identifier: Roubi, A. (2013). Synthèse de lois de commande pour pots vibrants électromagnétiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous présentons dans ce mémoire trois stratégies de contrôle dédiées à l'asservissement de pots vibrants électromagnétiques.Ce sont des sources de vibrations utilisées dans les rhéomètres afin de caractériser les propriétés viscoélastiques de matériaux mous, tels que des tissus biologiques.Les contrôleurs conçus doivent assurer la poursuite du déplacement des pots vibrants pour trois profils de déplacements particuliers. Ces signaux de référence sont de type transitoires et de fréquences variables selon le matériau étudié. De plus, les correcteurs doivent satisfaire les mêmes performances pour toutes les masses des porte-échantillons , ou, en d'autres termes être robustes vis-à-vis les variations des valeurs de ces masses.On commence par l'élaboration de modèles pour les pots vibrants en fonction des masses des porte-échantillons. Pour ce faire, nous utilisons un processus d'identification pour déterminer chaque paramètre des sources vibrantes et estimer son évolution en fonction des masses utilisées. Nous obtenons ainsi des modèles qui dépendent de la masse.Ensuite vient le développement de trois stratégies de commande pour deux pots vibrants particuliers. La première stratégie est basée sur un simple contrôleur à retard de phase. Les deuxième et troisième stratégies sont basées sur la synthèse   et la synthèse   structurée respectivement. Ce sont deux techniques de contrôle robuste et leur choix est motivé par l'incertitude paramétrique de la masse dans les modèles développés précédemment. Les résultats de simulations et les limitations de chaque stratégie de contrôle sont illustrés et commentés. On finit la partie synthèse par l'évaluation de la robustesse des performances des trois lois de contrôle à l'aide des applications gardiennes et de la-analyse.Enfin, les lois de commande sont implantées expérimentalement sur le système physique. On décrit les éléments et les outils choisis pour l'implantation des trois contrôleurs. Les résultats expérimentaux et les limitations des lois de commande sont alors présentées et comparées à ceux obtenus en simulation.  ABSTRACT: In this report, we present control strategies dedicated to the control of electromagnetic shakers. These systems are used as vibration sources in rheometers in order to characterize the viscoelastic properties of soft materials such as biological tissues.The controllers are designed to ensure the tracking of three particular displacement profiles. These reference signals are of the transient type with varying frequencies depending on the material being studied. In addition, the controllers must meet the same performances for all the sample holders.First, we develop models for the shakers under study depending on the sample holder's masses. This is done via an identification process to determine each parameter of the vibrating sources as a function of the aforementioned masses. We thus obtain models that vary according to the sample holder's weight, which is thus treated as an uncertain parameter in control design.Second, we move to the development of three control strategies for two specific shakers. While the first is based on a simple lag controller, the second and third strategies are based on   synthesis and structured   synthesis, respectively. These are two robust control techniques and their choice is motivated by the parametric uncertainty of the mass in the models developed previously. The simulation results and frequency limitations of each control strategy are illustrated and discussed. We finish the design part by evaluating the robustness of all three control laws using guardian map theory and-analysis.Finally, the control laws are experimentally tested on the physical system. We describe the software and hardware selected for the implementation of the three controllers. The experimental results and the frequency limitations of the control laws are presented and compared with results obtained by simulation.


identifier: Kadi, S. (2013). Analyse du comportement de la Rivière-des-Prairies dans un contexte de changements climatiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ Les impacts générés par les changements climatiques représentent un aléa majeur aux infrastructures hydrauliques existantes ainsi qu'aux plaines inondables. Les études d'impacts du climat futur sur les cours d'eau et leurs conséquences sur les bâtis existants sont nécessaires pour mettre en place des mesures appropriées, en vue de garantir la protection des biens et de la population occupant les zones riveraines contre les risques de débordement des rivières. La présente étude à vocation théorique a pour objectif principal, l'analyse du comportement de la Rivière-des-Prairies, dans le contexte des changements climatiques. Afin d'évaluer les apports dans le bassin versant en amont de cette rivière, le modèle hydrologique Hec-Hms a été utilisé dans l'estimation des débits futurs à partir des précipitations du climat futur (2041-2070). Une modélisation hydraulique de la rivière a été mise en oeuvre avec le logiciel bidimensionnel Modeleur Hydrosim. La simulation des niveaux d'eau dans le climat 2041-2070 a permis d'identifier les zones vulnérables aux inondations du côté de l'île de Montréal, et de dégager ainsi l'impact du rehaussement du niveau de la rivière sur les ponts enjambant la Rivière-des-Prairies. Les résultats des simulations numériques effectuées montrent que le rehaussement du niveau de la rivière n'aura pas de conséquences majeures sur les ponts, étant donné que les niveaux d'eau dans les sections des ponts sont inférieurs aux élévations des tabliers. Les inondations probables qui seraient causées par les changements climatiques auront un impact majeur sur le terrain montréalais (l'impact des changements climatiques sur les berges du côté de l'île de Laval n'a pas été le sujet de la présente étude). Les zones situées du côté amont du barrage d'Hydro-Québec ainsi que les zones au voisinage du pont Charles-de-Gaulle (extrême partie en aval du barrage) représentent les lieux les plus vulnérables quant au risque d'inondation.  ABSTRACT: The climate changes constitute the major risk which threatens the floodplains and the infrastructures. The study of the impact of the future climate is important to implement appropriates measures of protection for the property and population. The study of the impacts of the floods associated to a recurrence on Rivière-des-Prairies was studied by authorities and inundation maps have been emerged. However, the study of the impact of future climate on the behavior of rivers constitutes a new subject under study and development. The mean objective of this study is to analyse the impact of future climate on the infrastructure of the Rivière-des-Prairies and the area located in the vicinity of the river in the context of climate change. To assess the contribution of watershed upstream of the river, the hydrological model Hec-Hms was used to estimate future flows discharges based on the transformation of the hyetograph into flows hydrograph for the climate 2041-2070. Hydraulic modeling of the river was done with the 2D software Modeleur Hydrosim. Simulation of water levels in the climate 2041-2070 climate was mapped; delineation of the areas which are considered as the area's most threaten by inundation and the impact of water rise on the bridges was analyzed. Indeed, water level rise will not have a major impact on the bridges, as water levels in bridges sections are below bridge deck's elevation. However the climate change might cause the inundation of the most of the land located near the river (Montreal Island). The areas which are located upstream of the dam and near the Charles de Gaulle bridge (extreme part downstream the dam) represent the land`s most vulnerable to the risk of flooding.


identifier: Abou-Khalil, G. (2013). Support des applications multimédia dans les réseaux de prochaine génération  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications multimédia sont devenues tellement populaires que certaines d'entre elles sont utilisées quotidiennement par les usagers. Cette popularité peut être attribuée à plusieurs facteurs, tels que la diversiﬁcation du contenu et des services oﬀerts, l'accès en tout temps grâce à la mobilité et à la nomadicité, ainsi qu'aux avancées au niveau des architectures et des protocoles utilisés, aﬁn de supporter les requis plus exigeants de ces applications. Par exemple, ce qui était jadis un simple appel téléphonique, se transforme désormais en une vidéoconférence, permettant à un nombre dynamique d'usagers d'y participer. Un autre exemple d'application multimédia, qui connait également un essor fulgurant, est IP TeleVision (IPTV), soit la technologie permettant la transmission de la télévision, en direct et sur demande, sur des réseaux IP. On retrouve également sa version mobile, soit Mobile IP TeleVision (MobileTV). Du côté des opérateurs, le focus est mis sur le déploiement des réseaux de prochaine génération. Les opérateurs sans-ﬁl se tournent vers les technologies cellulaires de quatrième génération, telles que 3GPP Long Term Evolution (LTE), alors que ceux qui oﬀrent les services ﬁlaires regardent plutôt vers les réseaux basés sur la ﬁbre optique, tels que Fiber to the Home (FTTH). Ces réseaux promettent d'augmenter le débit oﬀert, ainsi que de réduire la latence, soit deux critères importants pour le déploiement des applications multimédia à grande échelle. Malgré ces avancées technologiques, il existe encore plusieurs obstacles au bon fonctionnement des applications multimédia. Dans cette optique, cette thèse se penche sur trois problématiques importantes dans les réseaux de prochaine génération, chacune faisant l'objet d'un article scientiﬁque. Les deux premiers volets s'attardent sur la convergence des réseaux ﬁxes et mobiles, ou Fixed-Mobile Convergence (FMC). Cette convergence vient brouiller la distinction entre les réseaux mobiles et les réseaux ﬁxes. Entre autre, elle permet à un usager d'avoir accès à ses services, autant sur le réseau cellulaire (LTE, par exemple) que sur un réseau local (Wireless Fidelity (WiFi), par exemple). Pour s'y faire, l'usager est généralement muni d'un terminal pouvant se connecter sur les deux réseaux. La première problématique soulevée dans cette thèse est au niveau de la prise de décision de la relève. En eﬀet, les deux protocoles de mobilité les plus populaires, soit Mobile IP (MIP) et Proxy Mobile IP (PMIP), adoptent deux approches diamétralement opposées. Avec le premier protocole, ce sont l'usager et son terminal qui prennent entièrement en charge la relève. Même si cette approche permet la FMC, les opérateurs préfèrent plutôt garder le contrôle sur la prise de décision, aﬁn de pouvoir optimiser leur réseau. En eﬀet, avec MIP, beaucoup de messages de signalisation sont envoyés, ce qui gaspille des ressources réseaux, surtout au niveau de l'accès radio, la partie la plus précieuse du réseau. De plus, en ne sollicitant pas le réseau, le terminal ne prend pas nécessairement les meilleures décisions. Il peut donc basculer vers un réseau qui est plus chargé et qui ne garantit pas nécessairement ses exigences au niveau de la qualité de service. De ce fait, le protocole PMIP a été proposé. Son approche est exactement à l'opposé de celle de MIP, soit la mobilité qui est entièrement gérée par le réseau. De ce fait, la mobilité est masquée au niveau du terminal, qui pense toujours se trouver dans son réseau mère. Grâce à l'ajout de nouveaux nœuds dans le réseau, qui gèrent la mobilité à la place du terminal, on élimine la signalisation sur l'accès radio. De plus, les informations supplémentaires que le réseau détient lui permettront de prendre une meilleure décision. Par contre, le problème avec ce protocole est que, sans l'intervention du terminal, il lui est impossible de détecter toutes les situations de relèves. Dans plusieurs cas, le réseau ﬁxe de l'opérateur est masqué par un réseau interne, par exemple un réseau WiFi, et la détection de ce réseau n'est possible que grâce à l'intervention du terminal. Ainsi, PMIP n'est pas un protocole qui se prête bien au déploiement de FMC. Le premier article, qui s'intitule « Client-Based Network-Assisted Mobile IPv6 », s'attaque donc à ce problème, en proposant un nouveau protocole, basé sur Mobile IP v6 (MIPv6), et qui introduit l'implication du réseau. Le résultat obtenu est un protocole hybride qui combine les avantages de MIPv6 et de Proxy Mobile IP v6 (PMIPv6). Pour s'y faire, deux étapes ont été nécessaires. La première