identifier: Burlet-Vienney, D. (2015). Conception et évaluation d'un outil pour analyser et catégoriser les risques multifactoriels encourus par les travailleurs lors des interventions en espace clos au Québec  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Québec, selon l'article 1 du Règlement sur la santé et la sécurité du travail, un espace clos est un espace qui possède les caractéristiques suivantes : (i) il n'est pas conçu pour être occupé par des personnes, ni destiné à l'être, mais qui à l'occasion peut être occupé pour l'exécution d'un travail, (ii) on ne peut y accéder ou on ne peut en ressortir que par une voie restreinte et (iii) il peut présenter des risques pour la santé, la sécurité ou l'intégrité physique pour quiconque y pénètre. Ces critères sont repris sous différentes formes dans de nombreux pays (ex. États-Unis, France, Australie, Royaume-Uni). Le travail en espace clos est une problématique transversale qui concerne à la fois les secteurs municipal, manufacturier, chimique, militaire, agricole et du transport. Les espaces clos parmi les plus courants en industrie sont les réservoirs, les silos, les cuves, les puits d'accès, les fosses, les égouts, les tuyaux et les citernes. Les entrées en espace clos sont généralement effectuées pour des raisons de maintenance : réparation, inspection, nettoyage, déblocage. Les principaux phénomènes dangereux pour la santé et la sécurité des travailleurs sont atmosphériques (ex. intoxication, asphyxie, explosion), biologiques, physiques (ex. mécanique, électrique, ensevelissement, chute) et ergonomiques. Ces risques sont potentiellement élevés à cause du confinement, de la ventilation naturelle déficiente et des difficultés d'accès, de sauvetage et de communication. Les interventions en espace clos sont réglementées au Québec et dans la plupart des pays industrialisés que ce soit au niveau de l'habilitation du personnel, de l'identification des dangers, de la maîtrise de l'atmosphère, de la surveillance des entrées ou encore des procédures de sauvetage. Toutefois, malgré tous les efforts réglementaires et normatifs entrepris, les accidents en espace clos restent nombreux. Par exemple, au Québec, entre 1998 et 2011, 40 décès lors de 32 événements ont été dénombrés dans des espaces clos, ce qui représente 4% des rapports d'enquête de la Commission de la santé et de la sécurité du travail suite à un accident du travail grave ou mortel. De même aux États-Unis, entre 1992 et 2005, 38 décès par intoxication ou asphyxie ont eu dans des espaces clos en moyenne chaque année. Ce travail de recherche vise donc à réduire le nombre d'accidents en espace clos en améliorant la prévention des risques pour la santé et la sécurité des travailleurs. Les objectifs spécifiques sont (i) de déterminer dans la littérature et en entreprise les lacunes concernant la gestion des risques lors des interventions en espace clos, puis (ii) de développer un outil d'appréciation du risque qui répond aux besoins identifiés préalablement. Pour atteindre ces objectifs, la méthode de recherche inclut une revue critique de la littérature sur la gestion des risques en espace clos, une analyse des enquêtes d'accidents mortels en espace clos au Québec puis l'étude de 15 organisations qui gèrent des entrées en espace clos. Ces travaux ont mis en évidence le besoin pour une approche globale et multidisciplinaire lors de l'identification des phénomènes dangereux afin d'obtenir une meilleure représentation de la réalité lors des interventions en espace clos. Également, il a été identifié un manque de formalisme dans la littérature pour les étapes d'estimation et d'évaluation du risque ainsi que pour les notions d'espace clos similaire et de catégorisation des espaces clos. Enfin, des lacunes ont été observées en entreprise concernant (i) l'estimation des risques, (ii) la gestion des sous-traitants, (iii) les audits dédiés à l'utilisation des moyens de réduction du risque, et (iv) l'intégration de la conception sécuritaire. Basé sur ce bilan et inspiré par les normes en gestion du risque utilisées en sécurité des machines (c.-à-d. ISO 12100:2010 et ANSI/ASSE Z690.3-2011), un outil d'appréciation du risque en 5 étapes a été développé en collaboration avec des entreprises au Québec. L'étape 1 est une liste de 26 questions fermées pour caractériser l'espace clos, son environnement et les conditions d'intervention. L'étape 2 permet de décrire le processus accidentel lié aux phénomènes dangereux retenus par l'utilisateur. L'étape 3 guide l'estimation des risques à l'aide d'une matrice de risque et de critères adaptés au contexte des espaces clos. L'étape 4 propose une catégorisation graphique par familles et niveaux de risque. Enfin, l'étape 5 est une boucle de rétroaction pour estimer les risques résiduels une fois les mesures de réduction du risque choisies. L'utilisation de cet outil permet en outre de déterminer à l'aide de critères explicites si deux espaces clos sont réellement identiques afin de simplifier, le cas échéant, le travail de réduction du risque. L'outil développé permet également de déterminer à l'aide de critères prédéterminés si le sauvetage sans entrée est possible et si les risques résiduels sont acceptables. L'utilité et la pertinence de l'outil ont été testées auprès de 22 experts en espace clos. L'outil développé a également été comparé à d'autres types d'outils préconisés dans la littérature ou en entreprise pour l'analyse du risque dédiée aux interventions en espace clos. L'outil développé se distingue notamment par (i) l'exhaustivité et la multidisciplinarité de l'identification des phénomènes dangereux, (ii) les critères de choix détaillés pour l'estimation du risque, (iii) l'exploitation des résultats de l'analyse des risques et (iv) l'impact des mesures de réduction du risque dédiées aux espaces clos sur les paramètres du risque. Cette recherche permet de soutenir à la fois les concepteurs, les préventionnistes et les sauveteurs dans leurs démarches respectives pour améliorer la santé et la sécurité des travailleurs en espace clos.  ABSTRACT: In section 1 of the provincial occupational health and safety regulation of Quebec, a confined space refers to a space which has the following inherent conditions: (i) is not designed for human occupation, nor intended to be, but may occasionally be occupied when carrying out work, (ii) access to which can only be made by a restricted entrance/exit and (iii) can represent a risk for the health and safety of anyone who enters. These criteria are reiterated in various forms in most countries (e.g. United States, France, Australia and United Kingdom). Work-related interventions in confined spaces are a cross-field issue that concern for example the municipal, manufacturing, chemical, military, agricultural and transportation sectors. Confined spaces among the most common in industry are reservoirs, silos, vats, access shafts, ditches, sewers, pipes and truck or freight car tanks. Confined spaces are primarily entered for the purpose of maintenance: repair, inspection, cleaning, unclogging. The main occupational hazards are atmospheric (i.e. poisoning, asphyxiation, explosion), biological, physical (e.g. mechanical, electrical, engulfment, falls) and ergonomics. These risks are potentially high because of the confinement, inadequate natural ventilation, and access, rescue and communication problems. Confined space entries are regulated in Quebec and in most industrialized countries whether on employee qualifications, risk identification, atmospheric monitoring, mandatory supervision and rescue procedures. However, despite all the regulatory and standard-setting efforts that have been made many accidents related to work in confined spaces still occur. For example, 40 fatalities in 32 events associated with confined spaces were counted in the province of Quebec between 1998 and 2011, representing 4% of investigation reports published by the provincial workers' compensation board following a serious or fatal accident at work. In the same way, between 1992 and 2005, there was an average of close to 38 deaths per year by poisoning or