title: AVIATION TERRORISM: Thwarting High-Impact Low-Probability Attacks

title: TERRORISME AÉRIEN: Contrecarrer des attaques improbables à impacts élevés

subject:
Civil Aviation
Aviation Terrorism
International Law
Legal and Regulatory Framework
Ground Attacks
Hijackings
Sabotage
Suicide Missions
Statistics
Strategy
Tactic
Modus Operandi
Terrorist Attack
9/11
PFLP
al-Qaeda
UN
ICAO
Chicago Convention
Tokyo Convention
The Hague Convention
Montreal Convention
Montreal Protocol
Annex 17
Beijing Convention
Beijing Protocol
Airports
Aircraft
Cooperation
Crime Displacement
Situational Crime Prevention
SCP
High-Impact
Low-Probability
Economics
Resilience
Deterrence
Thwarting

abstract:
Despite advances in security screening technology and the deployment of significant human and financial resources over the years, the civil aviation sector still remains vulnerable to terrorist attacks. This thesis examines the impact (if any) the international legal and regulatory framework has had on aviation terrorism. It also assesses its historical effectiveness in preventing or thwarting terrorist attacks against civil aviation.
In order to assess the impact that changes to the legal and regulatory framework have had on the ability of terrorists to plan and carry out attacks against civil aviation, the overall concepts of terrorism and aviation terrorism, as a particular tactic of terrorism, are explored. The thesis subsequently examines the evolution of the terrorist threat to civil aviation through an analysis of the author’s exclusive database in order to fully understand its scope. Aviation terrorism statistics are then correlated to all ICAO security-related legal instruments, i.e. Conventions, Protocols, Resolutions, Standards and Recommended Practices (SARPs), which form the international legal and regulatory framework.
The analysis demonstrates that changes are made to the international civil aviation legal and regulatory framework in reaction to certain catalytic attacks in order to obtain a global civil aviation security network commensurate with new and evolving threats. But the analysis shows such measures are arbitrary for terrorists because they see no boundaries, only opportunities. For them, new legal and regulatory measures are a mere roadblock. This analysis demonstrates that, by exercising patience and creativity, terrorists have been able to surmount security roadblocks time and time again. This is specifically evident when examining catalytic terrorist attacks against civil aviation and the transitions from one successful Modus Operandi to the next.
This thesis demonstrates that changes to the international legal and regulatory framework have had an impact on preventing or deterring terrorist attacks against civil aviation. Statistics collected for this research show a steep decline in the number of occurrences since 2003. However, credit for this decline cannot be attributed to a single Convention or Protocol, but to an array of actions taken by the international community and the International Civil Aviation Organization over the last fifty years. Altogether, they appear to have made civil aviation increasingly secure.

abstract:
Le secteur de l’aviation civile reste vulnérable aux attaques terroristes malgré le fait que, depuis plusieurs années, des avancées technologiques ont été réalisées en sécurité aérienne et d’importantes ressources humaines et financières ont été déployées. L’objectif central de cette thèse consiste à examiner les paramètres juridiques et règlementaires internationaux à cet égard et à en évaluer  l’efficacité historique en vue de prévenir et de contrecarrer les attaques de terrorisme aérien.
Afin de déterminer les répercussions que les changements au cadre juridique et règlementaire de l’aviation civile ont pu avoir sur les capacités des terroristes à planifier et à exécuter leurs attaques, cette thèse analyse les grands concepts du terrorisme et du terrorisme aérien, sous l’angle particulier des tactiques privilégiées pour causer la terreur. En outre, cette thèse s’intéresse à l’évolution de la menace terroriste en matière d’aviation civile en effectuant une analyse selon une base exclusive de données préparée par l’auteur et qui permettra d’en mesurer l’ampleur. Dans cette foulée, les statistiques obtenues sur le terrorisme aérien font l’objet d’une comparaison avec les instruments juridiques et règlementaires de l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) reliés à la sureté du transport aérien (conventions, protocoles, normes et pratiques recommandées (SARP), résolutions) qui forment le cadre juridique et règlementaire international.
L’analyse démontre que les changements au cadre juridique et règlementaire international sont apportés en réaction à certaines attaques catalytiques dans le but d’établir un réseau sécuritaire à la hauteur des menaces nouvelles et changeantes contre l’aviation civile. Or, les analyses laissent voir que les terroristes considèrent ces mesures arbitraires puisque leur désir d’attaquer l’aviation civile ne connait ni frontières, seulement des occasions. À leurs yeux, ces mesures ne représentent que de simples obstacles. L’analyse fait également la démonstration que les terroristes, en misant sur la patience et l’ingéniosité, ont su surmonter ces obstacles de sécurité plus d’une fois. Cela devient d’une évidence claire lorsqu’on examine les attaques terroristes catalytiques contre l’aviation civile et les transitions que les terroristes réussissent à faire d’une méthode d’attaque à une autre.
Cette thèse illustre que les changements effectués au cadre juridique et règlementaire international ont eu des impacts sur la prévention et la dissuasion d’attaques terroristes contre l’aviation civile. Les statistiques recueillies lors de cette recherche révèlent d’ailleurs une baisse marquée du nombre d’attentats survenus depuis 2003. Toutefois, cette avancée ne résulte pas des effets d’une seule convention ou mesure, mais plutôt d’une série d’actions prises par la communauté internationale et l’OACI qui, depuis plus de 50 ans, ont façonné ensemble un environnement sans cesse plus sécuritaire pour le monde de l’aviation civile.


title: Performance of Millimeter Wave Massive MIMO with the Alamouti Code

contributor: Royal Military College of Canada / Collège militaire royal du Canada

subject:
Millimeter Wave Massive MIMO
Alamouti Code

abstract:
Alouzi, Mohamed. M.A.Sc. Royal Military College of Canada, 19 April, 2017. Performance of Millimeter Wave Massive MIMO with the Alamouti code. Supervised by Dr. Francois Chan.
Severe attenuation in multipath wireless environments makes the performance of communication systems unreliable. Therefore, MIMO (multiple input multiple output) was proposed to provide a wireless system with diversity and spatial multiplexing. Massive MIMO was recently proposed to gain the advantage of conventional MIMO but on a much greater scale. Massive MIMO can achieve a much higher capacity without requiring more wireless spectrum; however, it is still difficult to implement because of some challenges, such as pilot contamination.
The need for higher data rate led researchers to propose another technique called Millimeter Wave (mmW) massive MIMO that offers a larger bandwidth compared to the current wireless systems. Because of the higher path loss at mmW frequencies, and the poor scattering nature of the mmW channel, directional beamforming techniques with large antenna arrays and the Alamouti coding scheme are used to improve the performance of the mmW massive MIMO systems. Computer simulations have shown that a gain of 15 dB or more can be achieved using the Alamouti code.

abstract:
Alouzi, Mohamed. M.A.Sc. Collège militaire royal du Canada, 19 April, 2017. Performance du MIMO massif avec onde millimétrique et code d’Alamouti. Supervisé par le Dr Francois Chan.

L’atténuation sévère dans les environnements sans fil multi-chemins rend la performance des systèmes de communications non-fiable. Par conséquent, MIMO (en anglais, « Multiple-Input Multiple-Output » ou Entrée-Multiple Sortie-Multiple) a été proposé pour offrir de la diversité et multiplexage spatial à un système sans fil. Le MIMO massif a récemment été proposé pour obtenir l’avantage du MIMO conventionnel mais sur une échelle beaucoup plus grande. Le MIMO massif peut procurer une capacité beaucoup plus élevée sans nécessiter un spectre sans fil plus grand ; cependant, c’est encore difficile d’implémenter cette technique à cause de certains défis, comme la contamination du pilote.
Le besoin pour un taux de transmission plus élevé a conduit les chercheurs à proposer une autre technique, appelée MIMO massif avec onde millimétrique, qui offre une largeur de bande plus grande comparée aux systèmes sans fil actuels. A cause de la perte du chemin plus grande dans les fréquences millimétriques et de la dispersion plus faible du canal millimétrique, les techniques de formation de faisceau directionnel avec de grands réseaux d’antennes et le codage d’Alamouti sont utilisées pour améliorer la performance des systèmes MIMO massif avec onde millimétrique. Des simulations sur ordinateur ont montré qu’un gain de 15 dB ou plus peut être obtenu avec le code d’Alamouti.


title: Building the Backbone: The Development of the Canadian Army’s Non-Commissioned Officers During the Second World War

title: Bâtir la fondation: Le développement des sous-officiers de l'Armée canadienne pendant la Seconde Guerre mondiale

subject:
NCO
Canadian army
backbone

abstract: This dissertation investigates how the Canadian army developed its non-commissioned officer (NCO) corps during the Second World War.  It demonstrates that when the army mobilized, military authorities implemented no single NCO professional development model like those used in professional armies.  Instead, the wartime army made commanding officers responsible for training and developing their NCOs, and for deciding when to promote them.  To help units build up and sustain their NCO cadres, the army created as many NCO development opportunities as possible, implementing a two-track approach of conducting decentralized and centralized training.  This consisted on the one hand of locally-organized unit and formation-run courses, and on the other, of more-formal, long-running schools controlled by National Defence Headquarters (NDHQ) in Canada and Canadian Military Headquarters (CMHQ) in Britain.  At the same time, the army continuously rotated personnel between field units and the reinforcement and training systems, to spread the latest operational expertise across the NCO corps. Overall, the army’s dispersed qualification courses and professional development initiatives put individual soldiers on unique paths to professional growth, yet produced a corps of NCOs that collectively possessed the necessary skills in leadership, tactics, and instruction.

abstract: Cette thèse examine comment l'Armée Canadienne a développé son corps de sous-officiers durant la Seconde Guerre mondiale.  Il démontre que lorsque l'armée s'est mobilisée, les autorités militaires n'ont mis en œuvre aucun modèle de perfectionnement professionnel des sous-officiers comme ceux utilisés dans les armées professionnelles.  Au lieu de cela, l'armée de guerre chargea les commandants de former et de perfectionner leurs sous-officiers et de décider quand les promouvoir.  Afin d’aider les unités à constituer et à maintenir leurs cadres de sous-officiers, l'armée a créé autant d'occasions de perfectionnement des sous-officiers que possible, en mettant en œuvre une approche à deux voies de formation décentralisée et centralisée.  D’une part, il s'agissait de cours organisés par les unités et les formations organisées localement, et d'autre part, d'écoles plus formelles et de longue durée contrôlées par le Quartier Général de la Défense Nationale (QGDN) au Canada et par le Quartier Général Militaire Canadien (CMHQ) en Grande-Bretagne.  En même temps, l'armée effectuait une rotation continue du personnel entre les unités de campagne et les systèmes de renforcement et d'entraînement afin de diffuser les dernières compétences opérationnelles au sein du corps des sous-officiers. Dans l’ensemble, les cours de qualification dispersés et les initiatives de développement professionnel de l’armée ont permis à chaque soldat d’avancer sur le chemin de la croissance professionnelle, tout en produisant un corps de sous-officiers possédant collectivement les compétences nécessaires en leadership, en tactique et en instruction.