consiste en une refonte du protocole MIPv6 qui, dans son état actuel, était diﬃcile à modiﬁer, à cause de ses spéciﬁcations qui sont lourdes. Le résultat de cette étape est un protocole beaucoup plus léger et oﬀrant uniquement les fonctionnalités de base. Les autres fonctionnalités, telles que les mécanismes de sécurité, ont été séparées dans des modules. En deuxième lieu, un nouveau module a été proposé, qui introduit un nouveau nœud dans le réseau, capable de gérer la mobilité du terminal. Ainsi, la collaboration entre le terminal et ce nœud permet de réduire les messages de signalisation et d'optimiser les décisions au niveau des relèves, tout en oﬀrant le support pour FMC. La deuxième problématique, sur laquelle la thèse porte, se trouve au niveau de la transparence de la relève entre les deux réseaux. On parle d'une relève qui est transparente si cette dernière n'engendre aucune interruption des services de l'usager. Par exemple, un appel en cours, qui est démarré sur le réseau cellulaire, ne doit pas être interrompu lorsque la connexion bascule sur le réseau local, et vice-versa. Les applications visées, par notre travail, sont les applications multimédia en temps réél, notamment IPTV et MobileTV (en mode télévision en direct). Ces applications emploient des protocoles de multidiﬀusion permettant l'envoi optimisé de données à partir d'une ou de plusieurs sources vers plusieurs destinataires, avec un nombre minimal de paquets. Le problème avec ces applications est que, lorsqu'une relève verticale survient (dans le cadre de FMC par exemple), la connexion est rompue et doit être réétablie. Ceci est dû au fait que le terminal change son adresse IP, ce qui le force à rejoindre ses services à partir de la nouvelle adresse. Cette déconnexion résulte en une perte de paquets, se traduisant par une interruption de l'application de l'usager. Le second article, qui s'intitule « Seamless handover for multicast Mobile IPv6 traﬃc », propose une solution à ce problème. Cette solution consiste en l'ajout d'un nouveau nœud, dans le réseau, dont le rôle est de mettre en tampon les paquets perdus, lors de la relève du terminal. Ainsi, lorsque ce dernier recouvre sa connectivité, il est en mesure de récupérer ces paquets auprès de ce nœud. L'application de l'usager se déroule alors sans interruption.  La troisième problématique abordée dans cette thèse porte sur la planiﬁcation des réseaux d'accès, aﬁn de supporter les requis des applications multimédia au niveau du débit. Pour que la FMC soit réussie, il faut que le réseau local puisse supporter les débits nécessaires de l'application. Le réseau WiFi interne n'étant généralement pas un problème, la limitation se trouve plutôt au niveau de l'accès ﬁlaire. Aﬁn d'augmenter les débits oﬀerts, les opérateurs ont introduit la ﬁbre optique dans leurs réseaux, complémentant ainsi les méthodes traditionnelles, tels les paires de cuivre torsadées et le câble coaxial. Ainsi, de nouvelles technologies optiques hybrides ont été proposées. Dans un contexte o`u une infrastructure est déjà existante, le choix d'une technologie hybride est très attrayant, car l'opérateur peut rentabiliser son investissement précédent, minimisant ainsi le coût de la mise à jour. Par contre, dans un environnement vierge, il n'existe pas d'infrastructure à réutiliser. Le consensus, dans un tel scénario, est que la meilleure technologie à déployer est celle qui n'emploie que des liens en ﬁbre optique, car elle oﬀre les meilleurs débits ainsi que la plus grande ﬂexibilité au niveau de l'évolutivité. La diﬀérence, au niveau du coût, devient moins grande et n'est plus nécessairement le critère principal au niveau du choix de la technologie à déployer. Une des diﬃcultés, qui compliquent la planiﬁcation, est que ces réseaux sont souvent déployés par les opérateurs, en phases. La planiﬁcation doit être alors dynamique et prendre en considération la nature évolutive de la demande des clients. Le troisième article, qui s'intitule « Dynamic Greenﬁeld Fiber to the Home Planning », propose donc une modélisation dynamique du problème de planiﬁcation des réseaux d'accès en ﬁbre optique. Le résultat est un modèle mathématique linéaire, en nombres entiers, qui prend en entrée des paramètres, tels que les demandes des clients, et qui produit la planiﬁcation minimisant le coût total du réseau et ce, sur plusieurs phases. Les résultats numériques obtenus en simulant notre modèle montrent sa supériorité par rapport aux méthodes séquentielles existantes.  ABSTRACT: Multimedia applications have been gaining momentum and are ﬁnding their way into everyday life. Their popularity can be attributed to several factors, such as the diversiﬁcation of content and services, ubiquitous access thanks to the mobility and nomadicity, as well as advances in architectures and protocols used to support their most demanding requirements. For example, what was once a simple phone call has morphed nowadays into a videoconference, allowing a dynamic number of users to participate. Another example of a multimedia application that gained popularity is IP TeleVision (IPTV), which is the technology that allows the transmission of live and on demand television, on IP networks. There also exists a mobile version, called Mobile IP TeleVision (MobileTV). From the operators' point of view, the focus is put on the deployment of next generation networks. Wireless operators are therefore deploying fourth generation cellular technologies, such as 3GPP Long Term Evolution (LTE), while those oﬀering wired connectivity are looking into ﬁber optical based networks, such as Fiber to the Home (FTTH). These new networks increase the rate oﬀered, as well as reduce latency, which are two important criteria for the deployment of large-scale multimedia applications. However, despite these advances, there still exist several obstacles hindering the proper operation of multimedia applications. This thesis therefore focuses on three important issues in next generation networks, each of these subjects leading to a scientiﬁc article. The ﬁrst two works deal with the issues of the Fixed-Mobile Convergence (FMC). This convergence is blurring the distinction between mobile and ﬁxed networks. Among other things, it allows a user to have access to its services, both on the cellular network (LTE, for example) as well as on a local network (Wireless Fidelity (WiFi), for example). This is usually accomplished by equipping the user with a device with that can connect to both networks. The ﬁrst issue raised in this thesis is about the decision of when to execute a handover. The two most popular mobility protocols, Mobile IP (MIP) and Proxy Mobile IP (PMIP), approach this problem with diametrically opposed views. With the ﬁrst protocol, the decision is made by the user and his device. Although this approach allows for FMC, operators would much rather have complete control over the decision-making, in order to optimize their network. Indeed, with MIP, many signaling messages are sent, wasting valuable network resources, especially at the radio access, which is the most precious part of the network. Furthermore, by not involving the network, the decision taken by the device will not be necessarily optimal. It might request to switch to a more overloaded network, that cannot meet its demands of Quality of Service (QoS). For these reasons, the PMIP protocol was proposed. Its approach is the opposite of that of MIP, the mobility being managed entirely by the network. By doing so, the device is actually shielded from any aspect of the mobility, and is fooled into thinking that its always in its home network. This is possible by introducing new nodes in the networks that act on its behalf, which eliminates all signaling on the radio link. In addition, since the network is usually better suited to make the right decision, because of the additional information it holds, the mobility is optimized. However, the big issue that arises is that, without the intervention of the terminal, it is impossible to detect all the handover possibilities. In many cases, the operator's ﬁxed network is hidden by an internal network, usually a WiFi network, and the detection of the network is only possible with the help of the terminal. Thus, PMIP is not a protocol that is well suited to deploy FMC. The ﬁrst article, entitled “Client-Based Network-Assisted Mobile IPv6”, therefore addresses this problem by proposing a new protocol based on Mobile IP v6 (MIPv6), in which we introduce the involvement of the network. The result is a hybrid protocol that draws upon the strength of MIPv6 and Proxy Mobile IP v6 (PMIPv6). To accomplish this, two steps were required. The ﬁrst consisted of a complete overhaul of the MIPv6 protocol, as in its current state, it was near impossible to make any modiﬁcations, because of the complexity and heaviness of its speciﬁcations. The result is a much more lightweight protocol which provides only basic functionality. Other features, such as security mechanisms, were separated into modules. In the second step, we proposed a new module, which introduces a new node in the network that can handle the terminal mobility. Thus, the collaboration of the terminal and the new node reduces the signaling messages and optimizes the decisions for handing over, while still oﬀering support for FMC.  The second issue that this thesis tackles is the seamlessness of a handover between two networks. A handover is deemed seamless if it does not cause any disruption to the user's services. For example, a call that is in progress on the cellular network should not be interrupted when the connection switches to a local network, and the same goes for the other way around. The applications targeted by our work are multimedia applications operating in real-time , such as IPTV and MobileTV (in live television mode). These applications employ multicast protocols that are optimized for the transmission of data from one or more sources to multiple receivers, while using the minimum number of packets required. The problem, however, with these applications is that when a vertical handover occurs (in the case of FMC, for example), the connection is lost and must be re-established. This is because the terminal changes its IP address, which forces it to rejoin the services from the new address. This disconnection results in a packet loss, which entails an interruption of the user application. The second article, entitled “Seamless handover for multicast Mobile IPv6 traﬃc”, proposes a solution to this problem. This is accomplished by introducing a new node in the network, whose role is to buﬀer the lost packets while the handover is occurring. Thus, when the device reconnects, it is able to recover these packets. The user application is therefore able to proceed without interruption. The third issue addressed in this thesis focuses on the planning of access networks, to support the high bandwidth required by multimedia applications. For the FMC to be successful, it is necessary that the local network supports the bandwidth requirements. The internal WiFi network is generally not an issue, the limitation rather lies in the wired network. To increase the oﬀered rates, operators have started introducing ﬁber optic links in their networks, complementing the traditional links, such as twisted pair copper and coaxial cable. Thus, new hybrid optical technologies have been proposed. In a context where an infrastructure already exists, the choice of a hybrid technology is very attractive, because the operator can leverage its previous investment and minimize the cost of the upgrade. However, in a new environment, there is no infrastructure to reuse. Therefore, the consensus in such a scenario is that the best technology to deploy is the one that only uses ﬁber optic links, as it oﬀers the best rates and the greatest scalability. The cost diﬀerence is smaller and therefore no longer the main criterion for selecting the technology to deploy. One of the diﬃculties of network planning is that these networks are often deployed by operators in phases. Therefore, the planning must be dynamic and take into account the changing nature of customer demands. The third article, entitled “Dynamic Greenﬁeld Fiber to the Home Planning”, proposes a dynamic model for the network planning problem of ﬁber optic networks. The result is a linear integer mathematical model, which takes input parameters, such as customer demands, and produces a planning that minimizes the total cost of the network, over all of the phases. The numerical results obtained when simulating our solution show its superiority compared to existing sequential methods.