asphyxiation in confined spaces in the United States. This research aims to reduce the number of accidents in confined spaces by improving occupational risk prevention. The specific objectives are (i) to determine deficiencies in literature and organisations regarding risk management for entries in confined spaces, and (ii) to develop a risk assessment tool that addresses the deficiencies observed. To achieve these objectives, the research method includes (i) a literature review on risk assessment specific to confined spaces, (ii) analysis of fatal work accident reports occurring in confined spaces in Quebec and (iii) the study of 15 organizations that manage entries in confined spaces. This work has highlighted the need for a comprehensive and multidisciplinary hazard identification approach to take into account the real complexity of confined spaces. Also, it was identified a lack of guidelines in the literature concerning risk estimation and evaluation steps as well as for categorization and similar confined spaces. Finally, deficiencies were observed in organisations regarding (i) risk estimation, (ii) management of subcontractors, (iii) auditing how risk reduction means are used, and (iv) integration of prevention through design. Based on this appraisal and inspired by the approach used in the standards on machine safety (i.e. ISO 12100:2010 and ANSI/ASSE Z690.3-2011), a 5 step risk assessment tool has been developed in collaboration with companies in Quebec. Step 1 is a list of 26 closed-ended questions to describe the configuration of the selected confined space, its environment and the work situation. Step 2 describes the accidental process associated with the hazards. Step 3 estimates risks using adapted criteria and matrix. Step 4 uses a graph for categorizing the intervention by class and level of risk. Step 5 is a feedback loop for estimating residual risks after risk reduction measures have been taken. By using objective criteria, this tool allows determining if two situations are indeed identical in terms of risks in order to simplify risk reduction when appropriate. The tool also determines using predetermined criteria if external rescue is feasible and residual risks acceptable. Usefulness and relevance of our tool was tested by 22 experts managing entries in confined spaces. The tool developed was also compared to other types of risk analysis tools recommended in the literature or in organisations for confined space entries. Our risk assessment tool has the following distinguishing features: (i) a multidisciplinary and comprehensive hazard identification approach, (ii) detailed criteria for risk estimation, (iii) utilization and communication of the risk analysis results and (iv) impact of the different strategies used to reduce risks for interventions in confined spaces on the component of the risk. This research provides support to designers, OHS personnel and rescuers in their effort to improve safety during confined space entries.


identifier: Asgari, A. (2015). Cutting Conditions Optimisation of Titanium Metal Matrix Composites in Turning and Face Milling.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Il y a quelques décennies, les industries ont utilisé les composites à matrice métallique de titane (Ti-MMC) dans les valeurs limitées. Chacune des industries s'intéresse à la caractéristique particulière du Ti-MMC. Les constructeurs de voitures s'intéressent à la résistance à l'usure et à la fatigue de ce matériau dans la fabrication des composantes de moteur et de transmission pour ainsi diminuer le poids des véhicules. Les fournisseurs d'accessoires et de matériel médicaux utilisent le Ti-MMC vu sa grande rigidité spécifique et sa résistance en compression élevée. De plus, dans les domaines aéronautique et aérospatiale, les fabricants sont intéressés par le gain en légèreté de ce matériau. Mais il y a un problème avec le Ti-MMC, il a une faible usinabilité. Les aspects importants et acceptables pour l'usinage de pièces en industrie sont le coût de fabrication, de la finition de la surface et de la conformité au devis. Aussi, une dureté augmentée par les particules de céramique et une rigidité élevée du produit induisent un facteur de propagation élevée de fissures dans le corps du Ti-MMC. De plus, les particules fissurées ont tendance à éroder les arêtes des outils de coupe provoquant la dégradation de la finition de surface. Une très faible conductivité thermique, une haute résistance à la compression et une basse tendance à la déformation plastique devant l'arête de l'outil de coupe lors de son engagement avec ce matériau portent les contraintes mécaniques et thermiques à augmenter durant le processus d'usinage. Il n'y a que peu d'études sur le Ti-MMC, en particulier sur l'usinage de ce matériau. En général, les outils PCD sont connus comme étant les outils les plus performants lors de l'usinage du MMC, mais le coût de production est fortement affecté par le prix élevé de ces outils. Cette étude fait suite à des expériences réalisées sur l'effet de trois sortes d'outils (carbure revêtu, PCBN et PCD) sur le tournage et (carbure et d'outils PCD) sur le surfaçage du Ti-MMC. Sur les conséquences de la productivité, le taux d'usure des outils et la rugosité de surface de la pièce. Les conditions de coupe optimales sont déterminées pour chaque outil au tournage et au fraisage en bout du Ti-MMC. Les effets des paramètres de coupe sont extraits par analyse de variance. Pour l'optimisation du processus de tournage et de fraisage avec chaque outil, la méthode Taguchi est utilisée. De plus, les données de performance de ces outils lors de ces expériences sont analysées.  ABSTRACT: World leading manufacturing sectors, in particular aerospace and automotive industries wish to have lighter materials with better physical, mechanical and chemical properties than the prevalent hard to cut heavier materials. This has brought much attention to alternative materials such as metal matrix composite (MMC). MMCs are composed of non-metallic reinforcements (i.e. ceramic) in metal matrices which feature high toughness, wear and fatigue resistance and relatively light weight. One of the metallic composite with remarkable mechanical properties is titanium metal matrix composite (Ti-MMC). Ti-MMC has been successfully incorporated into numerous of products in various industrial sectors. Each industrial sector has an interest in particular characteristics of Ti-MMC. Automotive and aerospace industries are craving for high wear and fatigue resistant materials with low weight for delicate applications in engine and power train component. Medical components suppliers utilize Ti-MMC in pursuance of its great specific stiffness and elevated compressive strength. Despite having excellent features, various issues have emerged relate to the machining and machinability of Ti-MMCs. Due to the presence of hard and abrasive ceramic particles in metal matrices of Ti-MMCs, crack propagation appears on the Ti-MMC body. Furthermore, weak heat conductivity, low tendency to plastic deformation and high compressive resistance of the matrix exert large mechanical and thermal stresses to the cutting tool and the work-piece. This reveals that the principal machinability attributes of Ti-MMCs are rapid tool wear, low surface quality in Ti-MMC machined parts and excessive cost. According to the review of literature, there are few studies on the machining and machinability of Ti-MMCs. There is a lack of knowledge on appropriate setting levels of cutting process parameters for machining Ti-MMC, in particular milling and turning operations that deal with high material removal rate. The main objectives of this work are to study the cutting parameters governing the tool wear and surface quality (finish) when machining (milling and turning) Ti-MMCs, as well as cutting factors optimization using Taguchi method to better reach the optimum or near optimum surface finish, tool wear and productivity. To that end, comprehensive experimental studies are arranged in multi-level full factorial design and orthogonal array design of experiment.