title: INFLUENCE OF TESTOSTERONE METABOLIC PATHWAYS ON DEVELOPMENT AND REPRODUCTION IN AMPHIBIANS

title: LE RÔLE DU MÉTABOLISME DE LA TESTOSTÉRONE SUR LE DÉVELOPPEMENT ET LA REPRODUCTION DES AMPHIBIENS

subject:
Endocrine disrupting chemicals
Reproduction
Amphibians
Androgens
Testosterone
5-reductases

abstract: Amphibian populations are declining worldwide partly due to environmental pollution. Certain chemicals (e.g., pesticides, pharmaceuticals, and plasticizers) present in our ecosystem have been shown to disrupt the endocrine system in vertebrates by interfering with normal steroidogenesis. Steroidogenesis includes the synthesis of androgens, which are essential hormones involved in vertebrate development and reproduction. Androgens are synthesized from the precursor testosterone (T) by specific enzymes (e.g., steroid 5-reductases) and need to be present in a balanced ratio for an organism to function normally. Three types of 5α-reductases (Srd5α) and one type of 5β-reductase (Srd5β) are involved in the conversion of T into 5α-dihydrotestosterone (5α-DHT) and 5β-dihydrotestosterone (5β-DHT), respectively. 5α-DHT is a potent androgen regulating male fertility, whereas 5β-DHT and other 5β-metabolites synthesized by Srd5β have been shown to be involved in bile acid synthesis, initiation of hormone clearance, drug metabolism, erythropoiesis, vasorelaxation, parturition, and synthesis of neuroactive steroids. Given the vital functions of steroid metabolites produced by Srd5α and Srd5β, it is not surprising that a reduced synthesis and functionality of these enzymes can cause substantial health issues. In amphibians, the inhibition of the activity of Srd5α2 leads to feminization and decreased spermatogenesis. However, little is known about the biological functions and regulation of Srd5 in this taxon and how endocrine disrupting chemicals affect these enzymes. Hence, the main objective of this thesis was to further our understanding on Srd5 in developing and adult Silurana tropicalis frogs. First, I confirmed that endocrine disrupting chemicals (i.e., phthalates) modify srd5 mRNA levels during embryogenesis in S. tropicalis. Then, to gain a better understanding of the tissue distribution of srd5 (srd5α1, srd5α2, srd5α3, and srd5β) during embryogenesis, whole mount in situ hybridization was performed and showed a unique expression pattern for all srd5. Data suggested that metabolites synthesized by Srd5 are required in the central nervous, sensory, cardiac, respiratory, and detoxifying systems aside from reproduction in early anuran development. Complementary hormonal and specific DNA methylation assays were conducted during anuran embryogenesis and adulthood. Experiments demonstrated that specific DNA methylation of srd5α1 and srd5α3 is involved in regulation of the gene expression during embryogenesis as well as in mature gonads. In addition, exposure to T modified srd5 mRNA levels in gonads in a sex-specific manner demonstrating that androgens also regulate srd5 in frog gonads. Taken together, my thesis confirms the importance of Srd5 in biological functions related to anuran reproduction, but also provides evidence that this enzyme family is crucial in other biological functions for proper development.


title: Answer Selection for Questions with Multiple-Answer-Choices in Question Answering System Based on Textual Entailment Recognition

title: Sélection de réponses pour les questions à choix multiples en  système de réponses aux questions fondées sur la reconnaissance de l’Implication textuelle

subject: Question Answering

abstract: Question Answering (QA) system is one of the most important and demanding tasks in the field of Natural Language Processing (NLP) that is concerned with answering questions posed in a natural language. In QA systems, the answer generation task generates a list of candidate answers to the user's question, in which only one answer is correct. Answer Selection is one of the main components of the QA, which is responsible for selecting the best answer choice from the candidate answers suggested by the system. However, the selection process can be very challenging. To address this challenge, we propose an approach to answer questions with multiple answer choices for QA systems based on Textual Entailment (TE) recognition. The approach consists of combining three feature sets to evaluate whether one of the candidate answers can be inferred from the text returned by the system. Our system was designed to utilize information on the lexical, syntactic and semantic level in order to recognize the entailment between the generated hypotheses (H) and the text (T). For performance evaluation of our method, a set of experiments has been conducted on the dataset provided by CLEF 2012 through the task of QA4MRE. The obtained results show that our method helps significantly to tackle the problem of Answer Selection in Question Answering system.


title: Path Planning Algorithm for Multiple Unmanned Aerial Vehicles with Parallel Implementation on a Graphics Processing Unit

title: Algorithme de planification de trajectoire pour multiples drones avec implementation parallele sur processeur graphique

subject:
UAV
GPU
Path Planning
Bellman Ford
Genetic Algorithm
Autonomous
rapid
ISR
centralized
algorithm

abstract: The usage of unmanned aerial vehicles (UAVs) have been growing at increasing rates and primarily for the execution of surveillance and reconnaissance tasks. Motivations for their use pertain to their versatility, low cost, elimination of human risk, and potential autonomous capabilities. Intelligence, surveillance and reconnaissance (ISR) tasks for UAVs generally require the aircraft to overfly specified points of interest in an efficient manner while avoiding ter- rain and dangerous regions to gather data and information. A step towards autonomous UAV’s is a path planning module, capable of solving the com- plex optimization problem of computing the routing in a reliable and timely manner. This speed is essential to allow for rapid flight path updating due to variabilities in the environment and changing objectives. Deploying multiple UAVs on a mission allows for faster objective completion and provides a higher level of redundancy; however, adds complexity as the problem of resource al- location and coordination must be considered. This thesis work investigates a fast flight planning algorithm for an ISR scenario involving multiple UAV’s over a known geographical area. A path planning algorithm was developed, it consists of the setup and formatting of data, solving the routing problem for each POI using Bellman-Ford, and the distribution and assignment of the appropriate paths for multiple UAV’s using the Genetic Algorithm. The ac- celeration of this process was achieved using a Graphics Processing Unit and allowed for significant speed-up enabling rapid path planning and in-mission recalculations. The path planning program was tested and verified on a variety of real-world terrain scenario’s simulating an ISR type mission with varying number of UAVs.

abstract: L’utilisation de v ́ehicules a ́eriens sans pilote (UAV) augmente de plus en plus rapidement et sert principalement `a l’ex ́ecution de tˆaches de surveillance et de reconnaissance. Leur utilisation est motiv ́ee par leur polyvalence, leur faible couˆt, l’ ́elimination des risques pour l’homme et leur autonomie. Les tˆaches de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR) pour les UAV requi`ert de survoler des points d’int ́erˆet sp ́ecifi ́es de mani`ere efficace tout en  ́evitant les terrains et les r ́egions dangereuses pour collecter des donn ́ees et de l’information. En marche vers leur autonomie, les UAV doivent disposer d’un module de planification de trajectoire capable de r ́esoudre le probl`eme complexe d’optimisation de calcul de mani`ere robuste et rapide. Cela permet une mise-`a-jour rapide de la trajectoire de vol en raison de la variabilit ́e de l’environnement et des objectifs changeants. Une complexit ́e suppl ́ementaire est introduite lors d’un sc ́enario ou` plusieurs UAV sont d ́eploy ́es. Cela permet d’accomplir les objectifs plus rapidement et offre un niveau de redondance plus  ́elev ́e, mais l’affectation des ressources et la coordination des a ́eronefs doivent ˆetre prise en compte. Cette th`ese pr ́esente une solution de planification de vol pour un sc ́enario ISR ou` plusieurs UAV survolent une zone g ́eographique donn ́ee. Cela a  ́et ́e accompli grˆace `a la configuration et au formatage des donn ́ees d’entr ́ee, `a la r ́esolution du probl`eme du chemin le plus court `a source unique pour chaque point d’int ́erˆet utilisant Bellman-Ford, ainsi qu’`a la distri- bution et `a l’attribution des chemins appropri ́es pour plusieurs UAV utilisant la m ́etaheuristique de l’algorithme g ́en ́etique. L’acc ́el ́eration de ce processus, obtenue `a l’aide d’un processeur graphique, a produit un gain significatif per- mettant la planification et le re calcul des trajectoires de mani`ere tr`es rapide. De plus, le programme de planification de trajectoire a  ́et ́e test ́e et v ́erifi ́e pour divers sc ́enarios repr ́esentant un terrain r ́eel et simulant une mission de type ISR avec un nombre variable d’UAV.


title: NON-LINEAR ADAPTIVE CONTROL OF SQUIRREL CAGE INDUCTION MACHINES USED  IN WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS

title: COMMANDE ADAPTATIVE NON LINÉAIRE DES MACHINES À INDUCTION À CAGE D'ÉCUREUIL UTILISÉES DANS LES ÉOLIENNES

subject:
nonlinear control
squirrel cage induction machine
adaptive control
input output linearization