identifier: Si Mehand, M. (2013). Optimisation en ligne des expériences réalisées à l'aide de biocapteurs dont le principe de détection est la résonance plasmonique de surface  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Durant les deux dernières décennies, les biocapteurs utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR) à des fins de détection se sont imposés comme une méthode de choix pour l'étude cinétique des interactions entre biomolécules. Ces biocapteurs sont reconnus pour leur fiabilité et leur robustesse lorsqu'utilisés pour identifier les constantes cinétiques qui régissent les interactions des molécules à l'étude. Afin d'intégrer cette technologie aussi tôt que possible dans le processus de découverte de nouveaux composés thérapeutiques, de nouveaux instruments SPR à haute vitesse de criblage ont été développés. Cependant la justesse des constantes cinétiques identifiées avec ces nouveaux instruments est faible comparativement aux biocapteurs SPR classiques. Avec ces derniers, une expérience cinétique traditionnelle implique l'immobilisation de l'une des deux molécules à la surface du biocapteur et l'injection de 5 à 10 échantillons de son partenaire biologique au dessus de la surface fonctionnalisée. Il a été prouvé que deux injections soigneusement choisies peuvent conduire à l'identification des constantes cinétiques de manière aussi fiable qu'en réalisant les 5 à 10 injections décrites précédemment. Fort de cette constatation, notre laboratoire a développé un algorithme basé sur une optimisation numérique sous contrainte et l'identification de paramètre pour choisir ces deux injections, et donc augmenter la vitesse de criblage des biocapteurs SPR.  Afin de réduire les temps de criblage de large bibliothèques de composés, nous avons développé une méthode publiée en 2012 dans  Journal of Molecular Recognition, qui améliore les performances de l'algorithme d'optimisation. Cette méthode est basée sur l'injection simultanée de deux composés sur une surface où leur partenaire biologique a été précédemment immobilisé. Le modèle cinétique proposé a été validé expérimentalement à l'aide d'un système biologique modèle très bien documenté dans la littérature. Ce système correspond aux interactions entre l'anhydrase carbonique (isozyme II) et plusieurs composés de faibles poids moléculaires. Une fois le modèle validé nous nous sommes intéressés à l'optimisation de cette méthode. L'algorithme d'optimisation mis en place se base sur une première injection non optimisée de chacun des composés pris séparément. Les constantes cinétiques calculées sont alors utilisées pour déterminer les injections optimales à réaliser en combinant les deux composés. La mise en œuvre expérimentale de cet algorithme nous a permis de réduire de façon significative le temps d'expérience et la consommation de matériels par un facteur supérieur à 2,6 et 3,3  respectivement.   L'introduction de cette méthode a cependant soulevé des questionnements car des écarts de l'ordre de  17 % sur les paramètres cinétiques (lorsque comparés  à ceux déterminés avec la méthode classique) avaient été observés. Bien qu'acceptables, ces déviations se trouvent être supérieures aux déviations rapportées pour deux expériences classiques entièrement indépendantes. Nous avons alors émis l'hypothèse que la source de ce biais résidait dans le fait que l'incrément de l'indice de réfraction des molécules de faible poids moléculaire, et par ricochet le signal SPR associé, peut varier grandement d'une molécule à l'autre. Ce phénomène ne pose aucun problème quand le mode expérimental classique est adopté avec des biocapteurs SPR puisqu'un seul composé est injecté. Cependant, pour éviter tous biais sur les constantes cinétiques déterminées lorsque deux composés sont injectés simultanément, le signal enregistré par l'instrument doit être analysé en pondérant la contribution de chacun des composés en fonction de l'incrément de l'indice de réfraction qui lui est propre. Partant de ce nouveau constat, nous avons construit un modèle qui décrit parfaitement les interactions. En effet, l'analyse de onze cas expérimentaux différents avec notre nouveau modèle a montré que les déviations sur les constantes cinétiques étaient inferieurs à 10 %, rejoignant ainsi les déviations observées entre expériences classiques indépendantes. Nos résultats sont résumés dans un manuscrit soumis au journal Analytical Biochemistry.    Les algorithmes d'optimisation développés dans notre laboratoire se sont avérés très efficaces pour augmenter la vitesse de criblage des biocapteurs SPR: ils réduisent drastiquement le temps d'expérience et la consommation de matériel. Ces algorithmes sont construits pour des interactions décrites par un modèle cinétique simple (modèle de Langmuir). Cependant, ce modèle n'est pas applicable à toutes les interactions puisqu'il n'inclut pas une limitation potentielle des cinétiques biologiques par transfert de masse. Cette limitation  a été rapportée maintes fois lorsque les cinétiques biologiques sont rapides. Ainsi, si un modèle simple est utilisé quand l'interaction est influencée par la limitation par transfert masse, les constantes cinétiques identifiées sont biaisées. Dans le cinquième chapitre de cette thèse, nous avons présenté une méthode visant à minimiser la durée des expériences menées avec les biocapteurs SPR tout en choisissant le modèle approprié qui décrit l'interaction. La méthode proposée évite la détermination de constantes cinétiques biaisées tout en minimisant la collecte de données inutiles. Nos résultats, soumis au Journal of Molecular Recognition démontrent que cet algorithme ne rallonge pas de façon significative le temps d'expérience lorsque comparé à l'algorithme d'optimisation initial  basé sur un modèle cinétique simple uniquement.  ABSTRACT: Within the last two decades, surface plasmon resonance - based biosensor experiments (SPR) for detection became a method of choice for the study of interaction between biomolecules. These biosensors are well known for their robustness and reliability when used to identify the kinetic parameters of interacting molecules.  In effort to integrate this technology as early as possible in the process of drug discovery, new high throughput instruments were developed. However the confidence on the identified kinetic parameters with these tools is poor when compared to the classical SPR biosensors. A classical SPR experiment implies the immobilisation of one of the interacting molecules at the surface of the biosensors and the injection of 5 to 10 samples of the biological partner over the functionalized surface.  It has been proven that two injections carefully chosen can allow the identification of kinetic parameter with a comparable confidence to an experiment with 5 to 10 injections. Based on this observation, our laboratory developed an algorithm based on numerical optimization under non-linear constraint and parameter identification to choose these two injections to improve the throughput of the SPR biosensors.  To improve the screening of large library compounds, we developed a method published in 2012 in the Journal of Molecular Recognition, that improves the performances of the optimization algorithm. This method is based on simultaneous injection of two compounds through a surface where their binding partner has been previously immobilized. The proposed kinetic model was experimentally validated by well-documented biological system in the literature. This system corresponds to interactions between the carbonic anhydrase isozyme II (CAII) and its various low molecular weight inhibitors. Once the model validated we optimized the method. The proposed algorithm is based in on a first non-optimized injection of each analyte separately. The computed kinetic parameters are then used to predict optimal injection to perform by injecting the analytes simultaneously. The experimental implementation of this algorithm reduces significantly the experimental time and material consumption by factor superior to 2.6 and 3.3 respectively.   However, the introduction of this method raised some interrogations because some observed deviations on kinetic parameters were about 17 % (when compared to those identified with a classical method). Although acceptable, such a deviation is higher than that reported for independent duplicates, i.e. less than 10 %. We assumed that the source of this error could be the fact that the refractive index increment (RII) varies widely from a molecule to an other in case of low molecular weight compounds. This phenomenon does not influence the classical experiments because only one compound is injected. Whereas, to avoid any error in the kinetic parameter when two compounds are injected simultaneously, the signal must be weighted by the contribution of each compound in function of its own RII. Based on this assumption, we constructed a model that describes perfectly the interaction. Indeed, the analyze of eleven different experimental cases with this model shows that the deviations on kinetic parameters are inferior to 10%, as it is observed for independent classical experiments. Our results are submitted to the journal Analytical Biochemistry.   The algorithms developed in our laboratory are a efficient to improve the throughput of the SPR biosensors: they reduce drastically the experimental time and material consumption. These algorithms are designed for interaction following a simple kinetic model. However, this model is not applicable for all the interactions, as it does not include a potential mass transfer limitation. This limitation takes place when the kinetics are fast. Indeed, if the simple model is used when the interaction is mass transfer limited than the identified kinetic parameters will be biased. In the fifth chapter of this thesis, we presented a method to reduce the experimental time of SPR biosensors while choosing the more appropriate model for the interaction under study. The proposed method avoids biased kinetic parameter and unnecessary data collection. Our results, submitted to the Journal of Molecular Recognition show that this algorithm does not extend significantly the experimental time when compared to the initial algorithm of optimization based on a simple model only.