identifier: Cucuel, B. (2015). Mise en évidence des paramètres influant sur les forces fluides et établissement de modèles empiriques de la traînée d'objets à géométrie variable  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La connaissance du coefficient de traînée des objets a un intérêt dans de nombreuses applications industrielles. En particulier, dans les générateurs de vapeur, certains objets peuvent se déposer et, entrainés par l'écoulement, endommager les tubes. Les objets présents dans ces générateurs pouvant être très différents, la difficulté de ce projet a été de trouver des modèles de prédiction du coefficient de traînée pour un panel très varié de formes. Séparer en différentes catégories l'ensemble des objets étudiés a permis de créer des paramètres propres à chacune. Ainsi ont été étudiés successivement des objets à géométrie hélicoïdale, des objets à géométrie allongée et enfin des objets plus neutres, libres de se déplacer dans la soufflerie. Pour les objets hélicoïdaux, des simulations numériques ainsi que des résultats expérimentaux ont permis de définir le paramètre d'hélicité, et de trouver que le coefficient de traînée pour de tels objets est proche de celui d'un cylindre et dépend peu de la géométrie de base. Une analyse par Particle Image Velocimetry (PIV) a aussi été menée pour étudier le comportement du fluide, et assurer une correspondance entre l'allure de l'écoulement numérique et expérimental. Une décomposition Proper Orthogonal Decomposition (POD) a aussi été effectuée pour visualiser les différents modes de l'écoulement. L'étude du sillage derrière ces objets a montré une similarité entre l'écoulement autour d'un cylindre et d'un objet fortement vrillé. Concernant les objets allongés, un rapport de L H = 15 a été utilisé. Pour cette étude, la traînée a été obtenue par des tests en soufflerie et des simulations numériques. Enfin les objets 3D ont été testés dans une soufflerie verticale sans capteur. Le principe de mesure est basé sur l'équilibre des forces entre le poids et la traînée. Les objets sont libres de se déplacer au sein de la section d'essai. Pour cela nous avons envisagé l'étude du coefficient de traînée non pas par une valeur exacte calculée via une surface déterminée, mais comme une moyenne. Du fait de leurs mouvements, et particulièrement des rotations qu'ils effectuent autour d'eux mêmes, les objets ont été assimilés à des sphères. Pour calculer la traînée de ces objets, le coefficient de traînée d'une sphère a ainsi été utilisé.  ABSTRACT: Knowledge of the drag coefficient is used in many industrial applications. For instance, in the nuclear industry, some objects can get stuck inside steam generators and damage tubes by fretting-wear due to the flow. Because this objects are very differents from each other, the main difficulty of this project will be to find correlations for very different shapes of objets. Distinguishing different groups among the studied objects, it is possible to establish parameters for each category. Thus, twisted objects, elongated objects and more 3D and free-to-move objects will be studied. For the twisted objects, numerical simulations and physical experiments were carried out for Reynolds number such as 5000 < Re < 15000. The results allowed us to define the helicity parameter and to find out that for such objects, the drag coefficient is close to the at of a cylinder and doesn't depend so much on the original shape. A PIV analysis was carried out to study the flow behaviour and to verify the similarity between the numerical and experimental flow. A POD analysis was also performed to visualize the different modes of the flow. Study of the wake behind these objects has shown a similarity between the flow around a cylinder and a strongly twisted object. For the elongated objects, a L H = 15 length to height aspect ratio will be used. For this study, the drag will be either mesured in a wind tunnel or calculated thanks to numerical simulations. Eventually, the 3D objets have been tested inside a vertical wind tunnel without using any sensor. The principle of the measure is given by the equilibrium between the drag force and the weight. The objects were free to move inside the test section. Thus we did not considered any more the drag coefficient as an exact value calculated from a well defined area, but as an average value. Because of their movements and particularly of the fact that the objects are turning around themselves, the objects were assimilated to spheres. Thus, the drag coefficient of a sphere was used in order to calculate their drag force.