abstract:
Abstract:
Electric machines are used for the conversion of energy in most industrial, commercial and residential applications. They are essential elements in wind turbines that convert the mechanical energy of the wind into electrical energy. The squirrel cage induction machine is used in wind turbines because of its numerous advantages. It is robust, simple in design and affordable compared to other alternatives such as doubly-fed induction machines and permanent magnet synchronous generators.
An adequate control system is necessary for wind turbines to extract the maximum wind energy and to adapt electric power to the load. Various industrial control systems are used for wind turbines that use the induction machine. This includes the field oriented control method that uses PI controllers and the direct torque control method which uses hysteresis controllers. The main drawback of conventional control systems for wind power generators is the deterioration of transient and steady state performances with the change of operating conditions. Due to the unpredictable nature of wind speed, such vast changes in operating points are inevitable. The stabilization time for the control system can be long. The steady state errors are not always zero. The deterioration of performance is due to several simplifying assumptions while designing the controller. One assumption is the local linearization of the nonlinear structure of the induction machine and the uncertainty of the machine parameters with the change in operating points.
This thesis proposes a non-linear adaptive control algorithm for a wind turbine energy conversion system that uses an induction machine. The structure and equations of the control system will be obtained from the nonlinear model of the machine. The state feedback linearization method will be used for the design. An adaptation module will be included to ensure that the system stability is sensitive of parameter variation. The control system will be tested in simulation using Simulink Power systems Toolbox in Matlab. Different wind conditions will be considered to validate the system performance.
Résumé:
Les machines électriques sont utilisées pour la conversion d'énergie dans la plupart des applications industrielles, commerciales et résidentielles. Ce sont des éléments essentiels dans les éoliennes qui transforment l'énergie mécanique du vent en énergie électrique. La machine à induction de cage d'écureuil est utilisée dans les éoliennes en raison de ses nombreux avantages. Il est robuste, de conception simple et abordable par rapport à d'autres solutions de rechange, telles que les machines à induction doublement alimentées et les générateurs synchrones à aimants permanents.
Un système de contrôle adéquat est nécessaire pour que les éoliennes puissent extraire l'énergie éolienne maximale et adapter l'alimentation électrique à la charge. Divers systèmes de contrôle industriels sont utilisés pour les éoliennes qui utilisent la machine à induction. Cela inclut la méthode du flux orienté qui utilise les contrôleurs PI et la méthode de contrôle direct du couple qui utilise des contrôleurs d'hystérésis. Le principal inconvénient des systèmes de contrôle conventionnels pour les générateurs d'énergie éolienne est la détérioration des performances transitoire et en régime permanent avec le changement de conditions de fonctionnement. En raison de la nature imprévisible de la vitesse du vent, de tels changements importants dans les conditions de fonctionnement sont inévitables. Le temps de stabilisation pour le système de contrôle peut être long. Les erreurs en régime permanent ne sont pas toujours nulles. La détérioration de la performance est due à plusieurs hypothèses simplifiées lors de la conception du contrôleur. Une hypothèse est la linéarisation locale de la structure non linéaire de la machine à induction et l'incertitude des paramètres de la machine avec la variation des points d’opération.
Cette thèse propose un algorithme de contrôle adaptatif non linéaire pour un système de conversion d'énergie éolienne utilisant une machine à induction. La structure et les équations du système de contrôle seront obtenues à partir du modèle non linéaire de la machine. La méthode de linéarisation par retour d'état sera utilisée pour la conception. Un module d'adaptation sera inclus afin de s'assurer que la stabilité du système est sensible aux variations de paramètres. Le système de contrôle sera testé en simulation à l'aide du logiciel de simulation SimPowerSystems de Matlab. Différentes conditions de vent seront considérées pour valider les performances du système.


title: The Geomechanical Response of Axially Loaded Fully Grouted Rock Bolts Utilizing Fibre Optics Technology

title: La Réponse Geomécanique du Boulonnage à Ancrage Réparti Sous Sollicitations Axiales en Utilisant la Technologie Fibre Optique

format: application/pdf application/pdf

subject:
Fibre Optics
Geology
Mechanics
Bolt

abstract:
Rock bolts have been used in mining and civil engineering applications for over 40 years, and have since been one of the primary surficial support systems for underground excavation projects. The main function of a rock bolt is to stabilize the rock mass around the opening of an excavation by fastening to more stable formations behind the excavation face. The lack of discrete design criteria with respect to rock bolts, as well as the emergence of infrastructure projects in more difficult conditions has led to an increase in ground falls associated with failure of the support member. Accordingly, this research programme aimed to increase the industry’s understanding of how this support member functions by utilizing a newly developed Distributed Optical Sensing technology that provided an unprecedented spatial resolution of 0.625 mm. Fifteen (15) pull-out tests on rock bolts that were grouted within concrete specimens were conducted under similar loading conditions for different grout types, embedment lengths, and borehole sizes. The fibre optic technology was placed within diametrically opposing grooves that were machined into the bolt samples. This provided a high spatial resolution, continuous strain profile of all studied samples and therefore successfully obtained insight into the micro-mechanisms involved, overcoming the limitations of research previously conducted with conventional laboratory equipment.
This rigorous testing scheme systematically determined specific support features and interaction parameters within the rock bolts. It also enabled an in-depth look at the critical embedment length and failure mechanisms associated with this type of loading. These results were then compared with ten (10) numerical models, developed within the two-dimensional finite element method numerical modelling software RS2 (Phase2 9.0).  Comparisons of the results from the laboratory testing programme and numerical models showed significant differences. These differences warrant further research into utilizing the physical results to improve these numerical modelling programs used for the analysis of geotechnical structures for civil and mining applications. Overall, the results included in this thesis substantially improve upon the industry’s understanding of the inherent complexities of the axial loading mechanisms of fully grouted rock bolt support elements.


title: A COMPARISON OF TIME SERIES FORECASTING  LEARNING ALGORITHMS ON THE TASK OF  PREDICTING EVENT TIMING

title: UNE COMPARAISON DES ALGORITHMS  D’APPENTISSAGE DE PREVISION DES SERIES  TEMPORELLES SUR LA PREDICTION DU TEMPS DES  EVENEMENTS

subject:
Time series forecsating
Artificial neural networks
Timing event

abstract:
Time series analysis is widely used in various fields such as business, economics, finance, science, and engineering. A time series is a sequence of values or observations of a variable recorded at sequential points in time. One of the main purposes of time series data is that past observations of the data can be used to forecast future values. This thesis focuses on a particular form of time series: the binary time series that contains instantaneous events that occur over time. However, predicting future upcoming events is extremely difficult. The sum squared error (SSE) is a common measure of performance that turns out to be a poor choice for this type of prediction. In fact, majority of machine learning algorithms try to minimize the sum squared error of each output at every time step. Therefore, a new computational approach using interval timing has been proposed in the literature. The idea of this approach, inspired by how animals learn, suggest to predict “when” a particular event will occur in the future instead of “what” event will occur at the next time step by minimizing the sum timing error for each event.
An online learning algorithm namely time adaptive drift-diffusion model (TDDM) derived from this concept has been developed by Rivest et al, 2014. The TDDM algorithm is based on a bounded accumulation process similar to drift-diffusion models (DDM) using in modelling animal decision making. It learns to predict the time remaining before an event occur using binary inputs stream.
This thesis aims at first developing an offline regression-based TDDM algorithm that learns to predict the time remaining before instantaneous events occur, and second at comparing some state-of-the art time series forecasting models from statistics (such as the multivariate vector auto-regressive moving average (VARMA) algorithm) and machine learning (such as the echo state network (ESN) algorithm) to TDDM on predicting when instantaneous events will occur.
A detailed description and classification of the three algorithms is given while highlighting their strengths and drawbacks. We compare these three regression-based algorithms on three real world datasets namely the Bach Chorales for music notes, the NASDAQ stock prices, and the MIT-BIH Arrhythmia database. Two sets of experiments were conducted. In the first one, the algorithms tried to predict binary instantaneous events streams at each time step while in the second they learned to predict the time remaining before the events occur. It was found that the three algorithms have difficulties learning to predict binary event stream but perform much better in the prediction of the time remaining before the occurrence of events.

abstract:
L’analyse de séries chronologiques est largement utilisée dans divers domaines tels que le commerce, l'économie, la finance, la science et l'ingénierie. Une série chronologique ou temporelle est une séquence de valeurs ou d'observations d'une variable enregistrée en des points successifs dans le temps. L'un des objectifs principaux des données de séries chronologiques est que les observations passées peuvent être utilisées pour prévoir les valeurs futures. Beaucoup de modèles de prévision des séries chronologiques provenant du domaine de l'apprentissage machine et celui de la statistique ont été proposées dans la littérature. Cette thèse s’intéresse à une forme particulière de séries temporelles: la série de temps binaire qui contient des événements instantanés qui se produisent au fil du temps. Cependant, la prévision des événements futurs à venir est extrêmement difficile. La mesure d’erreurs au carré (SSE) est une mesure commune de performance qui se révèle être un mauvais choix pour ce type de prédiction. En fait, la majorité des algorithmes d'apprentissage machine essayent de minimiser la SSE de chaque sortie, à chaque pas de temps. Par conséquent, une nouvelle approche de calcul en utilisant la synchronisation d'intervalle a été proposée dans la littérature. L'idée de cette approche, inspirée par la façon dont les animaux apprennent, suggèrent de prévoir "quand" un événement particulier se produira dans l'avenir au lieu de "quoi"  qui se produira au prochain pas de temps en minimisant la somme des erreurs de synchronisation pour chaque événement.
Un algorithme d'apprentissage en ligne basé sur les modèles d'adaptation de  dérivé -diffusion (TDDM) dérivé de ce concept a été développé par Rivest et al, 2014. L’algorithme TDDM est basé sur un processus d'accumulation similaire aux modèles (DDM) inspirée de l’apprentissage animale décision. Ce model apprend à prédire le temps restant avant qu’un événement se produit en utilisant des entrées binaires.
Cette thèse vise à développer d'abord un algorithme offline basé sur la régression qui apprend à prédire le temps restant avant que des événements instantanés se produisent, et ensuite à le comparer avec certains modèles connus  pour prévision des séries chronologiques d’abord en statistique (à savoir l’algorithme vecteur auto régressive moyenne mobile (VARMA)) puis en apprentissage machine (avec l’algorithme du réseau de neurones (ESN) ) sur la prévision des événements instantanés.
Une description détaillée des trois algorithmes est donnée tout en soulignant leurs avantages et leurs inconvénients. Nous comparons ces trois algorithmes basées sur la régression sur les trois ensembles de données du monde réel à savoir Bach Chorales pour les notes de musique, les cours boursiers NASDAQ, et la base de données MIT-BIH d’arythmie. Deux séries d'expériences ont été réalisées. Dans la première, les algorithmes vont essayer de prédire des événements instantanés binaires à chaque pas de temps alors que dans le second, ils apprendront à prédire le temps restant avant que les événements se produisent. Il a été constaté que les trois algorithmes ont des difficultés d'apprentissage pour prédire  des événements binaire, mais beaucoup plus performants dans la prédiction de la durée restante avant la survenance d'événements.


title: Towards a Mechanistic Model for Stress Corrosion Cracking in Nuclear Fuel Elements

title: Vers un Modèle Mécanique de la Fissuration par Corrosion dans les Éléments de Combustible Nucléaire

subject:
Stress Corrosion Cracking
Nuclear Fuel
CANDU Fuel
Modelling
Fracture Mechanics

abstract:
The sheath of a nuclear fuel element is an important barrier to prevent fission product release in nuclear reactors. During increases in power the fuel sheath can be compromised due to iodine-induced Stress Corrosion Cracking (SCC). A mechanistic model of this process would assist in better characterizing operating margins and informing future changes in fuel manufacturing and design.
This thesis develops a new model for SCC in nuclear fuel using the COMSOL finite element analysis platform. It builds on the model of Kleczek and Lewis, previously developed at Royal Military College of Canada (RMCC). The fuel performance model FAST has been integrated into the model to provide mechanical analysis of the fuel sheath. The iodine transport methodology of the Kleczek/Lewis model has been modified to utilize the more robust diffusion model in FAST, and a surface multiplier term has been derived to equate predicted iodine release rates with measured release rate from in-reactor sweep gas tests.
A fracture mechanics analysis has been implemented using threshold stress intensity values and crack growth rates reported in literature. A correlation to predict crack initiation has been derived by mechanical analysis of a database of power histories with known SCC defects. This correlation is based on the change in sheath hoop strain during a power ramp and is shown to be more accurate at discerning failure vs. non-failure than the correlations used in the previous Kleczek/Lewis model.
Failure time prediction of the model is compared against power ramp test FFO-104 performed at the NRX reactor. Under prediction of failure time is explored in a series of sensitivity studies to suggest areas for further development. Together, these model improvements represent a step forward in the mechanistic modelling of SCC in nuclear fuel.