identifier: Matteau-Pelletier, C. (2013). Développement d'un système d'imagerie photoacoustique pour application à l'athérosclérose  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La tomographie photoacoustique est une nouvelle modalité d'imagerie préclinique non invasive combinant l'imagerie optique et les ultrasons. Dans le présente forme, elle permet de mesurer la distribution initiale de pression acoustique générée par l'absorption photonique dans les tissus biologiques, et réflète ainsi les propriétés optiques du spécimen examiné. Cette technique s'appuie notamment sur la diffusion optique dans les tissus pour approfondir le champ d'imagerie par rapport aux techniques d'imagerie optique fonctionnant dans les régimes balistique ou quasi-balistique. Par exemple, elle pourrait notamment permettre l'imagerie des structures profondes chez des modèles murins, qui sont fréquemment utilisés en recherche translationnelle. En outre, les principaux absorbants dans les tissus tels que l'oxyhémoglobine, la désoxyhémoglobine et les lipides, ainsi que les agents de contraste exogènes ont un profil d'absorption distinct qui pourrait être mis à profit par les techniques de différenciation multispectrales. L'objectif global de ce projet est d'appliquer la tomographie photoacoustique pour l'imagerie du système vasculaire chez la souris, et plus spécifiquement l'imagerie moléculaire de la plaque d'athérosclérose. L'imagerie moléculaire vise la détection non invasive de sondes ciblées, dans le but d'apporter une information complémentaire aux données anatomiques. Présentement, plusieurs modalités d'imagerie moléculaire peuvent être appliquées à la détection de la plaque d'athérome. Cependant, aucune ne parvient à s'imposer sur tous les critères décisionnels tels que la sensibilité, la résolution spatiale ou temporelle, le niveau d'exposition à des rayonnements ionisants, la profondeur de pénétration ou le coût. L'imagerie photoacoustique est une modalité hybride entre les techniques optiques et l'imagerie ultrasonore, qui profite donc de la sensibilité de l'optique avec la résolution spatiale ultrasonore. L'arche aortique a été choisie comme région d'intérêt ciblée pour ce projet. En effet, il s'agit du lieu de formation précoce de la plaque chez des modèles de souris athérosclérotiques ; elle fournit également des repères anatomiques uniques permettant un repositionnement précis pour des études répétées d'imagerie. À ce jour, très peu d'études ont été consacrées au système cardiovasculaire en photoacoustique. Les résultats de cette thèse constituent donc une contribution originale au domaine. Étant donné que le sang est à l'origine d'un fort contraste photoacoustique endogène, l'observation de ce contraste purement vasculaire est une condition favorable à la faisabilité de l'imagerie moléculaire dans cette région. Aussi, la majeure partie de ce travail est orientée vers l'obtention de ce contraste sanguin in vivo chez la souris..  ABSTRACT: Photoacoustic tomography has emerged as a new preclinical imaging modality combining optical and ultrasound techniques. In the present implementation, photoacoustic imaging is used to recover the initial distribution of pressure generated by optical absorption in biological tissues. Further computation could allow the recovery of optical properties such as the optical absorption map. This technique relies on optical diusion in turbid media in order to get a deeper eld-of-view compared to optical modalities in the ballistic or nearly ballistic regimes. For instance, it could allow imaging of deep structures or organs in murin models, which are commonly found in translational research. Moreover, the main endogenous absorbing components of tissues such as oxy- or deoxyhemoglobin, lipids, or exogenous contrast agents have a specic absorption prole that could feed multispectral unmixing techniques. The main goal of this projet is to apply photoacoustic tomography for vascular imaging in mice. More specically, the technique is to be applied toward molecular imaging of atherosclerotic plaque. Molecular imaging is directed to noninvasive detection of targeted probes, in order to supplement anatomical data with complementary molecular information. Currently, several imaging modalities can be used to detect the atheroma. However, for each application a compromise must be made given that no technique is able to impose itself with respect to all decision criterias such as sensitivity, spatial or temporal resolution, level of exposure to ionizing radiation, depth of penetration or cost. Photoacoustic imaging is an hybrid modality evolving between optical techniques and conventionnal ultrasound imaging, and therefore benets from the high sensitivity of optics as well as ultrasound spatial resolution. For this project, the aortic arch has been dened as the targeted region of interest. Indeed, this area is prone to early plaque formation in atherosclerotic mice models and provides unique landmarks for repositioning in repeated studies. To date, very few studies have investigated the cardiovascular system in photoacoustics. Hence, the results of this thesis are an original contribution to the eld. Photoacoustic measurements are very sensitive to whole blood, and therefore the detection of vascular contrast represents a window of opportunity for molecular imaging. The main accomplishments of this work have been done toward the detection of vascular contrast in vivo in mice. In the rst part of the thesis, we simulated the direct problem in photoacoustics. The purpose of this methodological objective was to estimate the order of magnitude of the depth of penetration of light in turbid or vascular tissues. The simulated pressure signal was rst investigated by varying multiple parameters such as the source dimensions, homogeneity and


identifier: Ouellet, M. (2013). Conception axiomatique des joints hybrides à recouvrement simple en matériaux composites  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La minimisation du poids étant un objectif primordial pour l'industrie de l'aéronautique et de l'automobile, les matériaux composites sont des éléments importants de la conception des composantes mécaniques puisqu'ils possèdent une résistance élevée par rapport à leur masse. Lorsque ceux-ci sont utilisés afin de concevoir des structures complexes, il est souvent impossible de les concevoir en une seule pièce, ce qui nécessite l'utilisation de joints. Ces joints introduisent des discontinuités dans la répartition des contraintes à l'intérieur des composantes et sont souvent des sites de concentration de contraintes. Par conséquent, ils peuvent limiter les performances d'une structure, en plus d'en augmenter la masse de façon significative suite à l'utilisation d'éléments d'assemblages mécaniques tels que des boulons ou des rivets. C'est pourquoi les joints collés sont de plus en plus populaires car ceux-ci sont beaucoup plus légers que les joints boulonnés ou rivetés en plus d'être souvent plus rigides. Malheureusement, il est très difficile d'inspecter un joint collé pour en identifier les défauts car la présence de fissures dans l'adhésif ne peut être observée à l'œil nu. C'est pourquoi, en aéronautique, ce type de joints n'est pas accepté pour des applications structurales par les autorités de certification. Pour palier à ce problème, l'utilisation de joints hybrides, c'est-à-dire des joints utilisant un adhésif et des éléments de fixations mécaniques, sont de plus en plus populaires. Par contre, ces joints sont souvent très peu optimisés suite à un manque de connaissances des interactions entre les méthodes d'assemblages utilisées. L'objectif principal de ce travail est de proposer une nouvelle méthodologie de conception des joints hybrides. Pour ce faire, des outils d'analyses performants permettant d'améliorer la compréhension du comportement des joints hydrides lorsque soumis à un effort externe ont été mis en place. Une meilleure compréhension des interactions entre les paramètres du joint était aussi requise. Afin d'approfondir nos connaissances sur le sujet, une revue de littérature a été réalisée. Celle-ci a été structurée afin de mettre l'emphase sur le comportement des joints hybrides à recouvrement simple lorsque soumis à une force externe en traction.  ABSTRACT: Minimizing weight is a primary objective in every system design in the aerospace and automotive industry. Therefore, the use of composite materials has become an integral part of the design of mechanical components. However, in composite structure design, their complexity normally makes it impossible to design them as a single part. This leads to the necessity of using joints. Sadly, these joints introduce discontinuities in the stress distribution within the components and are often the sites of stress concentration. Therefore, they may limit the performance of a structure, in addition to increasing the overall mass significantly due to the use of mechanical fasteners such as bolts and rivets. This is why bonded joints are increasingly popular. They are much lighter than bolted or riveted joints and are often more rigid. Unfortunately, it is very difficult to inspect a bonded joint for defects since the presence of cracks in the adhesive cannot be observed with the naked eye. This is why, in the aeronautic industry, this type of joint is not accepted for structural applications by the authorities of certification. To correct this problem, the use of hybrid joints, that is to say joints using an adhesive and a mechanical fastener, are becoming increasingly popular. However, these joints are often poorly optimized due to a lack of knowledge of the interactions between the joining methods. The main objective of this work is to propose a new design methodology for hybrid joints. To accomplish this, it is necessary to establish reliable analysis tools to improve our understanding of the behavior of these joints when subjected to an external force. A better understanding of the interactions between the parameters is also required.