identifier: Rietsch, C. (2015). Étude exploratoire de la commercialisation des nanotechnologies au Canada : l'utilisation de la fouille de données de contenu Web  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les entreprises comptent tous les jours plus sur Internet, partageant de nombreuses informations avec leurs clients, mais aussi à leurs investisseurs et à leurs associés. La majorité des entreprises partagent des informations telles que leurs produits, services, partenariats, activités de recherche et de développement sur leur site Internet. Toutes ces informations sont autant d'opportunités d'analyse pour autant que nous puissions les récupérer et les interpréter. Dans ce contexte, est-ce que le contenu d'un site Internet peut être suffisant pour mener une étude sur l'innovation et la commercialisation? Les sites Internet sont des sources d'information disponibles gratuitement et accessibles par tout le monde. La majorité des entreprises ayant un site Internet, la couverture d'une étude basée sur Internet est un avantage. Pour notre travail de recherche sur la commercialisation de la nanotechnologie au Canada, nous récupérons le plus grand nombre de données sur des sites Internet d'entreprises canadiennes répertoriées par diverses sources comme ayant des activités en nanotechnologie. À partir de ces données, nous classons les entreprises selon leur domaine nanotechnologique grâce à une liste de mots clés provenant d'articles scientifiques pour estimer le niveau d'avancement des entreprises canadiennes dans la recherche nanotechnologique. Enfin grâce à plusieurs indicateurs d'innovation et de commercialisation nous décrivons l'état actuel de la nanotechnologie dans l'industrie canadienne.  ABSTRACT: Companies rely more every day on the Internet, sharing a lot of information to their customers but also their investors and their associates. Most companies share information such as products, Services, partnerships, and research and development activities on their website. All this information is much analytical opportunities provided that we can retrieve and interpret. In this context, is the content of a website can be enough to conduct a study on innovation and commercialization? Websites are sources of information available and accessible to everyone. The majority of companies with a website, the coverage of an Internet-based study is an advantage. For our research on the commercialization of nanotechnology in Canada, we recover as many data on websites of Canadian companies listed by various sources as having activities in nanotechnology. From these data we cluster companies according to their nanotechnology field using a list of keywords from scientific papers to estimate the level of advancement of Canadian companies in nanotechnology research. Finally thanks to several indicators of innovation and marketing we describe the current state of nanotechnology in the Canadian industry.


identifier: Bianco, R. (2015). Biomécanique de l'ancrage de vis pédiculaires pour l'instrumentation du rachis  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La scoliose est une pathologie qui cause une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Elle peut être d'origine congénitale, neuromusculaire ou dite idiopathique (de cause inconnue). Cette maladie apparait généralement durant l'adolescence et les cas dits « évolutifs » touchent à 90% les filles. La scoliose idiopathique adolescente a une prévalence de 3% à 5% et environ 10% des patients nécessiteront un traitement. Pour des déformations sévères, le principal traitement utilisé est la correction par instrumentation, en général par abord postérieur. Des vis sont alors insérées dans les vertèbres, à travers les pédicules. Elles servent de lien pour appliquer des manoeuvres chirurgicales de correction afin d'aligner la colonne dans le plan coronal et transverse, et restaurer les courbes dans le plan sagittal. Des tiges d'instrumentation sont fixées aux vis pour maintenir la correction du rachis. L'objectif des implants est, à court terme, de permettre l'application des manoeuvres de correction et de maintenir la correction des déformations scoliotiques et, à long-terme, de rigidifier et stabiliser le rachis par une fusion osseuse. Les vis pédiculaires subissent des efforts importants et variables en intensité et direction tout au long de leur utilisation, ce qui peut entrainer des micro-fractures ou un déchaussement partiel ou total pendant les manoeuvres et en période postopératoire, menant à des risques de défaillance. Un bon ancrage biomécanique des vis pédiculaires dans les vertèbres est donc nécessaire pour assurer une correction sécuritaire et durable. L'ancrage biomécanique des vis pédiculaires dépend de paramètres intrinsèques de la vertèbre (forme et taille des vertèbres, densité et distribution osseuse), donc du patient, mais aussi des techniques chirurgicales d'insertion des vis, comme le choix de la trajectoire d'insertion ou le quantité d'os enlevé au point d'insertion des vis. Toutefois, le design des vis (forme de filets, type de filetage) et le choix de la dimension des implants et de la technique d'insertion (préparation du point d'entrée, diamètre du taraudage ou trajectoire d'insertion) reposent encore principalement sur des principes empiriques et sur l'expérience des chirurgiens. Un certain nombre d'études expérimentales ont permis de déterminer les effets des paramètres les plus importants, mais de par l'aspect destructif et la forte variabilité expérimentale des tests, peu d'études ont pu examiner quantitativement un ensemble de paramètres pertinents.  ABSTRACT: Scoliosis is a pathology that causes a three-dimensional deformation of the spine and rib cage. This disease usually appears during adolescence and “large progression” cases affect females 90% of the time. Adolescent idiopathic scoliosis has a prevalence of 3% to 5%, and around 10% of patients require a treatment. For severe spinal deformities, the main treatment is to surgically correct the spine by instrumentation. Screws are inserted into the vertebrae through the pedicles and are used to apply surgical maneuvers in order to align the column, after which instrumentation rods are attached to stabilize the spine. The short-term goals are to reduce the spinal curvature; the long-term goals are to stiffen the spine and promote arthrodesis. The pedicle screws undergo significant and variable forces during correction maneuvers and also after surgery while the patient undergoes functional movements, which can cause partial or total loosening of the screw construct. A strong connection between the screws and vertebrae is needed to ensure a safe correction. The biomechanical anchorage of pedicle screws depends on the intrinsic parameters of the vertebrae (shape and size of the vertebrae, bone density and bone distribution), but also on the surgical insertion techniques of screws such as the trajectory or amount of bone removed at the insertion point. However, the design (thread design and type), the choice of the size of the implants, and insertion technique (preparation of the entry point, the diameter or tapping diameter) still depend on empirical principles and on the surgeon's experience. Many studies have determined the effects of the main parameters affecting the pedicle screw anchorage, but due to the destructive aspects and the high experimental variability, only a few were able to compare relevant parameters. Moreover, most experimental tests are done with axial pullout forces, which do not fully represent the possible forces that are applied on the screws during surgical maneuvers or postoperatively. Non-axial loading tests are yet not standardized, which makes comparison between studies more complex. Many studies have investigated pedicle screw behaviour using finite element modelling. However, there is currently no model refined enough that can represent in detail the behaviour of pedicle screws, bone structures, and the contact interface during intraoperative loadings.