abstract:
La gaine d’un élément de combustible nucléaire constitue une barrière importante pour empêcher le relâchement des produits de fission dans le réacteur.  Durant des hausses de la puissance, la gaine du combustible peut être affectée par la fissuration par corrosion induite par l’iode (FCII).  Un modèle mécanique de ce processus contribuerait à une meilleure caractérisation des marges opérationnelles et à suggérer des changements futurs dans la fabrication et la conception du combustible.
Cette thèse développe un nouveau modèle de la fissuration par corrosion dans le combustible nucléaire et utilise la plateforme COMSOL pour l’analyse par éléments finis.  Ce modèle est basé sur le modèle de fissuration par corrosion induite par l’iode de Kleczek et Lewis, développé dans le passé au CMRC.  Le code de performance du combustible FAST a été intégré au modèle afin de d’effectuer l’analyse mécanique de la gaine du combustible.  La méthodologie du transport de l’iode dans le modèle FCII a été modifiée afin d’utiliser le modèle de diffusion dans FAST qui est plus robuste, et un terme de multiplication de surface a été dérivé pour rendre les taux de relâchement de l’iode prédits égaux aux taux de relâchement mesurés à partir de tests de balayage de gaz dans le réacteur.
On a mis en œuvre une analyse de la mécanique de fissuration utilisant des valeurs des seuils de l’intensité de la contrainte mécanique et des taux de croissance des fissures rapportés dans la littérature.  Une analyse mécanique d’une base de données d’historiques de puissance ayant des défaillances connues dues aux fissures par corrosion a permis d’établir une corrélation pouvant prédire le début de la fissuration.  Cette corrélation est basée sur le changement de contrainte circonférentielle lors d’une montée en puissance et a été démontrée comme étant plus précise à discerner les défaillances des non-défaillances que les corrélations utilisées dans le modèle FCII précédent.
On a comparé le temps de défaillance prédit par le modèle à celui du test de montée en puissance FFO-104. La sous-prédiction du temps de défaillance est explorée dans une série d’études de sensitivité afin de suggérer des domaines pour développement futur.  Ensemble, ces améliorations au modèle représentent un pas en avant pour la modélisation mécanique de la fissuration par corrosion dans le combustible nucléaire.


title: Pulsed Eddy Current Inspection of Second Layer Wing Structure

title: Utilisation des courants de Foucault pulsés pour l’inspection de la deuxième couche structurale d’une aile d’avion

subject:
Pulsed Eddy Current
Electromagnetic Theory
Mahalanobis Distance
Principal Components Analysis

abstract:
Non-destructive testing has become a valuable inspection tool for the aerospace industry. In particular, eddy current testing is used extensively to detect surface and near surface defects in aluminum aircraft component structures. However, there exists a requirement to inspect for the presence of cyclic fatigue cracks around ferrous fasteners in the second layer of double layer structures, such as the lap-joint of the CP-140 Aurora, and CC-130 Hercules. These defects are not easily detectable by conventional eddy current techniques, unless the fasteners are removed. A capability to inspect through the top layer would avoid fastener removal, in turn reducing down time and risk of collateral damage to the structure. Pulsed eddy current (PEC) is an emerging technique with the potential to detect cyclic fatigue cracking in the second layer of aluminum wing structures. PEC offers potential advantages over conventional eddy current in that the inspection occurs from the top layer, does not require fastener removal and the diffused magnetic field can be sensed at greater depths within the material. However, the time-domain PEC signals show only subtle differences between the presence or absence of cracks. Principal components analysis (PCA) is a statistical tool that can be used to reduce the time domain signal to a small number of scores, which enhance the distinction between PEC signals. These scores are clustered depending on whether a crack is present. The relative distance (Mahalanobis Distance), between the scores for a crack and the centroid of the scores for fasteners with no crack can be used to distinguish between cracks and non-cracks.
A PEC coil-based probe was tested on three lap-joint samples containing ferrous fasteners, two of which were actual CP-140 Aurora airframes, and one that was fabricated in the lab. Simulated flaws, ranging in size from 0.8 - 5.5 mm, were present in both the top and bottom aluminum layers. One hundred percent of the simulated flaws were detected in two of the samples with top sheet thickness of 2 mm, and 82% in a thicker (2.6 mm thick first layer) airframe section with a different fastener type, all at 5% false call rate. An observed correlation between Mahalanobis Distance and crack size also suggested that sizing of second layer cracks is possible.

abstract:
Le contrôle non destructif est une technique de grande valeur pour l’industrie aérospatiale. En particulier, les courants de Foucault sont largement utilisés pour détecter les défauts de surface ou proche de la surface des composantes en aluminium dans les avions. Des critères d’inspection existent pour estimer la présence de fissures dues à la fatigue cyclique autour des attaches en fer au niveau de la deuxième couche d’une structure à deux couches, comme les joints de recouvrement des ailes des avions Aurora CP-140 et Hercule CC-130. Ces défauts ne sont pas détectables facilement avec les méthodes de courants de Foucault conventionnelles, à moins que les attaches en fer soient retirées. La capacité d’accomplir l’inspection à travers la couche supérieure des ailes permettrait d’éviter le retrait des attaches et donc de réduire la durée d’inspection et les risques collatéraux d’endommagement de la structure. L’usage des courants de Foucault pulsés (CFP) est une méthode relativement récente qui pourrait détecter les fissures dues à la fatigue cyclique dans la deuxième couche structurale des ailes d’avions en aluminium. L’avantage des CFP par rapport aux méthodes conventionnelles est que l’inspection est effectuée sans le retrait des attaches directement à travers la couche externe de l’aile et le champ magnétique diffusé peut être détecté plus profondément dans le matériau. Cependant, le signal des CFP dans le domaine temporel ne manifeste que de petites différences en présence de fissure par rapport à celui mesuré quand aucune fissure n’est présente. L’analyse en composantes principales (ACP) est un outil statistique qui peut être utilisé pour réduire le signal temporel en un petit nombre de poids ce qui permet d’augmenter les différences entre les signaux des CFP. Ces poids sont groupés en fonction de la présence de fissure. La distance relative (distance de Mahalanobis) entre les poids en présence de fissures et le centroïde des poids quand il n’y a pas de fissures, peut être utilisés pour distinguer les signaux dus sans fissures et avec fissures.
Une sonde CFP à base de bobines fut testée sur trois joints de recouvrement comprenant des attaches ferreuses, deux joints proviennent d’avions Aurora CP-140 et le troisième fut fabriqué au laboratoire. Des défauts allant de 0.8 à 5.5 mm furent crées à la fois dans première et la deuxième couche d’aluminium. Cent pourcent des défauts furent détectés dans les deux échantillons possédant une couche supérieure de 2 mm d’épaisseur et 82% des défauts furent détecté dans l’échantillon dont la couche supérieure mesure 2.6 mm d’épaisseur et avec différents types d’attaches, dans tous les cas le taux de fausse détection est de 5%. La corrélation observée entre la distance de Mahalanobis et la taille des fissures suggère qu’il est possible d’estimer la taille des défauts de la seconde couche.


title: Modélisation de Décisions Tactiques pour Escouades dans une Simulation Constructive

subject:
Modelling and Simulation
Decision-Making
Constructive Simulation
M&S
Situation Awareness
SA
Boyd Cycle
OODA Loop

abstract:
Modelling of Small-Unit Tactical Decision-Making in a Constructive Simulation

The Canadian Forces, like most military organizations around the world, has increasingly turned to the use of Synthetic Environments, including serious games, to offset training and mission rehearsal costs in the face of shrinking budgets. As the shift to simulation-based training and experimentation continues, the complexity of the simulation scenarios grows and the realism of synthetic entities becomes a limiting factor for effective experimentation and training. While serious games provide unprecedented levels of graphical realism, the AI which controls the game entities has not kept pace. As a result, while serious games provide a framework within which to run training simulations, the lack of Human-Level AI means that in order to achieve training and replay value, these exercises are inherently manpower intensive. While Boyd, Ensley and Klein are major contributors to the field of human decision-making, their models are theoretical and are not easily implemented in a software architecture. We have developed a practical application to decision-making by merging those various theoretical models in order to demonstrate the competitive nature of warfare in the field, and thereby create more credible AI actors. To accomplish this, we have developed a software architecture using Soft Computing techniques to effectively model the time-competitive nature of Boyd’s Observe, Orient, Decide and Act (OODA) loop. This has allowed us to create a more realistic model of the dynamics associated with the tactical decision-making process of small-unit leaders in a synthetic environment.

abstract:
Modélisation de décisions tactiques pour escouades dans une simulation constructive

Les Forces canadiennes, comme la plupart des organisations militaires du monde entier, se tournent de plus en plus vers l'utilisation d’environnements synthétiques, y compris de jeux sérieux, pour compenser les coûts de formation et de répétitions de mission face aux contractions budgétaires. Alors que la transition vers la formation et l’expérimentation basées sur la simulation se poursuit, la complexité des scénarios de simulation s’accroît et le réalisme des entités synthétiques devient un facteur limitant pour une expérimentation et une formation efficaces. Alors que les jeux sérieux fournissent des niveaux sans précédent de réalisme graphique, l'IA qui contrôle les entités de jeu n'a pas suivi le rythme. Par conséquent, alors que les jeux sérieux fournissent un cadre dans lequel des simulations de formation sont exécutées, le manque d'IA de niveau humain implique que, afin d'atteindre la formation et la valeur de reprise de jeu, ces exercices exigent intrinsèquement de la main-d'œuvre intensive. Bien que Boyd, Ensley et Klein sont les principaux contributeurs au domaine de la prise de décision humaine, leurs modèles sont théoriques et ne sont pas facilement implémentés dans une architecture logicielle. Nous avons créé une application pratique à la prise de décision en fusionnant ces différents modèles théoriques afin de démontrer la nature concurrentielle de la guerre dans un théâtre d’opérations, créant ainsi des acteurs IA plus crédible. Pour ce faire, nous avons développé une architecture logicielle utilisant des techniques de calcul souple afin de modéliser efficacement la nature compétitive temporelle de la boucle Observe, Oriente, Décide et Agir (OODA) de Boyd. Cela nous a permis de créer un modèle plus réaliste de la dynamique associée à la prise de décision tactique, dans un environnement synthétique.


