensuite nous avons préparé un plan d'expérience. Les facteurs les plus importants étaient la température (200–550 °C), la concentration de xylose (3 %poids, 7 %poids, 10 %poids en eau), le temps de séjour (0,1 s, 0,2 s), la pression partielle d'oxygène (0 %vol, 3 %vol, 10 %vol, 21 %vol en azote) et le catalyseur (VPP, MoO3/CoO, FeMoO). Nous avons co-alimenté l'azote pour améliorer l'atomisation. D'autres paramètres qui affectent l'atomisation sont le rapport gaz-liquide (0,1–0,2 %poids), le débit de liquide (0,01–0,1 ml min-1) et le diamètre de bout de la buse et du tube capillaire. Nous avions quatre catégories d'atomisation : de ‘a', ‘b', ‘c' et ‘d' en ordre décroissant de performance. Nous avons utilisé le type ‘a' pour vérifier l'effet des autres paramètres et le type ‘b' pour vérifier l'effet de la performance d'atomisation sur le rendement. Nous avons également testé l'alimentation séquentielle de xylose-oxygène et l'air à une fréquence de 5 min-1. Pour vérifier la productivité des catalyseurs, nous avons fait des expériences de 2 h et 4 h. Le temps de séjour dans le lit catalytique était de 0.2 s et les expériences duraient 4 h. Le gaz de fluidisation contenait 3 %vol et 10 %vol d'oxygène en azote et entrait dans le réacteur par un distributeur en verre fritté. Le débit d'entrée du gaz de fluidisation variait entre 80–150 ml min-1 pour avoir une pression partielle de l'oxygène de 3 %vol et 10 %vol. Nous avons fait les expériences avec 1 g de catalyseur VPP calciné. Une pompe à seringue a alimenté la solution de xylose à 0.04 ml min-1. Nous avons atomisé le liquide en gouttelettes par un tube capillaire de 0.25 mm serré à l'extrémité de la buse. Nous avons alimenté l'azote et la solution liquide avec un rapport gaz-liquide de 0.18 % poids pour produire un jet effervescent. Les gouttelettes se sont vaporisées rapidement et le xylose a réagit pour former de l'anhydride maléique, de l'acide acrylique et de l'acroléine. Une série de trempes ont absorbé les produits liquides (les acides) de l'effluent du réacteur en eau distillée. Nous avons échantillonné et analysé les acides accumulés par HPLC hors ligne. Pour valider l'analyse par HPLC et pour identifier d'autres produits possibles, nous avons analysé les liquides par chromatographie gazeuse (GC). Les conditions d'opération ont un effet sur la distribution des produits et les taux de production. L'acide acrylique est le plus désirable et l'acide maléique est le plus abondant. Le pyrophosphate de vanadyl est actif et sélectif dans ce procédé. Dans le meilleur cas, à 300 °C et 10 %vol d'oxygène, les rendements de l'acide maléique, de l'acide acrylique et de l'acroléine étaient de 25 %, 17 % et 11 % respectivement. Nous avons détecté du CO2 gazeux par GCMS lors de la réaction. L'analyse thermogravimétrique des échantillons VPP a confirmé qu'aucun coke ne s'est formé sur le catalyseur. L'agglomération et la caramélisation de la poudre n'étaient problématiques que lors de réactions hors de la plage de conditions d'opération établies plus haut.  ABSTRACT: The demand for renewable biomass as a replacement for fossil fuels has never been greater. Many paths to convert carbohydrates into higher value products are under investigation. Few studies have reported data at high temperature and almost no experiments have examined high temperature catalytic partial oxidation of carbohydrates. We need generalized design criteria to exploit this technology commercially. We present a new method to valorize C5 sugars and review state of the art C5 sugar reactions. We wanted to develop optimal process conditions to produce desirable acids and eventually to test new catalysts for other applications. We studied the gas phase heterogeneous catalytic oxidation of xylose in a gas-solid catalytic capillary fluidized bed reactor at relatively high temperature and atmospheric pressure. We oxidized the sugar over three catalyst system (vanadyl pyrophosphate, molybdenum trioxide-cobalt oxide and iron molybdate) to form organic acids/anhydrides. We injected a water-sugar solution into a capillary fluidized bed reactor whose main component is a quartz tube (ID = 8 mm) in a furnace that operates at up to 1000 °C. We determine the range of possible operating conditions with a scouting study and then made an experimental design. The most important factors were temperature (200-550 °C), xylose concentration (3 %wt, 7 %wt, 10 %wt in water), residence time (0.1 s, 0.2 s), oxygen partial pressure (0 %vol, 3 %vol, 10 %vol, 21 %vol in nitrogen), and catalyst (VPP, MoO3/CoO, FeMoO). Co-feeding nitrogen improved atomization. Parameters that affected atomization are gas-to-liquid ratio (0.1-0.2 %wt), liquid flow rate (0.01-0.1 ml min-1), and nozzle tip and capillary tube diameter. We had four categories of spray performance: ‘a', ‘b', ‘c' and ‘d' in decreasing order of performance. We used a mixed design of experiments including two factors: four temperatures (300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C) and two oxygen partial pressures (3 %vol, 10 %vol) with VPP catalyst. We used type ‘a' atomization to verify the effect of other parameters and type ‘b' to verify the effect of atomization performance on yield. We also tested sequentially feeding of xylose-oxygen followed by air at a frequency of 5 min-1. The experimental plan included 2 h and 4 h runs to test catalyst stability. Residence time inside the catalytic bed was 0.2 s and experiments lasted 4 h. The fluidization gas contained 3 %vol and 10 %vol oxygen in nitrogen and entered the reactor through a fritted glass distributor. The inlet fluidizing gas stream varied between 80-150 ml/min to meet 3 %vol and 10 %vol oxygen. We carried out most experiments with 1 g of calcined VPP catalyst. We metered the 3 %wt xylose solution at 0.04 ml min-1 with a syringe pump. We atomized the liquid into small drops through a 0.25 mm capillary tube constricted at the end nozzle. We fed nitrogen and the liquid solution with the gas-to-liquid ratio of 0.18 %wt to produce an effervescent spray. The droplets vapourized rapidly and the xylose reacted to form maleic anhydride, acrylic acid and acrolein. We absorbed the liquid products (acids) from the reactor effluent in distilled water in a series of quenches. We sampled and analyzed the accumulated acids offline with high performance liquid chromatography (HPLC). We validated the HPLC analysis with gas chromatography (GC) and tried to identify other possible products. Operating conditions have a considerable effect on product distribution and production rates. Acrylic acid was the most desirable and maleic acid the most abundant. Vanadyl pyrophosphate is both active and selective for this process and in the best case, at 300 °C and 10 %vol oxygen, maleic acid, acrylic acid and acrolein yields were 25 %, 17 % and 11 %, respectively. We also detected gaseous carbon dioxide with GCMS during the reaction. Thermogravimetric analysis for the VPP samples we withdrew at the end of the reaction confirmed that no coke formed on the catalyst. Powder agglomeration and caramelization were only problematic when the reactor operated outside the range established during the scouting experiments.