identifier: Barris, N. (2015). Stratégie de commande optimale de la production électrique dans un site isolé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Hydro-Québec gère plus de 20 réseaux autonomes sur tout le territoire de la province. Dans l'ensemble, ces réseaux correspondent à des petits villages où la population et la consommation en énergie ne sont pas très élevés. Aussi, ceux-ci sont très loin les uns des autres et des centrales hydroélectriques, c'est pourquoi la production y est assurée localement au moyen de génératrices diesel. Le prix du diesel et la nécessité de l'acheminer par bateau dans bien des cas font que les coûts de production soient très importants. À ceci, il faut ajouter que l'électricité est facturée au même prix partout au Québec, ce qui a pour effet que les réseaux autonomes génèrent un déficit très important pour Hydro-Québec. À un village donné, plusieurs génératrices de puissances nominales différentes sont présentes pour satisfaire la charge. Tout au long de l'année, cette dernière peut doubler, voir même tripler. Ainsi, lorsque la charge augmente, il devient nécessaire d'augmenter la capacité de production. À l'inverse, lorsque la charge diminue, il devient nécessaire de diminuer la capacité de production. Toutes ces transitions sont gérées par ce qui est communément appelé la stratégie de commande. Lorsque la charge atteint un certain niveau élevé, défini en fonction de divers paramètres prédéfinis relatifs aux groupes électrogènes en service, une augmentation de la capacité de production est requise. Un mécanisme similaire s'applique dans le cas d'une diminution de la charge. Le but de cette stratégie de commande est donc de suivre les variations de la charge. Ces paramètres prédéfinis ayant été établis de façon empirique, d'après les connaissances des ingénieurs, ils ne sont pas nécessairement optimaux d'un point de vue écoénergétique. L'objectif du travail est de minimiser la consommation de diesel en optimisant les paramètres prédéfinis de la stratégie de commande, et ainsi, de permettre une réduction du déficit généré par les réseaux autonomes, sans avoir à investir dans l'achat de nouveaux équipements. Pour ce, le simulateur de réseaux autonomes OPERA et l'optimiseur boîte noire NOMAD sont utilisés. Les premiers résultats montrent que de légères modifications à la structure des règles d'opération sont requises pour mieux satisfaire l'objectif de minimisation. Après modifications des règles, trois différents cas sont testés sur trois villages nordiques. Le premier cas est l'optimisation d'un jeu de paramètres unique pour l'ensemble des villages. Après optimisation, il est démontré que cette approche n'est pas bénéfique puisqu'un jeu de seuils unique mène à un compromis pour l'ensemble des villages et ne permet pas d'exploiter le plein potentiel pour chaque réseau autonome. Cette phase démontre du même coup que la situation actuelle, à savoir, l'existence d'un seul et même jeu de paramètres pour tous les réseaux autonomes, ne peut être optimale. Le deuxième cas est l'optimisation d'un jeu de paramètres par village. On constate une amélioration des résultats par rapport à l'optimisation précédente. En plus, on remarque qu'il est important d'éliminer de la production les configurations à bas rendement intercalées entre deux configurations à plus haut rendement puisque, de par la nature même des règles d'opération, un passage systématique par cette Configuration moins performante aura lieu et augmentera considérablement la consommation. Le troisième cas est l'optimisation des paramètres pour chacune des configurations de génératrices diesel d'un village. Cette approche mène à beaucoup d'instabilité du point de vue de l'optimisation. Un grand nombre d'évaluations s'en suit, sans mener nécessairement à une convergence vers un meilleur résultat. La structure connue du problème est alors exploitée afin d'améliorer les performances de l'optimisation. Deux méthodes sont employées. Dans les deux cas, des résultats similaires sont obtenus, mais les coûts de calcul diffèrent. La première méthode permet d'assurer des résultats légèrement meilleurs que la deuxième méthode, mais à un coût en terme d'évaluations très élevé. En revanche la deuxième méthode nécessite très peu d'évaluations. Les valeurs des seuils optimisés des règles de transitions ultimes peuvent être associés aux points de transitions favorisant l'utilisation des zones à haut rendement des configurations. Avec l'utilisation des courbes de rendement des configurations en fonction de la puissance débitée, ces points de transitions sont directement identifiables. Ainsi, il semblerait qu'il soit possible de déterminer les valeurs optimales de ces paramètres, sans même avoir recours à l'optimisation. La réduction simulée de consommation de diesel pour les trois villages est de l'ordre de 1,9 %. Étant donné le coût élevé du diesel et l'existence de 20 autres villages isolés, l'emploi de ces méthodes, conjointement à une calibration du simulateur OPERA employé, permettrait une réduction substantielle du déficit annuel. La méthode d'optimisation rapide étant très performante en terme de nombre d'évaluations et des résultats obtenus, elle peut être annexée à des processus d'achat de nouvelles génératrices diesel afin d'évaluer leur plein potentiel de fonctionnement optimal aux réseaux autonomes et d'améliorer la valeur actuelle nette liée à leur achat.  ABSTRACT: Hydro-Québec manages more than 20 isolated power grids all over the province. The grids are located in small villages where the electricity demand is rather small. Those villages being far away from each other and from the main electricity production facilities, energy is produced locally using diesel generators. Electricity production costs at the isolated power grids are very important due to elevated diesel prices and transportation costs. However, the price of electricity is the same for the entire province, with no regards to the production costs of the electricity consumed. These two factors combined result in yearly exploitation losses for Hydro-Québec. For any given village, several diesel generators are required to satisfy the demand. When the load increases, it becomes necessary to increase the capacity either by adding a generator to the production or by switching to a more powerful generator. The same thing happens when the load decreases. Every decision regarding changes in the production is included in the control strategy, which is based on predetermined parameters. These parameters were specified according to empirical studies and the knowledge base of the engineers managing the isolated power grids, but without any optimisation approach. The objective of the presented work is to minimize the diesel consumption by optimizing the parameters included in the control strategy. Its impact would be to limit the exploitation losses generated by the isolated power grids and the CO2 equivalent emissions without adding new equipment or completely changing the nature of the strategy. To satisfy this objective, the isolated power grid simulator OPERA is used along with the optimization library NOMAD and the data of three villages in northern Québec. The preliminary optimization instance for the first village showed that some modifications to the existing control strategy must be done to better achieve the minimization objective. The main optimization processes consist of three different optimization approaches: the optimization of one set of parameters for all the villages, the optimization of one set of parameters per village, and the optimization of one set of parameters per diesel generator configuration per village. In the first scenario, the optimization of one set of parameters for all the villages leads to compromises for all three villages without allowing a full potential reduction for any village. Therefore, it is proven that applying one set of parameters to all the villages is not suitable for finding an optimal solution. In the second scenario, the optimization of one set of parameters per village allows an improvement over the previous results. At this point, it is shown that it is crucial to remove from the production the less efficient configurations when they are next to more efficient configurations. In the third scenario, the optimization of one set of parameters per configuration per village requires a very large number of function evaluations but does not result in any satisfying solution. In order to improve the performance of the optimization, it has been decided that the problem structure would be used. Two different approaches are considered: optimizing one set of parameters at a time and optimizing different rules included in the control strategy one at a time. In both cases, results are similar but calculation costs differ, the second method being much more cost efficient. The optimal values of the ultimate rules parameters can be directly linked to the efficient transition points that favor an efficient operation of the isolated power grids. Indeed, these transition points are defined in such a way that the high efficiency zone of every configuration is used. Therefore, it seems possible to directly identify on the graphs these optimal transition points and define the parameters in the control strategy without even having to run any optimization process. The diesel consumption reduction for all three villages is about 1.9%. Considering elevated diesel costs and the existence of about 20 other isolated power grids, the use of the developed methods together with a calibration of OPERA would allow a substantial reduction of Hydro-Québec's annual deficit. Also, since one of the developed methods is very cost effective and produces equivalent results, it could be possible to use it during other processes; for example, when buying new equipment for the grid it could be possible to assess its full potential, under an optimized control strategy, and improve the net present value.