title: Enhancement of the Power Conversion Efficiency of Organic Solar Cells by Surface Patterning of Azobenzene Thin Films

title: Amélioration de l'efficacité de conversion d'énergie des cellules solaires organiques par la structuration en surface de couches minces d'azobenzène

subject:
solar cell
azobenzene
surface relief grating
scattering
power conversion efficiency
organic

abstract: In order for organic solar cells to take their place in the energy market and be a serious alternative to fossil fuels, their photon-to-electron power conversion efficiency must be improved. Efficiency enhancements of organic solar cells can potentially be achieved by increasing the amount of light absorbed by the active layer. Two solutions for increasing the light absorption in organic solar cells were explored in this thesis. The first solution consisted in using surface relief gratings on a Disperse Red 1 functionalized glass-forming azobenzene compound to couple the light  by surface plasmon resonance in inverted organic solar cells. Technical difficulties in the fabrication of inverted solar cells prevented further research in this area. The second method used to increase the light absorption consisted in integrating patterned azobenzene thin films in organic solar cells to scatter the light, thus increasing the optical path of the light inside the active area. Azobenzene thin films were patterned with randomized nanostructures fabricated by corona poling or with crossed gratings inscribed via laser interference lithography. The patterned films were then bleached (or made transparent) and thermally stabilized by an ultraviolet exposure before being incorporated in P3HT:PC61BM and PTB7:PC61BM solar cells. The large size of the nanostructures created by corona poling caused a disadvantageous forward to total scattering ratio, resulting in a reduction of the solar cells’ efficiencies. However, the solar cells with the azobenzene thin films patterned by crossed gratings showed significant efficiency enhancements. Best results were achieved with root-mean-square roughness, Rq, and maximum roughness, Rqmax, of the azobenzene thin films of Rq⁄Rqmax =3.9 /41 nm and Rq⁄Rqmax =3.6/52 nm for P3HT:PC61BM and PTB7:PC61BM solar cells, respectively. The patterned azobenzene thin films resulted in marked increases in short-circuit current density and photon-to-electron conversion efficiency. Efficiency enhancements of 133%, from 1.37% to 3.19%, were observed for P3HT:PC61BM solar cells, while efficiency enhancements of 302%, from 0.53% to 2.13%, were observed for PTB7:PC61BM solar cells.

abstract: Pour que les cellules solaires organiques prennent leur place sur le marché de l’énergie et constituent une alternative sérieuse aux combustibles fossiles, leur efficacité de conversion de l’énergie lumineuse à électrique doit être améliorée. Il est potentiellement possible d’améliorer l’efficacité des cellules solaires organiques en augmentant la quantité de lumière absorbée par la couche active. Deux solutions pour augmenter l'absorption de la lumière dans les cellules solaires organiques ont été explorées dans cette thèse. La première solution consistait à utiliser des réseaux de diffraction sur un composé d’azobenzène de verre moléculaire Disperse Red 1 pour coupler la lumière par résonance de plasmon de surface dans des cellules solaires organiques inversées. Des difficultés techniques dans la fabrication de ces cellules solaires inversées ont empêché la poursuite des recherches dans ce domaine. La deuxième méthode utilisée pour augmenter l'absorption de la lumière consistait à intégrer des minces couches nano-structurées d'azobenzène dans des cellules solaires organiques afin de disperser la lumière, augmentant ainsi le parcours optique de la lumière dans la couche active. Des couches minces d'azobenzène ont été structurées avec des nanostructures aléatoires fabriquées par effet corona ou avec des réseaux de diffraction croisés inscrits via une lithographie d’interférence au laser. Les films structurés ont ensuite été décolorés et stabilisés thermiquement par une exposition aux rayons ultraviolets avant d'être incorporés dans des cellules solaires P3HT:PC61BM et PTB7:PC61BM. Les grandes tailles des nanostructures créées par l’effet corona ont entraîné un rapport défavorable de diffusion direct par rapport à la diffusion totale, ce qui a entraîné une réduction de l'efficacité des cellules solaires. Cependant, les cellules solaires avec les couches minces d'azobenzène structurées par des réseaux croisés ont montré des améliorations d'efficacité significatives. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une rugosité quadratique moyenne, Rq, et une rugosité maximale, Rqmax, des couches minces d'azobenzène de Rq⁄Rqmax = 3,9/41 nm et Rq⁄Rqmax = 3,6/52 nm pour les cellules solaires P3HT:PC61BM et PTB7:PC61BM, respectivement. Les couches minces d'azobenzène structurées ont entraîné une augmentation marquée de la densité de courant de court-circuit et de l’efficacité de conversion des photons en électrons. Une augmentation de l’efficacité de 133%, de 1,37% à 3,19%, a été observée pour les cellules solaires P3HT:PC61BM, tandis qu'une augmentation de l’efficacité de 302%, de 0,53% à 2,13%, a été observée pour les cellules solaires PTB7: PC61BM.


title: DDT Characterization and Remediation Options at Point Pelee National Park

title: Caractérisation de DDT et des Options de Restauration au Parc national de la Pointe-Pelée

subject: Dichlorodiphenyltrichlorethane (DDT), Point Pelee National Park (PPNP), remediation, isomer, half-life, sampling program, hotspot, Google  Earth

abstract: Point Pelee National Park (PPNP), located in Leamington, ON, is heavily contaminated with the pesticide dichlorodiphenyltrichlorethane (DDT) which was liberally used for mosquito and pest control in the Park from the 1940s until the 1960s.  Building on previous research, a comprehensive soil and sediment sampling and analytical program was carried out.  Using the data obtained, contamination boundaries were defined and it was determined that DDT contamination was centred in three major hotspot areas.  This information was mapped into an interactive Google Earth platform.  DDT isomer analysis compared different groupings of samples, and determined that each of the soil hotspot areas have comparable degradation rates with half-lives ranging from 27 to 40 years.  The sediments from the ponds and marsh areas had statistically different isomer compositions and degradation pathways than the soil with half-lives of 18 to 25 years.  Finally, a remediation options analysis was conducted and courses of remedial action are suggested.  This information and the Google Earth overlay is being provided to Point Pelee Park staff so they can more strategically approach long-term park management.

abstract: Le parc national de Point Pelee (PNPP), situé à Leamingston Ontario, est largement contaminé avec le pesticide dichlorodiphenyltrichlorethane (DDT) qui fut largement utilisé pour le contrôle des moustiques et de la peste pendant les années 1940 jusqu’en 1960.  Se basant sur des recherches antérieures, un programme d’échantillonnage et d’analyse de sédiments et de sols fut complété.  En utilisant les données obtenues, les limites de la contamination ont été définies et il a été déterminé que la contamination au DDT était centrée autour de trois point chaud.  Cette information a été cartographiée sur une plateforme interactive Google Earth.  L’analyse d’isomère DDT a comparé les différents groupes d’échantillons, et a déterminé que les sols de chaque secteur avaient tous des taux de dégradations comparable avec des demi-vies de 27 à 40 ans. Les sédiments des secteurs de marais et d’étangs avaient des compositions d’isomère et des taux de dégradation statistiquement différents avec des demies-vie de 18 à 25 ans.  Finalement, une analyse d’option de dépollution fut menée et les options d’analyse de dépollution sont suggérées.  Cette information ainsi que l’information cartographiée de Google Earth sont également fourni aux employés du parc Pelee de manière a ce qu’ils puissent établir une meilleur stratégie de gestion du parc a long terme.


title: Test Waveforms for the Immunity of Avionic Systems to the Electromagnetic Interference of Portable Electronic Devices

title: Formes d'ondes de test pour l'immunité des systèmes avioniques aux perturbations électromagnétiques des appareils électroniques portatifs

subject:
Electromagnetic Interference
Portable Electronic Devices
Peak to Average Power Ratio
Long Term Evolution

abstract:
Avionic systems are susceptible to electromagnetic interference (EMI) caused by portable electronic devices (PEDs). In order to allow the use of PEDs in the aircraft cockpit environment, radiated susceptibility testing must be performed. However, current test signals are not representative of modern telecommunication standards: characteristics of the communications signals, such as the frequency bandwidth and the peak to average power ratio (PAPR), are not emulated.
This work describes the analysis of complex telecommunication signals such as Long Term Evolution (LTE). Different waveforms are proposed to modulate the signals used in radiated susceptibility testing. Avionic equipment is tested in an anechoic chamber, and the EMI is measured. The measurements associated with the different test waveforms are compared to determine how the characteristics of the signals can affect the level of interference.

abstract:
Les systèmes avioniques sont susceptibles aux interférences électromagnétiques (EMI) causées par les appareils électroniques portatifs (AEP). Pour pouvoir autoriser l’usage des AEP dans le cockpit des aéronefs, des tests de susceptibilité aux rayonnements doivent être entrepris. Cependant, les signaux de tests actuels ne sont pas représentatifs des standards de télécommunications modernes : certaines caractéristiques des signaux de communications, telles que la largeur de bande et le rapport de la puissance de crête à la puissance moyenne, ne sont pas reproduites.
Ce travail fait une analyse de signaux de télécommunications complexes tels que Long Term Evolution (LTE). Différentes formes d’ondes sont proposées pour moduler les signaux utilisés dans les tests de susceptibilité aux rayonnements. De l’équipement avionique est testé en chambre anéchoïque, et les interférences électromagnétiques sont mesurées. Les mesures associées aux différentes formes d’onde de test seront comparées pour déterminer comment les caractéristiques du signal peuvent affecter le niveau d’interférence.


title: Maurice A Pope: A Study in Military Leadership

title: Maurice A Pope: Une étude en leadership militaire

subject: Maurice A. Pope; leadership

abstract:
ABSTRACT

This thesis analyses the military career of Maurice A. Pope, through the lens of leadership. It takes a skills and trait approach to analyse how he became a leader. Good leaders demonstrate the proper technical skills and proficiency in their line of business. They exhibit strong human skills and the ability to interact with subordinates, peers and superiors. And sound leaders possess the proper conceptual skills to probe and work with complex questions related to their organization. Pope developed those skills over time. He relied more heavily on his technical and human skills early in his career; he displayed his conceptual skills more prominently later in his military career. Influence is a critical element of leadership. It is more challenging for leaders to achieve influence when they rely primarily on their personal power to do so. Pope had to depend on his personal power for a large part of his career. His personal power came from his knowledge and experience, his ability to relate to others, and the amount of goodwill he garnered by establishing situations of trust. Trustworthiness is an important trait of leadership. Leaders must also be adaptable, composed, very professional, and have a strong sense of duty. Pope displayed all of those traits. Pope was a leader with a realist bent. He provided a voice of reason and advanced sensible solutions to policy questions. There was no place for indulgence or unrealistic expectations. Beginning in the 1930s, Pope served where military and political affairs intersected and he was very conversant in both fields. He depended on his full range of skills to become a master organizer and problem solver whose vision, expertise, and integrity won the trust of soldiers, civil servants, diplomats, and politicians alike. Although he was rarely a central decision maker, Pope wielded influence at progressively higher levels once the Second World War began: as a senior staff officer in Ottawa and with the Canadian forces in Great Britain, then as Canada’s top military representative in Washington, the seat of the Anglo-American alliance, and ultimately, Prime Minister William Lyon Mackenzie King’s military advisor in 1944-45. Pope went from a veteran of front-line combat in the First World War to a pivotal figure in the Canadian military effort in the Second World War, always trying to make a difference.