identifier: Clerc, T. (2013). Méthodes d'optimisation des paramètres 2D du réflecteur dans un réacteur à eau pressurisée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) constituent la majorité des réacteurs nucléaires civils en exploitation aujourd'hui à travers le monde. En particulier, c'est cette technologie qui équipe l'ensemble du parc nucléaire d'Électricité De France (EDF). Les réacteurs à eau pressurisée sont classés dans la catégorie des réacteurs thermiques, car ce sont principalement les neutrons lents, de faible énergie qui contribuent à la réaction de fission. L'eau légère, maintenue sous pression, joue à la fois le rôle de caloporteur et de modérateur. La partie active du cœur est constituée d'assemblages combustibles contenant de l'uranium faiblement enrichi en isotope 235. Autour de la partie active se situe le réflecteur: il s'agit d'une zone principalement constituée d'eau et d'acier qui sert à la fois à protéger la cuve des radiations, à ralentir les neutrons et à les réfléchir vers l'intérieur du cœur. Les neutrons participant à la réaction de fission, l'étude de leur comportement est primordiale pour comprendre le fonctionnement du réacteur. Ce comportement est régi par l'équation de transport des neutrons, qui est très complexe à résoudre numériquement et nécessite un temps de calcul très important. Les codes de cœur que nous allons utiliser ici résolvent donc une équation simplifiée afin d'approcher le comportement des neutrons dans le cœur, en un temps acceptable. Il s'agit de l'équation de la diffusion, ou d'équations de transport approchées de type SPN, ou de transport pur SN. Le réflecteur possédant des caractéristiques physiques radicalement différentes de celles du combustible, son dimensionnement est essentiel afin de décrire convenablement le comportement des neutrons. Les méthodes actuelles de calcul des paramètres du réflecteur d'EDF reposent sur la méthode de Lefebvre-Lebigot. Cette méthode s'applique lorsque l'on discrétise le continuum d'énergie des neutrons en deux groupes d'énergie, et que l'on travaille avec un opérateur de diffusion. Cette méthode permet de calculer les paramètres d'un réflecteur homogène. L'objectif de cette étude est de mettre en place un schéma de calcul capable d'évaluer les paramètres de réflecteurs hétérogènes, pour un maillage énergétique quelconque supérieur ou égal à 2 groupes, et pouvant s'appliquer à des opérateurs de diffusion ou SPN/SN. Pour ce faire, nous allons mettre en place deux schémas permettant de réaliser un tel calcul de réflecteur.  ABSTRACT: With a third of the reactors in activity, the Pressurized Water Reactor (PWR) is today the most used reactor design in the world. This technology equips all the 19 EDF power plants. PWRs fit into the category of thermal reactors, because it is mainly the thermal neutrons that contribute to the fission reaction. The pressurized light water is both used as the moderator of the reaction and as the coolant. The active part of the core is composed of uranium, slightly enriched in uranium 235. The reflector is a region surrounding the active core, and containing mostly water and stainless steel. The purpose of the reflector is to protect the vessel from radiations, and also to slow down the neutrons and reflect them into the core. Given that the neutrons participate to the reaction of fission, the study of their behavior within the core is capital to understand the general functioning of how the reactor works. The neutrons behavior is ruled by the transport equation, which is very complex to solve numerically, and requires very long calculation. This is the reason why the core codes that will be used in this study solve simplified equations to approach the neutrons behavior in the core, in an acceptable calculation time. In particular, we will focus our study on the diffusion equation and approximated transport equations, such as SPN or SN equations. The physical properties of the reflector are radically different from those of the fissile core, and this structural change causes important tilt in the neutron flux at the core/reflector interface. This is why it is very important to accurately design the reflector, in order to precisely recover the neutrons behavior over the whole core. Existing reflector calculation techniques are based on the Lefebvre-Lebigot method. This method is only valid if the energy continuum of the neutrons is discretized in two energy groups, and if the diffusion equation is used. The method leads to the calculation of a homogeneous reflector.  The aim of this study is to create a computational scheme able to compute the parameters of heterogeneous, multi-group reflectors, with both diffusion and SPN/SN operators. For this purpose, two computational schemes are designed to perform such a reflector calculation. The strategy used in both schemes is to minimize the discrepancies between a power distribution computed with a core code and a reference distribution, which will be obtained with an APOLLO2 calculation based on the method MOC.


identifier: Leclaire, S. (2013). Étude d'un modèle de Boltzmann sur réseau pour la simulation assistée par ordinateur des fluides à plusieurs phases immiscibles  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis quelques décennies, la simulation assistée par ordinateur de la dynamique des fluides est un sujet de recherche qui s'est démarqué en permettant la résolution d'une multitude de problèmes scientifiques, tant au niveau académique qu'industriel. Dans ce domaine, la simulation des fluides à plusieurs phases immiscibles demeure un défi en raison de la complexité de l'interaction des différentes interfaces entre les phases. Différentes méthodes numériques sont disponibles pour étudier ces phénomènes et, ces dernières années, la méthode de Boltzmann sur réseau s'est montrée bien adaptée pour résoudre ce type d'écoulement complexe. Dans cette thèse, un modèle de Boltzmann sur réseau pour la simulation des fluides à deux phases immiscibles est étudié. Le principal objectif de cette thèse est de développer davantage cette méthode prometteuse afin d'étendre son champ de validité. Pour ce faire, cette recherche est subdivisée en cinq thèmes distincts. Les deux premiers se concentrent à corriger certaines lacunes du modèle original. Le troisième généralise le modèle afin de supporter la simulation des fluides à N phases immiscibles. Le quatrième thème vise à modifier le modèle afin de permettre la simulation des fluides immiscibles avec variation de densité entre les phases. Avec la classe de modèle de Boltzmann sur réseau étudiée dans cette thèse, la variation de densité entre les phases était modélisée inadéquatement et cette problématique était non résolue depuis une vingtaine d'années. Le cinquième thème, complémentaire à cette thèse, est un sujet connexe à la méthode de Boltzmann sur réseau. Ce dernier généralise la théorie des gradients isotropes 2D et 3D pour un ordre de précision spatial élevé.  Chacun de ces thèmes a résulté en un article scientifique mis en annexe de cette thèse. En relation avec les objectifs de cette recherche, ce document se résume à une synthèse qui explique les liens entre les différents articles ainsi que les contributions scientifiques. Dans l'ensemble, plusieurs cas tests qualitatifs et quantitatifs issus de la théorie des écoulements à plusieurs phases ont permis de mettre en évidence des problématiques concernant le modèle de simulation. Il s'en est suivi différentes modifications qui ont eu pour effet de réduire ou d'éliminer certains artefacts numériques dont souffrait la méthode. Ces cas tests ont aussi permis de valider les extensions qui ont été appliquées au modèle original.  ABSTRACT: The computer assisted simulation of the dynamics of fluid flow has been a highly rewarding topic of research for several decades now, in terms of the number of scientific problems that have been solved as a result, both in the academic world and in industry. In the fluid dynamics field, simulating multiphase immiscible fluid flow remains a challenge, because of the complexity of the interactions at the flow phase interfaces. Various numerical methods are available to study these phenomena, and, the lattice Boltzmann method has been shown in recent years to be well adapted to solving this type of complex flow. In this thesis, a lattice Boltzmann model for the simulation of two-phase immiscible flows is studied. The main objective of the thesis is to develop this promising method further, with a view to enhancing its validity. To achieve this objective, the research is divided into five distinct themes. The first two focus on correcting some of the deficiencies of the original model. The third generalizes the model to support the simulation of N-phase immiscible fluid flows. The fourth is aimed at modifying the model itself, to enable the simulation of immiscible fluid flows in which the density of the phases varies. With the lattice Boltzmann class of models studied here, this density variation has been inadequately modeled, and, after 20 years, the issue still has not been resolved. The fifth, which complements this thesis, is connected with the lattice Boltzmann method, in that it generalizes the theory of 2D and 3D isotropic gradients for a high order of spatial precision.  These themes have each been the subject of a scientific article, as listed in the appendix to this thesis, and together they constitute a synthesis that explains the links between the articles, as well as their scientific contributions, and satisfy the main objective of this research. Globally, a number of qualitative and quantitative test cases based on the theory of multiphase fluid flows have highlighted issues plaguing the simulation model. These test cases have resulted in various modifications to the model, which have reduced or eliminated some numerical artifacts that were problematic. They also allowed us to validate the extensions that were applied to the original model.


identifier: Sadre Bazaz, S. (2013). Multi-Unit Optimization for a System with Mutiple Non-Identical Units and Multipe Inputs-Application to Photovoltaic Arrays  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation est devenue un domaine clé dans l'industrie de transformation pour rester compétitif sur le marché mondial, s'adapter aux nouvelles contraintes environnementales et supporter l'augmentation des coûts énergétiques. Pour répondre à ces nouvelles exigences, les industries se doivent d'optimiser leurs installations afin de réduire les coûts d'exploitation, améliorer l'efficacité de la production, répondre aux spécifications de qualité des produits et sécurité des procédés. Avec le développement de nouvelles technologies de contrôle, il est aujourd'hui possible de maintenir un procédé à son point d'opération optimal. L'optimisation en temps réel (RTO) est un outil permettant d'amener et maintenir un système à son point de fonctionnement optimal. Ce domaine de recherche a reçu une attention considérable dans l'industrie des procédés. Les méthodes d'optimisation en temps réels permettent de contrôler le comportement d'un procédé en ajustant les points de consigne des régulateurs de procédé pour suivre les changements de conditions opératoires et les perturbations externes qui prennent place au sein d'une usine. Parmi les différentes approches d'optimisation en temps réel, les méthodes de commande extrémale sont celles qui permettent de satisfaire les conditions nécessaires d'optimalité. Dans la commande extrémale, l'optimisation est traitée comme un problème de contrôle du gradient de la fonction objectif à zéro. La principale différence entre les diverses méthodes de commande extrémale repose sur la façon dont le gradient est estimé. La plupart de ces méthodes impliquent l'application d'une perturbation temporelle périodique. De plus,  afin d'isoler les effets de la dynamique du système sur le gradient estimé, une séparation de plusieurs échelles de temps est requise. La méthode d'optimisation multi-unités est une méthode de commande extrémale dans laquelle la perturbation est appliquée entre les unités plutôt que sur un domaine temporel. Une séparation d'échelle de temps n'est plus nécessaire. La convergence est de ce fait plus rapide.  