identifier: Tessier, M.-A. (2015). Développement d'indicateurs d'analyse et de suivi de la congestion routière  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La congestion routière est devenue l'enjeu numéro un dans les régions métropolitaines en raison de ses multiples incidences sur la population, l'environnement et 'économie. Il est évident qu'il faut poursuivre les recherches afin de réduire la congestion. La première étape est de se doter d'outils pour la mesurer. Ce projet de recherche vise à développer des indicateurs d'analyse et de suivi de la congestion routière. Quatre objectifs spécifiques sont également poursuivis : 1. Mieux comprendre la congestion pour en dégager une définition et les variables pertinentes; 2. Identifier des indicateurs de la congestion adéquats pour différents objets et conditions du réseau routier à des fins de planification et suivi; 3. Développer une méthodologie d'estimation des indicateurs identifiés à partir de données de vitesse de traces GPS; 4. Contribuer au développement d'un outil de consultation permettant d'extraire des statistiques utiles aux analyses de suivi et d'estimer des modèles explicatifs de la congestion.  ABSTRACT: Road congestion has become the number one issue in metropolitan areas. It decreases the quality of life and generates negative impacts on the environment and the economy. It is evident that continuous research to reduce congestion is needed and the first step is to develop tools to measure it. This research project aims to develop road congestion analysis and monitoring indicators. Four specific objectives are pursued: 1. Better understand road congestion to identify a clear definition and relevant variables; 2. Identify appropriate road congestion indicators for different objects and conditions of the road network for planning and monitoring purposes; 3. Develop a methodology for estimating the identified indicators using GPS traces speed data; 4. Contribute to the development of a consultation tool able to extract useful statistics for follow-up analyzes and to estimate descriptive models of congestion.


identifier: Bouslah, B. (2015). Conception conjointe des politiques de contrôle de production, de qualité et de maintenance des systèmes manufacturiers en dégradation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion de la production, le contrôle de la qualité et la planification de la maintenance sont les trois principales fonctions de la gestion des opérations dans les usines manufacturières. Dans la pratique, ces trois fonctions sont souvent gérées séparément, bien qu'elles soient, en réalité, étroitement inter-reliées. Plusieurs recherches ont été menées depuis des décennies afin de concevoir et d'optimiser conjointement les politiques de contrôle de la production, de la qualité et de la maintenance. Cette tendance est motivée par le fait que les politiques d'intégration des trois fonctions permettent d'améliorer la productivité et de réduire considérablement les coûts. Cependant, dans la quasi-totalité des modèles d'intégration dans la littérature, seulement deux fonctions sont intégrées à la fois. De plus, pour des raisons de simplification, ces modèles sont basés sur certaines hypothèses simplificatrices et irréalistes pour modéliser la dégradation de la qualité des produits et de la fiabilité des machines. Par exemple, ces modèles négligent souvent l'impact des opérations de production sur l'intensité de dégradation, mais aussi la corrélation entre les dégradations de la qualité et de la fiabilité. Par ailleurs, les politiques de contrôle de la qualité utilisées dans ces modèles sont soit les cartes de contrôle, soit le contrôle à 100%. Toutefois, l'intégration des plans d'échantillonnage, qui représentent une branche importante de Contrôle Statistique de la Qualité, avec les politiques de production et de maintenance n'a pas été étudiée encore dans la littérature. Ces plans sont largement utilisés dans l'industrie depuis longtemps afin d'éviter le coût excessif du contrôle à 100% et d'assurer en même un contrôle statistique de la qualité des produits livrés. Cette thèse s'intéresse au problème de conception conjointe des politiques de contrôle de la production, de la qualité et de la maintenance. L'objectif principal de la recherche est d'intégrer les plans d'échantillonnage avec les politiques de production et de maintenance des systèmes où la qualité et la fiabilité sont les deux sujettes à la dégradation. Nous proposons une approche pratique de modélisation et d'optimisation de ces politiques qui permet de prendre en considération la dynamique complexe de la dégradation telle que dans la réalité des systèmes manufacturiers. En outre, nous étudions les propriétés statistiques des plans d'échantillonnage afin de montrer comment des informations pertinentes fournies par ces plans peuvent être intégrées dans la planification des activités de maintenance préventive afin d'améliorer les performances globales des systèmes manufacturiers. Les contributions scientifiques réalisées dans le cadre de cette thèse sont présentées sous forme de quatre articles de revue. Le premier article introduit un modèle d'intégration du plan d'échantillonnage simple avec la commande de la production pour un système de fabrication par lots. Ce modèle vise essentiellement à étudier les interactions entre les paramètres du plan d'échantillonnage et les paramètres de gestion de la production tels que la taille du lot de production et le stock de sécurité. Ensuite, une extension de ce modèle est proposée dans le deuxième article afin de considérer l'aspect dynamique de la dégradation de la qualité et de la fiabilité en fonction des opérations de production et d'intégrer une politique de maintenance préventive. L'objectif est d'optimiser conjointement les paramètres de contrôle de la production, de la qualité et de la maintenance de façon à minimiser le coût total des opérations, tout en respectant une contrainte sur la qualité après-contrôle. De plus, cet article vise à montrer l'utilité des informations issues du plan d'échantillonnage simple pour la surveillance de la qualité de la production et pour l'organisation des actions de maintenance préventive. Une analyse comparative de l'utilisation de plan d'échantillonnage par rapport au contrôle à 100% est aussi fournie afin de quantifier les gains économiques qui en découleraient. Le troisième article propose une approche d'intégration du plan d'échantillonnage continu de type-1 (CSP-1) avec les politiques de production et de maintenance préventive pour les systèmes de production continue. L'objectif est d'étendre