RÉSUMÉ
La présente thèse analyse la carrière militaire de Maurice A. Pope du point de vue du leadership. Elle adopte une approche basée sur les compétences et qualités personnelles pour examiner comment Pope est devenu un leader. Les meilleurs leaders démontrent les compétences techniques et la maitrise de leur secteur d’activité, ainsi que des compétences interpersonnelles, que ce soit avec leurs subordonnés, leurs collègues, ou leurs supérieurs. Les bons leaders doivent également posséder des compétences conceptuelles afin de travailler avec des questions complexes reliées à leur organisation. Pope a développé ces compétences au cours de sa carrière militaire. Il a utilisé de façon plus marquée les compétences techniques et interpersonnelles plut tôt dans sa carrière, et les compétences conceptuelles plus tard. L’influence est un élément essentiel du leadership. L’influence peut être d’origine professionnelle ou personnelle. C'est plus difficile pour les leaders de réaliser l'influence quand ils se fient principalement sur leur pouvoir personnel. Pope a dû dépendre plus de son pouvoir personnel durant sa carrière. Il a développé son pouvoir personnel à partir de ses compétences techniques, ses fortes compétences interpersonnelles, et la bonne volonté qu’il a acquis en établissant des situations de confiance. La fiabilité est un élément important du leadership. De plus, les leaders doivent pouvoir s’adapter, démontrer du sang-froid, posséder un fort sens du devoir, ainsi qu’être professionnel. Pope a démontré toutes ces caractéristiques. Pope était un réaliste. Il a fourni une voix de raison et a recommandé des solutions judicieuses pour des questions politiques. Il n’y avait pas de question d’indulgences ou d’attentes irréalistes. A partir des années 1930, Pope a dû travailler à l’intersection des affaires militaires et politiques, et il connaissait bien les deux domaines. Il a dû se fier sur la gamme complète de ses compétences pour devenir un maître organisateur et une personne douée à résoudre des problèmes. Il a réussi à gagner la confiance des soldats, fonctionnaires, diplomates, et politiciens grâce à sa vision, son expertise, et son intégrité. Même si Pope fut rarement un décideur central, il a su utiliser son influence à des niveaux progressivement plus élevés après le début de la deuxième guerre mondiale: officier d’étatmajor à Ottawa, avec les forces canadiennes en Grande Bretagne, haut représentant militaire à Washington, le siège de l’alliance militaire anglo-américaine, et finalement, comme conseiller militaire pour le premier ministre William Lyon Mackenzie King en 1944-45. Pope est passé d’un vétéran des lignes de front durant la première guerre mondiale à une figure de pivot pour le Canada dans son effort militaire durant la deuxième guerre mondiale, cherchant toujours à avoir un impact.


title: A Comparison of Two Stochastic Global Optimization Methods for the Generation of Electronic Countermeasures Techniques

title: Une comparaison de deux méthodes stochastiques d'optimisation globale pour la production de techniques de contre-mesures électroniques

subject:
Electronic Countermeasures
ECM
Electronic Warfare
EW
Deception Jamming
MATLAB
Global Optimization
Genetic Algorithm
Particle Swarm Optimization
PSO
Tactical Engagement Simulation Software
TESS

abstract:
Choosing the optimal set of parameters of an electronic countermeasures technique from the vast solution space provided by modern deception jamming systems is time consuming and non trivial. Optimization algorithms can be used to find the optimal parameter set to a given problem in a fraction of the time required of direct search methods. Both the genetic algorithm and particle swarm optimization have been shown to be effective when dealing with electromagnetic engineering problems. Previous attempts to improve electronic countermeasures techniques have used a genetic algorithm in a limited fashion to generate range gate pull off and velocity gate pull off techniques using a hardware-in-the-loop simulation. In the public domain, the particle swarm optimization has never been used for this specific problem.
This thesis compares the effectiveness and efficiency of the genetic algorithm and the particle swarm optimization when applied to the problem of electronic countermeasure technique parameter selection. To do so, the MATLAB® Global Optimization Toolbox and Tactical Engagement Simulation Software (TESS™) were integrated to provide a fitness evaluation of each candidate solution generated via the iterative process. Multiple optimizations were conducted for engagement scenarios between a ground based radio frequency command guided surface to air missile system and an airborne target aircraft using a self-protection deception jammer. Simulation results show that effective electronic countermeasures deception jamming techniques can be generated using both optimization algorithms. However, the particle swarm optimization found effective techniques more often and in less time than the genetic algorithm.

abstract:
Les systèmes modernes de brouillage déceptif exigent plusieurs paramètres d’entrée. L’optimisation des paramètres d’une technique de contre-mesure électronique s’avère alors d’une tâche longue et difficile. Des algorithmes d’optimisation sont souvent plus rapides que la méthode de recherche directe pour estimer la solution optimale d’un problème à paramètres multiples. L’algorithme génétique et l’optimisation des essaims particulaires se sont révélés efficaces pour traiter certains problèmes de génie électromagnétique. Des tentatives précédentes visant à améliorer les techniques de contre-mesures électroniques ont utilisé l’algorithme génétique de manière limitée pour générer des techniques de déréglage des portes de distance et de vitesse dans une simulation de matériel incorporé. Cependant, les sources publiées ne mentionnent pas l’optimisation des essaims particulaires pour cette tâche.
Dans cette thèse, l’efficacité et l’efficience de l’algorithme génétique et de l’optimisation des essaims particulaires sont comparées pour l’estimation des paramètres optimaux des techniques de brouillage déceptif. Pour ce faire, la boîte à outils d’optimisation globale MATLAB® et le logiciel de simulation d’engagement tactique (TESS™) ont été intégrés pour évaluer les solutions candidates générées lors des itérations. De multiples optimisations ont été effectuées pour des engagements simulés entre un système de missile sol-air guidé par commande radiofréquences et un aéronef cible auto-protégé par un brouilleur de déception. Les résultats démontrent que les deux algorithmes d’optimisation sont capables de générer des techniques de brouillage déceptif efficaces. Cependant, l’optimisation des essaims particulaires a identifié des techniques efficaces plus souvent et plus rapidement que l’algorithme génétique.


title: Transmutation of Actinides Using Heavy Water Reactors and Sodium Cooled Fast Reactors

title: Transmutation D’Actinides à L’Aide de Réacteurs à Eau Lourde et de Réacteurs Rapides Refroidis au Sodium

subject:
heavy water reactor
minor actinides
fast reactor
transmutation

abstract:
The management of spent nuclear fuel is one of the largest challenges preventing widespread acceptance and expansion of nuclear energy. One strategy to alleviate the concerns surrounding spent nuclear fuel is to transmute long-lived actinides. In this work a heavy water reactor (HWR) was proposed to be employed as an intermediate burner of transuranic elements (plutonium, americium, curium, and neptunium) from light water reactor (LWR) spent fuel, prior to further transmutation in a sodium cooled fast reactor. Reactor physics modelling of the HWR was performed using the lattice cell code WIMS-AECL 3.1, and the sodium cooled fast reactor was modelled using the Monte Carlo code Serpent. Basic safety criteria were analyzed for both the HWR and the fast reactor models. Dynamic simulations to determine the impact of transitioning to actinide burning fuel cycles were performed using the VISION fuel cycle systems model.
Five fuel cycles were modeled, in order to determine the impact of an intermediate burner HWR:  1: a reference case, once-through LWR; 2: LWR, transitioning to fast reactors; 3: LWRs, transitioning to HWR intermediate actinide burners, then to fast reactors; 4: LWRs, transitioning to both HWR intermediate burners and LWR-derived fuel fast reactors; and 5: an LWR to HWR modified open fuel cycle (no fast reactors).
Fuel cycles that include a transition to fast reactors have the most favourable impact on sustainability metrics, such as uranium consumption. Relative to a reference once-through LWR case, a transition to fast reactors reduces consumption by 70%. Fuel cycles utilizing HWRs as intermediate burner of minor actinides reduce this somewhat, giving a reduction in uranium requirements of 55-59%.
The fuel cycles studied here significantly reduce the amount of spent fuel requiring long term storage. 527 kt of spent fuel in the reference once through LWR case is reduced by 76% to 126 kt in the LWR to HWR modified open fuel cycle, and by 98% to 10 kt for the fast reactor scenarios.
The determination of the actinide burning abilities of the different fuel cycles was complicated by the concentration of minor actinides (i.e. Am and Cm) in the fast reactor fuel. When a sufficient number of fast reactors are built in relation to the supply of fuel from LWR or HWRs, the scenario runs out of minor actinides, and is forced to “borrow” these elements from a region outside of that being modelled. However, it can be concluded that since these scenarios are forced to import minor actinides, they do a sufficient job of dispositioning actinides.