La méthode d'optimisation multi-unités nécessite la présence de plusieurs unités identiques, chacune d'entre elles fonctionnant à des valeurs d'entrée qui diffèrent par une constante prédéterminée de décalage. Bien que cette méthode soit utile lorsque le système se compose de plusieurs unités, la convergence au point optimal a seulement été prouvée pour des unités au sein d'un procédé parfaitement identiques ou lorsqu'il y a seulement deux unités non identiques. En pratique, cette hypothèse est rarement vérifiée puisqu'un procédé industriel réel peut avoir plus de deux unités non identiques. Par conséquent, dans cette étude, une méthode d'optimisation basée sur l'optimisation multi-unités est proposée pour  répondre à cette problématique. L'algorithme proposé est pour le cas d'une fonction objectif statique convexe avec deux entrées. L'algorithme comporte entre autre des corrections successives pour compenser les différences entre les surfaces statiques des fonctions objectif associées à chaque unité. La dernière partie de cette thèse contient l'étude de cas où la méthode d'optimisation multi-unités est utilisée pour déterminer la puissance électrique maximale de panneaux photovoltaïques. L'électricité est principalement produite à partir de combustibles fossiles, de combustible nucléaire et de ressources renouvelables telles que le soleil, le vent, l'eau et la biomasse. L'énergie solaire est de plus en plus considérée pour la production de bioénergie et ce, en raison des récents progrès dans la fabrication de panneaux solaires et de la volatilité des prix des combustibles fossiles. Un inconvénient qui freine toutefois l'utilisation de l'énergie solaire est son coût d'investissement élevé. Une façon de réduire les coûts et d'augmenter la rentabilité des panneaux solaires est d'améliorer l'efficacité des panneaux  photovoltaïques (PV) en termes de puissance électrique de sortie. La tension et le courant des panneaux photovoltaïques dépendent de la température, de l'ensoleillement, de l'angle du rayonnement solaire, et d'autres conditions atmosphériques. Comme ces paramètres sont modifiés régulièrement, il est important de suivre le point de puissance maximale d'exploitation (MPOP) pour garder un maximum d'efficacité à chaque instant. Ainsi, des ajustements en temps réel de la charge externe appliquée aux panneaux photovoltaïque sont nécessaires afin de prendre en compte la puissance maximale des panneaux photovoltaïques. Dans cette recherche, la méthode d'optimisation multi-unités est appliquée pour résoudre le problème de suivi du point de puissance maximale des panneaux photovoltaïques. Les résultats confirment la force de la méthode d'optimisation multi-unités et permettent de vérifier également le fait que les différences entre les unités peuvent être corrigées pour que chacune d'entre elles atteignent son optimum.  ABSTRACT: Optimization has become a key area in process industries due to the increasing global market competition, environmental constraints and energy costs. These factors induce operating companies to optimize plant operation in order to reduce operating cost, improve production efficiency, meet product quality specifications, and process safety. Besides, as better controllers are developed to adequately control a plant; the focus can be shifted to the solution of controller designs that guarantee optimal plant performance.   Real-time optimization (RTO) is a valuable tool, to bring and maintain a system at its optimal operating point that has received considerable attention in the process industry. Real-time optimization methods could monitor the behavior of processes, adjusting the set points of process controllers to track significant changes in the plant optimum.  Among different approaches of RTO, extremum-seeking control methods are those which are able to satisfy the necessary conditions of optimality. In other words, in extremum-seeking control methods, optimization is recast as a problem of controlling the gradient of objective function to zero. The main difference between the various extremum-seeking methods lies in the way the gradient is estimated. Most of these schemes involve injecting a periodic temporal perturbation signal and several time-scale separations are necessary to isolate the effects of the system dynamics on the estimated gradient.  Multi-unit optimization is an extremum seeking control method in which the perturbation is along the unit dimension rather than in time domain so time-scale separation is not needed and the convergence is faster for slow dynamic processes. This method requires the presence of multiple identical units, with each of them operated at input values that differ by a pre-determined constant offset. Although this method is useful when the system consist of multiple units, convergence to optimal point has been proven for systems with many identical units or two non-identical units, whereas a real industrial system model could have more than two non-identical units. Therefore, in this research, an optimization procedure based on multi-unit method is developed with respect to the number of units and number of inputs. The proposed algorithm is for the case of a static convex objective function with two inputs. It consists of sequential corrections to compensate the differences between static surfaces of the objective functions related to each unit.    The last part of this thesis contains the case study of the multi-unit optimization method to track maximum power point of photovoltaic arrays. Electricity is mainly produced from fossil fuels, nuclear fuel and renewable resources such as sun, wind, water and biomass. Solar energy is at the forefront of clean and renewable resources and, due to advances in solar panel manufacturing and because of the volatile fuel costs, its advantage is increasing. But the actual drawback which still exists in using solar energy is its high investment cost. One way to reduce costs and increase the profitability of solar panels turns out to enhance the efficiency of photovoltaic (PV) arrays in terms of output power.  The voltage and current of PV arrays depend on temperature, insolation, angle of solar irradiance, and other atmospheric conditions. As these parameters are regularly modified, it's important to track the maximum power operating point (MPOP) to keep a maximum efficiency at every instant. Thus, real-time adjustments of the external load are required to take maximum power from PV panels. In this research, multi-unit is applied as a recent technique to solve maximum power point tracking problem for PV arrays. The results confirm the strength of the multi-unit optimization method. It also verifies the fact that differences between the units can be corrected leading each of them to their respective optima.


identifier: Goulamhoussen, N. (2013). Laser à balayage spectral double-bande pour l'imagerie biomédicale multimodale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une source laser balayant simultanément deux bandes spectrales centrées à 780nm et 1 300nm a été conçue pour une utilisation en imagerie multimodale. La source repose sur deux milieux de gain : un amplicateur optique à semiconducteur fibré (Semiconductor Optical Amplifer ou SOA) centré à 1 300nm et une diode laser en espace libre centrée à 780 nm. Afin d'obtenir la simultanéité du balayage spectral dans les deux bandes, les filtres spectraux pour chacune des bandes utilisent différentes facettes d'un même miroir polygonal en rotation. Pour chaque bande, un téléscope dirige les longueurs d'onde séparées par un réseau de diffraction vers le miroir polygonal. Le miroir polygonal réfléchit alors l'étroite bande de longueurs d'onde normale à sa surface. Cette étroite bande spectrale est ensuite amplifiée lors du retour dans le milieu amplificateur. La rotation du polygone permet le balayage en longueur d'onde à une vitesse pouvant aller de 6 000 a 30 000 spectres par seconde, ou lignes-A par seconde en tomographie par cohérence optique (Optical Coherence Tomography ou OCT). La source à 780nm a une bande passante de 37 nm, une puissance de sortie de 54mW et une longueur de cohérence de 11 mm. La source à 1 300nm a quant à elle une bande passante de 75 nm, une puissance de 17mW et une longueur de cohérence de 7,2 mm. Afin de tester le potentiel de la source en imagerie biomédicale, trois systèmes multimodaux ont été conçus. Premièrement, un système OCT deux couleurs qui permet l'imagerie tridimensionnelle de tissus biologiques a été réalisé. Un nouveau design incorporant une détection balancée dans les deux bandes spectrales est proposé et testé. Deuxièmement, un système combinant l'OCT et la microscopie confocale encodée spectralement (Spectrally En- coded Confocal Microscopy ou SECM) a été construit. Dans ce système, le système SECM permet d'obtenir des images de la surface de l'échantillon avec une résolution subcellulaire simultanément à l'image 3D obtenue en OCT. Les images obtenues pour ces deux systèmes exploitent les deux bandes spectrales de la source à balayage : les courtes longueurs d'onde sont employées pour obtenir une résolution accrue, tandis que les longueurs d'onde élevées sont employées pour obtenir une profondeur de pénétration superieure. Troisièmement, un système combinant l'OCT à la détection de  fluorescence a été concu, ajoutant ainsi l'imagerie fonctionnelle aux images structurelles obtenues par l'OCT. Une fois ces trois systèmes fonctionnels en version laboratoire, une des voies d'avenir de mon projet serait de les adapter pour permettre l'imagerie multimodale en endoscopie. La fabrication de composants fibres qui combinent l'illumination des deux modalités tout en démultiplexant leur détection serait une avenue possible, tout comme le dévéloppement de l'optomécanique adaptée à l'imagerie in vivo.  ABSTRACT: A novel swept laser providing simultaneous dual-band (780nm and 1 300 nm) wavelength scanning has been designed for use in multimodal imaging systems. The swept laser is based on two gain media : a bered semiconductor optical amplier (SOA) centered at 1 300nm and a free-space laser diode centered at 780 nm. Simultaneous wavelength tuning for both bands is obtained by separate wavelength lters set up around the same rotating polygonal mirror. For each band, a telescope in an innite conjugate setup converges the wavelengths dispersed by a grating on the polygon. The polygon re ects back a narrow band of wavelengths for ampli cation in the gain medium. Rotating the polygon enables wavelength tuning and imaging at a rate of 6 000 to 30 000 spectral lines/s, or A-lines/s in Optical Coherence Tomography (OCT). The 780nm source has a bandwidth of 37 nm, a bered output power of 54 mW and a coherence length of 11 mm. The 1 300nm source has a bandwidth of 75 nm, a bered output power of 17mW and a coherence length of 7.2 mm. Three multimodal systems were designed to test the potential of the swept laser in biomedical imaging. A two color OCT which allows three-dimensional in depth imaging of biological tissues with good morphological contrast was rst designed, including a novel arrangement for balanced detection in both bands. A simultaneous OCT and SECM instrument was also built in which spectrally encoded confocal microscopy (SECM) provides en face images of subcellular features with high resolution on top of the 3D high penetration image obtained by OCT. Finally, a system combining OCT with  uorescence was designed, thus adding functional imaging to structural OCT images. There are many prospective paths for these three modalities, rst among them the adaptation of the systems such that they may be used with imaging probes. One potential solution would be the development of novel ber components to combine the illumination of theses modalities while demultiplexing their detection, and as would be the development of new optomechanics to enable 3D real-time in vivo imaging.