l'applicabilité du plan CSP-1 aux processus de production en dégradation, puisqu'il est actuellement applicable seulement aux processus stables. Un autre objectif de cet article est de quantifier les bénéfices de l'utilisation de CSP-1 par rapport au contrôle à 100%, et de montrer aussi comment le couplage de CSP-1 avec la maintenance préventive permet d'améliorer les performances des systèmes en dégradation. Finalement, le quatrième article introduit un modèle de contrôle conjoint de la production, de la qualité et de la maintenance d'une ligne de production dont les machines sont sujettes à la dégradation. En plus, les machines peuvent tomber en panne à cause des pièces non-conformes fabriquées dans les processus en amont. L'objectif est de montrer l'importance de la corrélation entre les dégradations de la qualité et de la fiabilité dans la modélisation de la dynamique des systèmes manufacturiers, et d'étudier l'effet de cette corrélation sur les paramètres optimaux du contrôle de la production, de la qualité et de la maintenance. Le second objectif de cet article est de montrer que les activités de maintenance et de contrôle de la qualité à un certain niveau de la ligne de production contribuent aussi à l'amélioration de la fiabilité des machines en aval.  ABSTRACT: Production, quality and maintenance control are the three main functions of operations management in manufacturing plants. Traditionally, they have been treated by scientists and practitioners as separate problems even though they are strongly interrelated. In the past three decades, the integration of production, maintenance and quality control has attracted much attention in the literature. This trend is motivated by the fact that integrated control policies generally result in better manufacturing performance and significant cost savings. Nevertheless, most of the existing integrated models in the literature integrate only two functions at a time. Moreover, for simplicity, almost all of the integrated models are based on several simplifying assumptions that may make them unrealistic. For example, the complex dynamics of quality and reliability degradations such as the impact of operations speed on degradation intensity and the correlation between quality and reliability degradations have been always overlooked in the literature of integrated models. On the other hand, the quality control policies used in the existing integrated models are either 100% inspection of all parts produced or statistical process control tools such as the control charts. However, acceptance sampling which constitutes an important branch of the Statistical Quality Control has never been integrated with production and maintenance policies. Acceptance sampling plans and procedures have been widely used in industry for a long time to reduce the cost and time of quality inspection and to statistically control the outgoing quality. This research considers the problem of the joint design of production, quality and maintenance control policies of stochastic manufacturing systems. Specifically, the main objective of this thesis is to integrate sampling inspection techniques with production and maintenance control policies for systems subject to both quality and reliability degradations. We provide a practical modeling framework to adequately pattern the complex dynamics of degradation processes as in the real-life in order to develop new effective integrated control policies. Moreover, we investigate the intrinsic statistical properties of acceptance sampling plans in order to demonstrate how they can be coupled with condition-based maintenance to improve the overall performance of degrading manufacturing systems. This thesis is comprised of four journal articles. The first article investigates the joint production and quality control of a batch-processing production system which is unreliable and imperfect. A single acceptance sampling plan by attributes is used for quality control. The objective of this article is to introduce an integrated model for the joint optimization of the production lot size, the safety stock and the sampling plan parameters which minimize the total cost incurred. This aims to provide a better understanding of the interactions between the optimal production-inventory settings and the optimal sampling plan parameters. As an extension of this model, the second article considers that quality and reliability degradations are operation-dependent. Moreover, a preventive maintenance strategy is incorporated into the integrated control policy. Thus, the objective is to jointly optimize the production, quality and maintenance control parameters. This article investigates the statistical characteristics of the single sampling plan to show the relevance of quality information resulting from such a quality control to the maintenance decision-making. Also, a comparative study is conducted to quantify the economic savings that can be realized by using the sampling plans for degrading systems rather than 100% inspection. The third article addresses the joint economic design of production control, type-1 continuous sampling plan (CSP-1) and preventive maintenance of continuous-flow manufacturing systems. The objective is to show how integrated control policies can extend the application of continuous sampling plans to degrading production systems, as they are presently limited only to stable processes. In this article, three quality control policies are considered and compared: 100% inspection, the classical CSP-1 as in the standard procedures and a CSP-1 plan with a stopping rule that is coupled with condition-based maintenance. This aims to quantify the economic savings that can be achieved by using the CSP-1 compared to 100% inspection and to demonstrate how CSP-1 with an inspection stopping rule for degrading processes is more cost-effective than the classical CSP-1. Finally, the fourth article investigates the joint design of production, quality and maintenance control policies for manufacturing lines. We consider a small production line composed of two machines subject to quality and reliability degradations. The second machine is also subject to failures caused by defective products manufactured in upstream processes. The main objective of this article is to study the interactions between the optimal production, quality and maintenance control settings and the effect of failures correlation on those settings. Also, we show how maintenance and quality control activities in preceding stages can play an important role in the reliability improvement of the subsequent machines.