abstract:
La gestion du combustible nucléaire usé est l’un des défis les plus importants empêchant une acceptation généralisée et une expansion de l’énergie nucléaire.  Une stratégie visant à répondre aux inquiétudes reliées au combustible nucléaire usé est de transmuter les actinides à longues vies.  Dans ce présent travail, on propose l’emploi d’un réacteur à eau lourde (HWR) comme un brûleur intermédiaire d’éléments transuraniens (plutonium, américium, curium, et neptunium) provenant du combustible usé de réacteurs à eau légère (LWR), préalablement à une transmutation ultérieure dans un réacteur rapide refroidi au sodium. La modélisation de la physique du réacteur à eau lourde a été effectuée à l’aide du logiciel de calcul de cellule WIMS-AECL 3.1, et celle du réacteur rapide refroidi au sodium fut accomplie grâce au logiciel Serpent qui est basé sur une méthode de Monte Carlo.  Des critères de base en sûreté ont été analysés pour le réacteur à eau lourde et le réacteur rapide modélisés.  On a effectué des simulations dynamiques pour déterminer l’impact des transitions vers des cycles de combustible consommant des actinides à l’aide du modèle VISION de systèmes de cycles de combustible.
On a modélisé cinq cycles de combustible afin de déterminer l’impact du réacteur à eau légère intermédiaire : 1: un cas de référence, celui du cycle à passage unique dans un réacteur à eau légère; un cycle partant d’un passage initial dans un réacteur à eau légère suivi d’une transition dans un réacteur rapide; 3: un cycle commençant par un passage dans des réacteurs à eau légère, suivi d’une transition dans des réacteurs à eau lourde, puis dans des réacteurs rapides; 4: un cycle démarrant par un passage dans des réacteurs à eau légère, suivi par une transition dans des réacteurs à eau lourde en parallèle avec une transition de combustible irradié dans des réacteurs à eau légère vers des réacteurs rapides; et, 5: un cycle ouvert dans lequel le combustible irradié dans des réacteurs à eau légère est envoyé dans des réacteurs à eau lourde (sans réacteur rapide).
Les cycles de combustible qui impliquent des réacteurs rapides ont l’impact le plus favorable sur les paramètres de faisabilité, comme celui de la consommation de l’uranium.  Relativement au cas de référence qui est le cycle à passage unique dans un réacteur à eau légère, une transition vers des réacteurs rapides diminue la consommation d’uranium par 70%.  Les cycles de combustible qui incluent des réacteurs à eau lourde comme brûleur intermédiaire d’actinides mineurs diminuent cela quelque peu, donnant une réduction de 55-59% des besoins en uranium.
Les cycles de combustible étudiés ici réduisent de façon significative les quantités produites de combustible usé qui demandent un entreposage de longue durée.  Les 527 kt de combustible usé produites dans le cycle de référence à passage unique dans un réacteur à eau légère sont diminuées par 76% à 126 kt dans le cycle ouvert modifié avec passage d’un réacteur à eau légère à un réacteur à eau lourde, et par 98% à 10 kt pour les cycles impliquant des réacteurs rapides.
La détermination des capacités de brûler les actinides des différents cycles de combustible était rendue compliquée par la concentration des actinides mineurs (i.e. Am et Cm) dans le combustible du réacteur rapide. Lorsqu’un nombre suffisant de réacteurs rapides sont construits en relation avec les quantités de combustible produites par les réacteurs à eau légère et les réacteurs à eau lourde, le scénario épuise les quantités disponibles d’actinides mineurs, et on est forcé d’ « emprunter » ces éléments de sources situées dans une région extérieure à celle modélisée.  Cependant, on peut conclure que, puisque ces scenarios doivent importer des actinides mineurs, ils effectuent un travail suffisant de disposition des actinides.


title: A 3-in-1 Approach to Evaluate Gas Hydrate Inhibitors

title: Une approche 3-en-1 pour  evaluer les inhibiteurs d'hydrates gazeux

subject:
Gas hydrate Inhibitors
Morphology
Kinetics
Phase equilibria
methane hydrates

abstract:
A novel method to screen crystal morphology, thermodynamics, and kinetic effects of gas hydrate inhibitors is presented. This method allowed tight control of the temperature at the crystallization surface irrespective of ambient
conditions. New insights into the mechanisms of methane hydrate formation and dissociation in the presence of thermodynamic inhibitors (monoethylene glycol, sodium chloride), a kinetic inhibitor (polyvinylpyrrolidone) (PVP), and
an antiagglomerant (tertbutylammoniumbromide) (TBAB) are provided. The methane hydrate formation/decomposition was investigated on a uniform temperature surface and a constant temperature gradient surface. Temperature-gradients were used to relate the hydrate morphology and growth rate to the driving force. The hydrate morphology and crystal growth behavior were found to vary significantly due to the presence of additives. The hydrate formed in the presence of PVP and TBAB were more stable than those formed with pure water. All of the systems studied showed hydrate propagation onto
the sapphire surface outside the original water boundary. The presence of NaCl, EG, PVP, and TBAB significantly reduced the hydrate growth rate,
however, massive hydrates were formed with TBAB at higher subcoolings. Hydrate phase equilibria were also studied. The presence of PVP and TBAB had no impact on methane hydrate phase equilibria at the concentrations used. Compared to traditional multi-trial methods, the main advantage of this method is that only a single experiment is required to (1) correlate the crystal growth behavior and hydrate morphology with respect to temperature, (2) the H-L-V equilibrium temperature at the experimental pressure, and (3)
the change in hydrate growth velocity with respect to temperature. Thus, this novel 3-in-1 Approach  effectively allows the assessment of crystal morphology, apparent kinetics and phase equilibria of gas hydrates in the presence of hydrate inhibitors.

abstract: Une nouvelle méthode capable d'analyser la morphologie des cristaux ainsi que la thermodynamique et les effets cinétiques des inhibiteurs d'hydrates de gaz est présentée. Cette méthode permet un contrôle précis de la température de cristallisation indépendamment des conditions ambiantes. Des nouvelles perspectives sur les mécanismes de formation et de dissociation des hydrates de méthane en présence d'inhibiteurs thermodynamiques (mono éthylène glycol, chlorure de sodium), d'un inhibiteur cinétique (poly-vinylpyrrolidone, PVP) et d'un antiagglomérant (tertbutylammoniumbromide, TBAB) sont présentées. La formation ainsi que la décomposition des hydrates de méthane ont été étudiées sur une surface à température uniforme ainsi sur un gradient de température. Le gradient de température a été utilisé pour établir une corrélation entre la morphologie des hydrates, les taux de croissance et la force d'entrainement. Il a été démontré que le comportement de la morphologie des hydrates et de la croissance des cristaux varie considérablement en raison de la présence d'additifs. Les hydrates formés en présence de PVP et TBAB se sont révélés plus stables que ceux formés à partir de l'eau pure. De plus, tous les systèmes étudiés ont révélé la propagation d'hydrates dans la surface du saphir à l'extérieur du volume d'eau initial. La présence de NaCl, EG, PVP et TBAB a réduit significativement le taux de croissance des hydrates. Cependant, en présence de TBAB et une haute force d'entrainement des hydrates massifs se sont formés. L'équilibre des phases des hydrates a aussi été étudié. La présence de PVP et de TBAB n'a eu aucun impact sur l'équilibre des phases du méthane hydrate aux concentrations utilisées. Comparé aux méthodes traditionnelles de multi-essai, l'avantage principal de cette méthode est que seulement une expérience est requise pour évaluer : (1) la corrélation entre la croissance des cristaux et la morphologie des hydrates par rapport à la température (2) l'équilibre H-L-V de la température à la pression expérimentale (3) Le changement de vitesse dans la croissance des hydrates par rapport à la température. En conclusion, cette nouvelle méthode permet d'évaluer efficacement la morphologie des cristaux, les propriétés cinétiques


title: PER- AND POLYFLUOROALKYL SUBSTANCES IN THE ROYAL CANADIAN NAVY

title: LES SUBSTANCES PER- ET POLYFLUOROALKYLIQUES DANS LA MARINE ROYALE CANADIENNE

subject: per-and polyfluoroalkyl substances

abstract:
Per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are essential ingredients used in aqueous film forming foam (AFFF), but are also global environmental contaminants that are ubiquitous in water, soil, sediment, wildlife and humans around the world. For the Royal Canadian Navy (RCN), AFFF is an essential firefighting medium used onboard its warships and submarines to protect areas vulnerable to Class B fires. Effects of AFFF use at land based military installations have been studied and are well documented, but little is known about the consequences of AFFF use at sea. Herein, an investigation was made to identify where PFAS exists in the RCN, with an emphasis on AFFF, what the fate of PFAS from AFFF would be if used AFFF was allowed to wash overboard at sea, and potential methods to reduce or eliminate PFAS from used AFFF entering the environment from RCN use.
The quantities and types of AFFF in the RCN, along with historical usage quantities were determined. Currently, the RCN uses both 6% and 3% AFFF formulas manufactured by Ansul, meeting the US military specification (MIL-F-24385F). These formulations can contain up to 8 kg of PFAS per m3 of AFFF. In total, RCN vessels carry in excess of 90 m3 of AFFF. In ten years of fire reports, 1 in 62 fires employed the fitted AFFF system onboard to extinguish the fire. While the RCN does not track quantities of AFFF used or sent overboard, reports from an engine room fire in the early 2000s indicate that AFFF was released overboard. Based on the gathered information, it can be concluded that there is a reasonable chance that RCN use of AFFF at sea could be contributing to the PFAS burden in the environment.
To assess the fate and transport of PFAS from AFFF washed overboard at sea, a hydrodynamic model was used to predict the transport of PFAS released into Halifax Harbour, Nova Scotia for different release locations and differing wind and wave conditions. PFAS transport was simulated as a conservative tracer. Model results indicate that PFAS released in the presence of strong wind and waves will travel farther than PFAS released during a period with little wind and no waves (17.7 – 31.1 km and 15.6 – 21.9 km respectively). After 10 days of simulation, PFAS levels from release sites further into the Harbour remained the most elevated (40,000 – 60,000 pg/L), while PFAS levels from the Outer Harbour release site had decreased to 800 pg/L for a period with little wind and no waves. Regardless of the PFAS release site, after 12 hours, shorelines within the Harbour were affected by PFAS with concentrations ranging from 40,000 to 500,000 pg/L. The methods described here could be applied to PFAS transport in other coastal areas, and the results could be used to shape policies and best practices with respect to AFFF use at sea.
Based on the successful use of granular activated carbon (GAC) to remove PFAS from groundwater, a numerical model was developed to simulate PFAS adsorption to GAC in order to determine the amount of GAC that would be required to remediate PFAS from used AFFF and to investigate the feasibility of its use onboard an RCN vessel. The model considered both bulk flow and hydrodynamic dispersion in one dimension, and adsorption of PFAS to GAC was represented using a retardation factor. The model was calibrated and validated using data from a full scale setup whose purpose was to remove PFAS from groundwater. Validation of the model suggested that the output for PFAS concentration in the effluent was not reliable (Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) of -1.92); however, the quantity of PFAS adsorbed per mass unit of GAC was more dependable (NSE of 0.31). Adding a safety factor of 3, the model predicts that 795 kg of GAC is required to remove all PFAS from 3.6 m3 of AFFF. Although this represents a reasonable mass of GAC for use onboard a ship, the feasibility of this method for remediation of PFAS from used AFFF in the RCN could not be determined with any certainty due to model uncertainty. Further work to refine the model is recommended.