identifier: Rochefeuille, M. (2013). Analyse des dimensions de l'expérience utilisateur avec des produits interactifs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'EU s'inscrit dans la continuité de l'utilisabilité. Cette dernière se focalise essentiellement sur les qualités instrumentales d'un produit, alors que l'EU prend aussi en compte les aspects esthétiques, hédoniques et émotifs qui affectent la perception de l'utilisateur lors de l'interaction avec le produit. L'accent est mis sur l'utilisation du produit de manière générale plutôt que sur le produit et ses fonctionnalités.  Le défi pour les chercheurs et les praticiens est de comprendre comment créer une EU positive, d'identifier et de pondérer les facteurs qui entrent en compte dans le jugement d'une expérience par l'utilisateur d'un produit ou d'un service. Un certain nombre de modèles et de théories sur la composition de l'EU et d'outils d'évaluation fleurissent à ce sujet. Nous proposons dans la présente étude d'identifier les dimensions de l'EU avec des produits interactifs dans le but de jeter les bases pour la construction d'un outil d'évaluation subjective de l'EU. Pour cela, nous avons dans un premier temps, à partir d'une revue exhaustive de la littérature, identifié les différentes dimensions de l'EU, celles-ci peuvent être regroupées autour de deux pôles : produit  et utilisateur. Le pôle produit comprend les dimensions suivantes : fonctionnelle, utilité/utilisabilité, informationnelle et physique. Le pôle utilisateur comprend les dimensions suivantes : sensorielle, cognitive, psychologique et sociale. De un à quatre indicateurs mesurables représentent chacune de ces dimensions. Dans un second temps, nous avons élaboré un questionnaire de 26 affirmations portant sur la présence et le poids de ces indicateurs et par rapport auxquelles les participants devaient signifier leur degré d'accord ou désaccord. Nous avons ainsi recueilli témoignages de 210 personnes à qui nous demandions de décrire une expérience qu'elles avaient eue récemment avec un produit interactif et de répondre aux questions en fonction de cette dernière. L'analyse préliminaire de ces données a montré que la nature (positive ou négative) de l'EU et le type de produit utilisé, mais dans une moindre mesure, avaient un impact sur les profils de réponses. Lorsque l'expérience décrite est positive, les notes attribuées aux indicateurs sont globalement plus hautes et les indicateurs performance, simplicité, utilité, quantité, qualité, contact, culture, stress, plaisir, fierté, frustration et attachement se distinguent clairement comme ceux impactant le plus sur la nature de l'EU. Quant au type de produit, il semble que les indicateurs soient notés de manière différente selon le produit utilisé mais les différences sont moins marquées.  Par contre le but (be-goals ou do-goals) de l'EU ne semblait pas influencer les profils de réponses. Sur les 210 répondants initiaux, nous avons extrait 161 réponses complètes, ce qui était nécessaire pour les analyses factorielles appliquées. Sur une base de données de 161 participants, des analyses factorielles ont révélé l'existence d'une nouvelle structuration de l'EU acceptable statistiquement et qui, bien que différente de celle proposée dans le cadre conceptuel de ce projet, l'est aussi théoriquement. Les dimensions de cette nouvelle structuration ainsi que les indicateurs qui les représentent sont : caractéristiques de base (indicateurs : simplicité, caractéristiques de performance, quantité d'information et qualité de l'information), possibilités d'utilisation (indicateurs : compatibilité avec d'autres produits, utilité), caractéristiques secondaires (indicateurs : fiabilité, caractéristiques physiques et disponibilité), psychologique positif (indicateurs : fierté, visuel, attachement au produit et plaisir), psychologique négatif (indicateurs : frustration, stress et effort physique), attrait (indicateurs : contact, culture et effort cognitif) et sensorielle (indicateurs : sonore et tactile). Cependant, nous n'avons pu corroborer la scission de l'EU en deux pôles. Ces résultats peuvent servir de base à la construction d'un outil d'évaluation subjective de l'EU avec des produits interactifs. Il faut cependant vérifier la répétabilité de ces résultats dans de futures études avec un échantillon plus grand (300 personnes ou plus) et représentatif de la population. Les dimensions ainsi définies devraient comporter idéalement de quatre à cinq indicateurs chacune et la précision de la mesure doit être la même pour chaque indicateur. Il serait intéressant d'explorer statistiquement la division des dimensions de l'EU selon les deux catégories suivantes : facteurs d'hygiène (leur absence crée un mauvais jugement de l'EU) et facteurs de motivation (leur présence permet de créer une EU positive à condition que les facteurs d'hygiène soient présent aussi).  ABSTRACT: The user experience (UX) is an extension of the concept of usability. The latter focuses primarily on instrumental qualities of a product, while the UX also takes into account the aesthetic, hedonic and emotional aspects that affect the user's perception when interacting with the product. The emphasis is on the use of the product in general rather than on the product and its features. The challenge for researchers and practitioners is to understand how to create a positive UX, to identify and weigh the factors that come into play in the judgment of the UX of a product or a service. A number of models and theories about the composition of UX and evaluation tools bloom about it. We propose in this study to identify the dimensions of the UX with interactive products in order to lay the foundation for building a tool for the subjective assessment of the UX. To do this, we firstly, from a literature review, identify the different dimensions of the UX, it can be grouped into two poles: product and user. The product pole encompasses the following dimensions: functional, utility / usability, informational and physical. The user pole includes the following dimensions: sensory, cognitive, psychological and social. Each of these dimensions is represented by 1 to 4 measurable indicators. In a second step, we developed a questionnaire of 26 statements on these indicators against which participants had to indicate their degree of agreement or disagreement. We have collected 210 UX stories from people; we asked them to describe an experience they had recently with an interactive product and answer questions based on it. Preliminary analysis of these data showed that the nature (positive or negative) of UX and the type of product used, but on a lesser extent, had an impact on the response patterns. When the experience described is positive, the scores for indicators are generally higher and the indicators of performance, simplicity, value, quantity, quality, contacts, culture, stress, pleasure, pride, frustration and commitment are clearly distinguishable as those impacting the more about the nature of the UX. On the type of product, it seems that the indicators are rated differently depending on the product but the differences are less marked. The goal (be-goals or do-goals) of the UX does not appear to influence the response profiles. Of the 210 initial respondents, we extracted 161 complete responses, which was necessary to perform a factor analysis. On a database of 161 participants, factor analyzes revealed the existence of a new structure of the UX statistically acceptable and which, although different from that proposed in the conceptual framework of this project, is also theoretically. The dimensions of this new structure and the indicators that represent are: basic characteristics (indicators: simplicity, performance characteristics, quantity of information and quality of information), use opportunities (indicators: compatibility and utility), additional features (indicators: reliability, availability and physical characteristics), positive psychological (indicators: pride, visual,  commitment to product and pleasure), negative psychological (indicators: frustration, stress and physical effort), attractiveness (indicators: contact, culture and cognitive effort) and sensory (indicators: auditory and tactile). However, we could not corroborate the division of the EU into two poles. These findings may provide the basis for the construction of a subjective evaluation tool of the UX with interactive products. However the repeatability of these should be checking in future studies with a larger (300 or more) and representative population sample. The dimensions defined should ideally have four to five indicators each and the quality of the measurement must be the same for each indicator. It would be interesting to explore statistically the division of the dimensions of the UX in the following two categories: hygiene factors (their absence creates a bad judgment of the EU) and motivators (their presence creates a positive UX on condition that hygiene factors are also present).


identifier: Awedikian, D.-M. (2013). Le partage d'informations confidentielles sur une plateforme web dédiée aux interdépendances entre les infrastructures essentielles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les infrastructures essentielles sont des systèmes complexes qui ont pour but de fournir à la société les ressources essentielles à son bon fonctionnement (eau, gaz naturel, électricité, liens téléphoniques, etc.). Ces infrastructures sont dépendantes les unes des autres en raison des ressources qu'elles s'échangent. Ainsi, lorsqu'une infrastructure essentielle devient défaillante, elle peut entraîner la défaillance des autres infrastructures qui utilisent la ressource qu'elle produit. Cela peut entraîner des défaillances en cascade se propageant de réseau en réseau que l'on appelle des effets domino. Ces effets domino peuvent avoir des conséquences néfastes sur l'ensemble des activités économiques et sur le bien-être de la population. Dans le but de diminuer la vulnérabilité de nos sociétés face à ces phénomènes, il est important d'élargir les connaissances concernant les interdépendances entre les infrastructures essentielles. Dans ce contexte, le Centre risque & performance de l'École Polytechnique de Montréal a développé, depuis une dizaine d'années, une approche simple, mais efficace, qui permet l'identification des interdépendances entre les infrastructures essentielles. Cette méthodologie a permis le développement de DOMINO, un outil qui permet l'anticipation d'effets domino potentiels suite à la défaillance de l'une de ces infrastructures. Actuellement à l'état de prototype, le déploiement opérationnel de cet outil est soumis à une contrainte majeure. Pour pouvoir être utilisable, il doit nécessairement être accessible par les différents gestionnaires d'infrastructures essentielles et par les responsables du centre de sécurité civile. Cette question de l'accessibilité représente un défi puisqu'elle demande d'abord une réponse technique, c'est-à-dire le développement d'un système accessible, mais aussi organisationnelle, c'est-à-dire le développement d'un cadre de fonctionnement permettant le partage d'informations confidentielles entre des organisations multiples. l'objectif des travaux présentés dans ce mémoire a donc été d'aborder ces deux questions en développant une plateforme informatique accessible via l'Internet qui permet aux organisations d'échanger des informations permettant une meilleure gestion de leurs interdépendances tout en respectant le caractère confidentiel de ces informations. Dans un premier temps, il a été nécessaire d'étudier les besoins des futurs utilisateurs du système (qui sont en quelque sorte le client) et d'établir l'analyse fonctionnelle du système, c'est-à-dire de dresser l'ensemble des fonctionnalités que le système devra réaliser. Ensuite, il a été nécessaire d'aborder la question de la confidentialité des informations en intégrant au système un volet permettant la gestion des accès. Ces travaux ont permis de créer une version web du prototype DOMINO qui répond aux deux principales contraintes soulevées précédemment, soit l'accessibilité et la confidentialité. Une phase de test était nécessaire pour s'assurer du bon fonctionnement du prototype développé et pour valider son utilisation. Une première phase de validation, à l'interne du CRP, a permis de valider la justesse des résultats qu'il produit. Une deuxième phase de validation, auprès des partenaires, a permis de soulever quelques-uns des nombreux défis qui devront être soulevés avant de rendre une telle application réellement opérationnelle sur une municipalité. Rendre l'information accessible tout en conservant la confidentialité, est l'un des principaux défis de la mise en œuvre de tels systèmes d'information. Donc, l'accessibilité et la confidentialité de l'information doivent être abordées en parallèle. Un équilibre à rechercher entre accessibilité et confidentialité constitue un défi principal car l'échec de chacun de ceux-ci peut influencer négativement l'utilisation du système. Finalement, quelques modèles de sécurité existants pour tels outils ont été présentés dans ce mémoire en mettant l'appui sur la nécessité d'en créer un pour le Canada.  ABSTRACT: Critical infrastructures (CI) are complex systems that are placed to respond to people's needs (water, natural gas, electricity, telephone links, etc.), to ensure proper functioning of industrialized societies. CI are dependent from each other and our societies depend on the resources provided by these CI. Thus, when a CI fails, it can cause failure of another CI that uses its resources. This can cause cascading failures from network to another called Domino Effect (ED) and then the total socio-economic environment will be paralysed. In order to reduce the vulnerability of our societies and to protect the CI, it is important to broaden the knowledge of their interdependencies and the ED they generate. In this context, the Centre risque & performance (CRP) of the École Polytechnique de Montréal has been working in this domain for the last decade and was able to develop a simple and effective methodology for the identification of ED between the CI. However, this methodology should be automated and computerized to generate results. Also, information sharing between CI and managers responsible for the civil security can ensure coordination between the different stakeholders and result in proper management of these risks. The objective of the work presented in this thesis is the sharing of confidential information related to interdependencies between CI and simulation of ED of 3rd order. To achieve this it was necessary to find an IT-related platform that will ensure the availability of partners to access such tool. For this reason, DOMINO web version was created. This tool generates curves dependencies that simulate interdependencies between CI and that simulate ED. It also generates analysis reports of data related to CI, their resources and their interdependencies. At first, it was necessary to study the requirements of the clients who are the future users of the system and to determine the functional analysis and the access management of the system. Thereafter, based on the concept of the database from previous projects, it was necessary to modify this database to suit the needs of future users of the system and optimize it for better analysis. Once the new database designed and established, the prototype of DOMINO web was designed and developed too. To ensure proper functioning of the developed prototype and validate its use and the problems that are related, the third chapter was created. It has the internal testing phase done by the CRP based on several already known simulations. Thereafter, it was possible to present the tool to the partners of the CRP. The challenges of the system availability versus confidentiality were presented and the various issues arising from such tool were addressed to the partners to withdraw their recommendations as it is for them that the system is created. Making such system accessible while maintaining its confidentiality is one of the main challenges that arises during the implementation. So, accessibility and confidentiality of information must be addressed in parallel because the failure of one of these can adversely affect the system use. Finally, some existing models of security for such tools were presented in this thesis with special support on the need to create one for Canada.