abstract:
Les substances perfluoroalkyliques et polyfluoroalkyliques (SPFA) sont des ingrédients essentiels utilisés dans la fabrication de mousses à formation de pellicules aqueuses (MFPA), mais elles sont également des contaminants environnementaux globaux omniprésents dans l'eau, le sol, les sédiments, la faune et les humains du monde entier. Pour la Marine royale du Canada (MRC), la MFPA est un moyen essentiel de lutte contre les incendies et est utilisée à bord de ses navires de guerre et des sous-marins pour protéger les zones vulnérables aux feux de classe B. Les effets de la MFPA sur les installations militaires terrestres ont été étudiés et sont bien documentés, mais on en sait peu sur les conséquences de l'utilisation de la MFPA en mer. Cette étude a été faite pour localiser les SPFA au travers de la MRC, mettant une emphase particulière sur les SPFA contenus dans la MFPA s’ils sont utilisés en mer, et les méthodes potentielles pour réduire ou éliminer SPFA provenant des MFPA usagées produit par la MRC.
Les quantités et les types de la MFPA dans la MRC, ainsi que les quantités d'utilisation historiques ont été déterminés. Actuellement, la MRC utilise à la fois MFPA à 6% et 3% fabriqué par Ansul et conforme à la spécification militaire américaine (MIL-F-24385F). Ces formulations peuvent contenir jusqu'à 8 kg de SPFA par m3 de la MFPA. Au total, les navires de la MRC transportent plus de 90 m3 de la MFPA. Au cours de dix années de rapports sur les incendies, un incendie sur 62 a utilisé le système de la MFPA installé à bord pour éteindre l'incendie. Bien que la MRC ne surveille pas les quantités de la MFPA utilisées ou envoyées à la mer, les rapports d'un incendie dans la salle des machines au début des années 2000 indiquent que la MFPA a été rejetée à la mer. D'après les renseignements recueillis, on peut conclure qu'il y a une chance raisonnable que l'utilisation de la MFPA en mer par la MRC contribue aux SPFA dans l'environnement.
Un modèle hydrodynamique a été utilisé pour prédire le transport de SPFA libéré dans le port d'Halifax, en Nouvelle-Écosse, pour les différents sites de rejet ainsi que différentes conditions de vent et de vagues. Le transport de SPFA a été simulé comme un traceur conservateur. Les résultats du modèle indiquent que les SPFA libérés en présence de vents forts et de vagues se disperseront plus loin que les rejets de SPFA pendant une période où il y a peu de vent et pas de vagues (respectivement 17,7 - 31,1 km et 15,6 - 21,9 km). Au bout de 10 jours de simulation, les niveaux SPFA des sites de rejet situés les plus près du Bassin de Bedford sont restés le plus élevé (40 000 - 60 000 pg / L), tandis que les niveaux SPFA des sites de rejet à l’extérieur du Bassin de Bedford avaient diminué à 800 pg / L pour une période avec peu de vent et pas de vagues. Quel que soit le site de rejet du SPFA, après 12 heures, les rivages dans le port ont été affectés par le SPFA avec des concentrations allant de 40 000 à 500 000 pg / L. Les méthodes décrites ici pourraient être appliquées au transport de SPFA dans d'autres zones côtières, et les résultats pourraient être utilisés pour façonner les politiques ainsi que de meilleures pratiques en ce qui concerne l'utilisation de la MFPA en mer.
Basé sur l'utilisation réussie du charbon actif granulaire (CAG) pour retirer les SPFA des eaux souterraines, un modèle numérique a été développé pour simuler l'adsorption des SPFA au CAG afin de déterminer la quantité de CAG nécessaire pour traiter les SPFA des MFPA usagées et enquêter sur la faisabilité de son utilisation à bord d'un navire de la MRC. Le modèle a pris en compte à la fois le flux massique et la dispersion hydrodynamique dans une dimension, et l'adsorption de SPFA sur CAG a été représentée en utilisant un facteur de retardement. Le modèle a été calibré et validé à l'aide de données provenant d'une installation à grande échelle dont le but était d'enlever les SPFA des eaux souterraines. La validation du modèle a suggéré que la concentration de SPFA dans l'effluent n'était pas fiable (l'efficacité de Nash-Sutcliffe (NSE) était de -1,92); cependant, la quantité de SPFA adsorbée par unité de masse de CAG était plus fiable (NSE était de 0,31). En ajoutant un facteur de sécurité de 3, le modèle prédit que 795 kg de CAG est nécessaire pour enlever tous les SPFA de 3,6 m3 de la MFPA. Bien que cela représente une masse raisonnable de CAG à utiliser à bord d’un navire, la faisabilité de cette méthode pour le traitement des SPFA des MFPA usagés de la MRC n’a pu être déterminée avec précision en raison de l'incertitude du modèle. Plus de recherches scientifiques seront nécessaire pour affiner les modèles.


title: Crossing the Air Gap — An Ultrasonic Covert Channel

title: Pontage du réseau séparé — un canal ultrasonore caché

subject:
air gap malware
ultrasonic
acoustic communication
covert channel
speaker to microphone
computer network security

abstract:
Commonly implemented in high-security computer networks, an air gap physically isolates systems from external threats. Without Internet-connectivity, another medium is needed to transfer data to/from an air-gapped network. In this work, the possibility of inaudible acoustic channels in the ultrasonic frequency range is investigated.
     An ultrasonic channel with the Goertzel algorithm, cross-correlation, pulse shaping, and a medium access control protocol was developed. Command-line interaction was demonstrated via the ultrasonic channel. With binary frequency-shift keying (BFSK), speeds of over 250 bit/s at a distance of 2 m were observed. Quadrature frequency-shift keying (QFSK) was confirmed possible within the ultrasonic range to yield speeds of about 500 bit/s. Differential phase-shift keying (DPSK) was shown to be functional. The ultrasonic channel may be hidden in audible noise such as music. The channel software was also capable of transferring data directly via auxiliary (AUX) audio cable.

abstract:
Généralement mis en œuvre dans les réseaux informatiques de haute sécurité, la séparation physique isole les systèmes des menaces externes. Sans l’accès à Internet, une autre méthode est nécessaire pour le transfert de données du réseau séparé. Dans ce travail, la faisabilité d’employer des canaux acoustiques inaudibles dans la gamme de fréquences ultrasonores est étudiée.
     Un canal ultrasonore utilisant l’algorithme de Geortzel, la corrélation croisée, la conformations des impulsions, et un protocole de contrôle d'accès au support fut développé. La functionnalité de l’interface en ligne de commande a été démontrée via le canal ultrasonore. Par une modulation par déplacement de fréquence binaire (BFSK), des vitesses dépassant 250 bit/s à une distance de 2 m ont été observées. La modulation par déplacement de fréquence en quadrature (QFSK) a été confirmée possible dans le domaine ultrasonore, donnant des vitesses d’environ 500 bit/s. La modulation par changement de phase différentiel (DPSK) s’est avérée fonctionnelle. Le canal ultrasonore peut être caché dans le bruit tel que la musique. Le logiciel du canal ultrasonore est capable de transférer les données directement par un câble auxiliaire (AUX).


title: Performance Investigation of a Pilot-Scale Integrated Anaerobic Digestion-Solid-Oxide Fuel Cell System Calibrated to Experimental Stack Data

title: Enquête de performance sur un système à l'échelle pilote de piles à combustible à oxyde solide intégré à la digestion anaérobie et calibré avec données de piles expérimentales

subject:
biogas
solid-oxide fuel cell
anaerobic digestion
integrated system
pilot plant
combined heat and power
biogas purification
siloxane
hydrogen sulphide
activated carbon
activated alumina
wastewater treatment
sensitivity analysis

abstract: Biogas is a renewable-energy by-product produced at many wastewater treatment plants (WWTPs) by anaerobic digestion.  Unfortunately, biogas is currently underutilized at smaller facilities because of the capital and maintenance capital costs associated with combined heat and power (CHP) technologies and biogas purification.  Solid oxide fuel cell (SOFC) systems are a CHP technology currently entering commercial markets that could lead to a rise in biogas utilization at WWTPs because they are the CHP technology with the highest electrical efficiencies and most environmentally-friendly emissions profiles.

abstract: A 2kWe biogas-fed SOFC pilot plant has been proposed for construction at the Ravensview wastewater treatment plant in Kingston, ON, that is to be directly integrated with one of the on-site digesters.  Importantly, the pilot plant will include a biogas purification system comprised of inexpensive adsorbents that selectively targets the two most detrimental contaminant species, hydrogen sulphide and siloxanes.

abstract: This work began with an experimental component in which a prospective SOFC stack for the pilot plant was operated on processed biogas.  Subsequently, a process model of the pilot plant was developed using the UniSim Design simulation software.  The process model is enhanced by the inclusion of a tunable empirical cell model that was calibrated to the prospective stack performance.  A series of sensitivity analyses were performed on the pilot plant model which revealed that the system could be operated on the expected range of biogas compositions generated at WWTPs.  The maximum feasible gross electrical and CHP efficiencies were estimated to be 62 and 77 % for operation on Ravensview biogas.


title: Robust Model-Predictive Mission Planning for Unmanned Systems

title: Planification de mission pour les systèmes sans pilote basée sur une commande prédictive robuste

subject: robust model-predictive control, path planning, Unmanned Aerial Vehicles, linearization through dynamic extension

abstract: This study investigates the use of Model Predictive Control (MPC) based motion planning techniques for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) ground attack missions involving enemy defenses. This is accomplished through the design, implementation, and comparison of three different planning algorithms: a technique using open-loop predictions; a technique using perturbations on stabilizing feedback predictions; and a robust technique assuming the worst-case scenario of uncertainty. In all cases, the range of enemy defenses is represented as specially constructed linear inequality constraints. The performance of each technique is assessed using a simulated MATLAB environment. Results show that approximating the range of enemy defenses as linear inequality constraints not only effectively ensures enemy avoidance, it also fits nicely into the robust, Min-Max MPC formulation using semi-definite relaxations. The robust technique produced stable, conservative solutions that adhered to constraints in the presence of uncertainty. Results also show these guarantees lead to an exponential growth in computation time at larger prediction horizons.

abstract: Cette étude examine des techniques de la commande prédictive pour la planification de mouvements pour les véhicules aériens sans pilote dans des missions d'attaque au sol entre des défenses ennemies. Ceci est réalisé par la conception, la mise en œuvre, et la comparaison de trois algorithmes de planification différents: une technique utilisant des prédictions en boucle ouverte; une technique utilisant la prédiction de perturbations sur une rétroaction stabilisé; et une technique robuste qui suppose le cas d'incertitude maximale. Dans tous les cas, les défenses ennemies sont représentées selon des constraintes d'inégalité linéaire. La performance de chaque technique est évaluée en utilisant un environnement simulé dans MATLAB. Les résultats démontrent que le traitement de défenses ennemies comme des contraintes d'inégalité linéaire non seulement assure ainsi l'évitement de l'ennemi, il s’adapte aussi bien dans la formulation de commande prédictive Min-Max robuste utilisant des relaxations semi-définies. La technique robuste produit des solutions stables et conservatrices qui respectent les contraintes en présence d'incertitude. Les résultats démontrent aussi ces garanties exigent une croissance exponentielle de temps de calcul à des horizons de prédiction plus longs.