identifier: Spreutels, L. (2013). Séchage des levures en lit à jet conique : expérimentation et modélisation multi-échelles  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le séchage est une opération unitaire pratiquée depuis des millénaires pour laquelle les connaissances scientifiques sont encore très incomplètes. Il est cependant de plus en plus nécessaire de « bien » sécher afin d'atteindre une combinaison optimale du temps de séchage, de l'énergie consommée et surtout de la qualité du produit final. Ceci est d'autant plus vrai dans le cadre du séchage alimentaire où de nombreux produits sont très sensibles à la température et à la déshydratation. C'est le cas de la levure de boulanger dont la capacité à dégager du CO2, pour faire gonfler la pâte à pain par exemple, diminue très souvent lorsque le séchage est réalisé dans des mauvaises conditions opératoires. L'utilisation de séchoirs particuliers tels que les lits à jet coniques devrait permettre d'améliorer le séchage en terme d'efficacité et de qualité finale. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à mieux comprendre et modéliser le séchage de levures en lit à jet conique en utilisant une approche multi-échelles.  Le séchage d'un grain de levure isolé est caractérisé à l'aide d'un nouveau dispositif thermogravimétrique dans lequel il est possible de mesurer l'évolution des dimensions du grain ainsi que sa température de surface. Les résultats obtenus sont alors utilisé pour construire et valider un nouveau modèle du séchage d'un grain de levure basé sur l'existence de trois types d'eau et permettant de prédire l'évolution du contenu en eau et de la température du grain. L'analyse combinée du modèle et des résultats expérimentaux permet de mettre en avant que le rétrécissement des grains de levures au cours du séchage n'a pas d'impact significatif sur la vitesse de séchage et qu'il est essentiel de modéliser correctement la température du grain. L'écoulement de solides dans le lit à jet conique est caractérisé expérimentalement au moyen de la technique de poursuite de particule radioactive (RPT). Un post-traitement des données brutes (évolution temporelle de la position du traceur) est développé pour déduire un certain nombre de paramètres liés à l'écoulement du solide : forme des régions du lit à jet (jet, anneau et fontaine), distributions de l'écoulement des solides entre les régions, distribution de temps de séjour des solides dans le lit, vitesses et débits moyens des solides, et taux de gaz dans le jet et l'anneau. Les résultats expérimentaux ont notamment permis de montrer que la forme du jet ne dépend quasiment pas de la vitesse d'injection de l'air; de même, le rapport du débit volumique de solides d'une région du lit à l'autre avec la vitesse moyenne du solide dans l'anneau donne une valeur constante pour une hauteur de lit stagnant donnée. Des corrélations empiriques sont également développées pour prédire les vitesses et débits moyens de solides ainsi que les temps de séjour moyens des solides dans les différentes régions du lit. L'écoulement du gaz dans le lit à jet conique est caractérisé expérimentalement par la mesure des distributions de temps de séjour (RTD) du gaz dans le lit par l'injection et la détection d'un gaz radioactif dans le lit à jet en opération. L'existence d'un écoulement non négligeable du gaz dans l'anneau du lit est mise en évidence. Les vitesses moyennes du gaz dans le jet et l'anneau ainsi que la portion du débit total qui passe dans le jet sont déduites des courbes de RTD. Il est identifié que le gaz circule au moins deux fois plus vite dans le jet que dans l'anneau, ce qui mène à des échanges de matières entre un solide et le gaz plus intenses dans le jet que dans l'anneau. Des expériences de séchage de levure sont réalisées dans un lit à jet conique afin de caractériser l'effet des conditions opératoires sur le séchage. Un nouveau modèle multi-échelles décrivant le séchage de levure en lit à jet est présenté; celui-ci est basé sur les résultats des caractérisations expérimentales et des modélisations du séchage d'un grain de levure isolé et de l'écoulement solide-gaz dans le lit à jet conique. Le modèle phénoménologique ne possède qu'un seul paramètre et permet de très bien reproduire les résultats des expériences de séchage de levure en lit à jet conique. Il tient notamment compte du fait que dans un lit à jet, la saturation de l'air en vapeur d'eau au passage du lit peut être un phénomène limitant pour la vitesse de séchage, surtout en début de séchage. La caractérisation de l'évolution au cours du séchage de la capacité de la levure à dégager du CO2 dans une pâte à pain a également été réalisée pour un grain de levure isolé et pour le séchage en lit à jet conique. Des conclusions similaires sont présentées dans les deux cas. En effet, la dégradation de la levure est liée à l'enlèvement de l'eau intracellulaire (type D, fin du séchage en-dessous de contenu en eau d'environ 0,5 (d.b.)) et c'est avant tout la vitesse avec laquelle cette eau est enlevée qui contrôle la qualité finale du produit. L'enlèvement de l'eau intercellulaire (type E, début du séchage) n'a pas d'influence significative sur la dégradation de la levure. Dans tous les cas, la dégradation est amplifiée lorsque la température du solide dépasse 40°C.  ABSTRACT: Drying is a unit operation that is practiced since thousands of years and which for scientific knowledge is still very incomplete. However it is more and more necessary to dry « well » in order to reach an optimal combination between drying duration, consumed energy and also final product quality. This is even truer in the case of food drying involving a lot of products that are very sensitive to temperature and dehydration. Baker's yeast often encounters a drastic decrease of its gassing power, which makes for instance inflate bread dough, when drying is operated in wrong conditions. Using special driers such as conical spouted beds should allow improving drying in terms of efficiency and final quality. The main objective of this thesis is to contribute to better understand and model Baker's yeast drying in a conical spouted bed by using a multiscale approach. Drying of a single Baker's yeast pellet is characterised by using a new thermogravimetric set up where the evolution of the pellet dimensions and surface temperature can be measured during drying. The obtained results are then used to develop and validate a new model of the drying of a Baker's yeast pellet. The model is based on the existence of three types of water in yeast and it allows predicting the evolution of the pellet's moisture content and temperature during drying. The combined analysis of the model and the experimental results permits to put forward that pellet's shrinkage during drying have no significant influence on the drying rate and that it is really essential to correctly model the pellet's temperature. Solid flow in the conical spouted bed is experimentally characterised by using a radioactive particle tracking technique (RPT). A post-treatment of rough data (time-evolution of the tracer position) is developed in order to predict a series of parameters linked to the solid flow: shape of the bed regions (spout, annulus and fountain), distributions of solid flow in the bed regions, residence time distribution of the solids in the bed, mean solids velocities and flowrates, and voidage in the spout and annulus. Experimental results allowed to show that the shape of the spout is nearly not influenced by inlet air velocity; also, the ratio of volumetric solid flowrate between the different regions of the bed and of the mean solids velocity in the annulus has a constant value for a given static bed height. Empirical correlations are also developed in order to predict the mean solids' velocities and flowrates, and the mean residence time of the solids in each region of the bed. Gas flow in the conical spouted bed is experimentally characterised by measuring gas residence time distributions (RTD) in the bed through the injection and detection of a radioactive gas tracer into the operated spouted bed. The existence of non-negligible gas flow in the annulus of the bed is highlighted. Mean gas velocities in the spout and annulus, and the part of the total gas flow going to the spout are deducted from the RTD curves. It is identified that gas moves at least twice faster in the spout than in the annulus, which leads to mass exchanges between solid and gas that are more intense in the spout than in the annulus. Baker's yeast drying experiments are done in a conical spouted bed in order to characterise the effects of operating conditions on drying. A new multiscale model, describing Baker's yeast drying in conical spouted bed, is presented; it is based on experimental results and on the models of a single pellet drying and of gas-solid flows in the conical spouted bed. This phenomenological model has only one unknown parameter and permits reproducing the experimental results of Baker's yeast drying in conical spouted bed. It takes into account the fact that, in a spouted bed, vapour saturation of the air during its residence time in the bed can be a limiting phenomena for the drying rate, especially in the beginning of the drying. The characterisation of the evolution of the Baker's yeast gassing power in a bread dough during the drying has also been done in the case of a single pellet drying and in the case of spouted bed drying. Similar conclusions are presented for both cases. Indeed, yeast degradation is linked to intracellular water removal (type D, end of the drying below a moisture content of around 0,5 (d.b.)) and it is mostly the rate of this water removal that controls the final quality of the product. Intercellular water removal (type E, beginning of the drying) has no significant influence on yeast degradation. In all the cases, degradation is amplified when solid temperature is higher than 40°C.