identifier: Villeneuve, J. (2015). Algorithme d'apprentissage du quantron basé sur Spikeprop  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le quantron est un modèle de neurone artificiel basé sur la modélisation de la diffusion des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Son potentiel en reconnaissance de formes a été maintes fois démontré sur des tâches de classification à frontières hautement non linéaires. Actuellement, l'exploitation de ce potentiel est restreint par l'absence d'un algorithme d'apprentissage efficace pour entraîner le quantron dans sa formulation originale. Deux obstacles majeurs entravent l'entraînement de ce neurone. D'abord, sa sortie analogique comporte des discontinuités et ne peut être ramenée à une expression analytique et dérivable faisant intervenir les paramètres du modèle. D'autre part, à cause du formalisme de seuil d'activation inspiré du neurone biologique, il arrive que le quantron ne soit pas suffisamment excité pour transmettre l'information. La façon de gérer de tels neurones silencieux dans un contexte d'apprentissage requiert le développement de nouveaux principes. Ainsi, l'objectif principal de ce mémoire est de concevoir un algorithme qui puisse entraîner des réseaux de quantrons en proposant divers moyens pour contourner les difficultés décrites. Le quantron partage certaines caractéristiques (sommation spatio-temporelle de potentiels postsynaptiques et mécanisme de seuil d'activation) avec la toute dernière génération de neurones artificiels, à savoir les neurones à impulsions. Ces similarités ont motivé une revue des algorithmes d'apprentissage développés pour ceux-ci ayant mené à l'identification du modèle de neurone SpikeProp (un dérivé du Spike Response Model) ressemblant particulièrement au quantron. L'algorithme SpikeProp associé, qui procède par rétropropagation de l'erreur et par linéarisation du potentiel de membrane autour de l'instant où le seuil est atteint, a ainsi pu être adapté au quantron avec succès. L'approximation sous-jacente à SpikeProp permet de franchir le premier obstacle associé à la non-dérivabilité de la sortie du quantron en fonction des paramètres. Concernant le phénomène des neurones silencieux, bien qu'il survienne aussi pour les neurones impulsionnels, aucune méthode de gestion systématique et rigoureuse n'a été développée. En conséquence, on propose ici des heuristiques mesurant l'effet de chaque type de paramètre (poids synaptique, délai synaptique et demi-largeur des potentiels postsynaptiques) sur l'état d'activation du quantron dans le but de définir symboliquement certaines dérivées apparaissant dans le formalisme de rétropropagation de l'erreur. Celles-ci se fondent à la fois sur des approximations étudiées dans des travaux antérieurs, sur des résultats démontrés dans ce mémoire et sur des raisonnements intuitifs. Pour chaque type de paramètre, cinq heuristiques sont ainsi proposées et un processus de sélection en deux étapes est mis en place pour retenir celles qui s'avèrent optimales. Six tâches de classification binaire servent d'assise pour la comparaison des performances. Elles consistent à classer les pixels d'images de caractères alphabétiques préalablement générées par des quantrons individuels en utilisant des valeurs cibles pour la sortie du neurone et pour son état d'activation. En considérant la combinaison optimale d'heuristiques identifiée, le taux moyen de classification correcte sur les six tâches dépasse les 98 %. L'algorithme élaboré peut aussi être appliqué en utilisant des états d'activation cibles exclusivement : les problèmes précédents ont donc été repris de cette manière. On conclut des résultats observés qu'il faut un réseau 2-10-1 pour retrouver des taux moyens de classification comparables à ceux obtenus lorsque les sorties analogiques cibles sont disponibles. Afin de poursuivre l'analyse dans ce contexte, six nouveaux problèmes de classification aux surfaces de décision variées — incluant le OU exclusif — sont introduits. La méthode est alors appliquée avec des réseaux comportant de 0 (quantron seul) à 10 unités cachées. Tandis que peu de problèmes sont résolus avec des architectures à moins de deux neurones cachés, la proportion augmente régulièrement avec la taille de la couche cachée, signe de la capacité de l'algorithme à exploiter la puissance de calcul fournie par les unités additionnelles. L'observation d'une baisse de performance des réseaux 2-1-1 par rapport aux quantrons seuls est expliquée par le fait qu'un quantron à une entrée agit comme une porte à seuil (threshold gate) ce qui augmente généralement la complexité de la tâche à effectuer par le neurone caché de ces réseaux. Sur cinq des six problèmes, des taux moyens de classification supérieurs à 95 % sont atteints avec des réseaux 2-10-1. L'algorithme proposé possède plusieurs avantages, le premier étant qu'il supporte les mécanismes originaux du quantron. Effectivement, les modifications apportées à la fonction d'activation et à la sortie analogique ne modifient pas le comportement et le réalisme biologique du quantron. Comme déjà discuté, la capacité de la procédure à tirer profit de la puissance de neurones cachés supplémentaires se révèle être un autre point positif. Un dernier avantage de la méthode est la simplicité et la rapidité d'évaluation des règles d'apprentissage, puisqu'elles se basent sur les caractéristiques de la fonction d'activation en un instant seulement. L'envers de la médaille est que l'effet des paramètres sur la forme de cette dernière risque d'être mal évalué par le fait même de cette simplicité. Considérer un instant précis signifie également considérer un nombre réduit de potentiels postsynaptiques et il est possible que cela soit la cause de plusieurs essais divergents pour lesquels l'algorithme donne une trop grande magnitude au poids d'une entrée tout en étouffant les autres. Un dernier inconvénient apparaît dans une situation bien spécifique où l'apprentissage stagne momentanément lorsque toute une couche de neurones reste simultanément silencieuse suite à un stimulus. De telles circonstances demeurent toutefois assez rares. Les bonnes performances livrées par ce nouvel algorithme encouragent à l'investiguer davantage et à proposer des ajouts et des modifications pour en accroître l'efficacité. Les travaux futurs consisteraient notamment à implémenter des règles d'apprentissage tenant compte de l'aspect global de la fonction d'activation (par opposition à ses propriétés en un temps précis), à élaborer une méthode d'initialisation des paramètres d'un réseau qui minimiserait la proportion d'essais divergents, et d'appliquer la méthode à des problèmes multiclasses en recourant à de multiples neurones de sortie.  ABSTRACT: The quantron is an advanced artificial neuron based on the mathematical modelling of neurotransmitter diffusion in the synaptic cleft. Its potential in pattern recognition was established on classification tasks showing highly nonlinear decision boundaries. Currently, this potential can not be fully exploited since no learning algorithm has been proposed to train the quantron in its exact form. Two main aspects hinders the training of the quantron. On one hand, its analog output suffers from discontinuities and does not have an analytic and differentiable expression with respect to model parameters. On the other hand, due to the underlying threshold firing mechanism inspired from biological neurons, the quantron can block information transmission if not sufficiently excited by the input pattern. The question of how to manage such silent neurons in a learning context is complex and new principles needs to be developed in this regard. Therefore, the main objective of this work is to design an algorithm for training multilayer quantrons implementing various means to overcome the aforementioned impediments. The quantron shares some characteristics (the spatiotemporal summation of postsynaptic potentials and the threshold firing mechanism) with the latest generation of artificial neurons, namely the spiking neurons. These similarities motivated a literature review of spiking neuron learning algorithms which led to the identification of the SpikeProp neuron (a simplified form of the Spike Response Model) as a model highly similar to the quantron. This allowed the associated SpikeProp algorithm — implementing error backpropagation and membrane potential linearization around the firing time — to be successfully adapted to the quantron to overcome the problem of the non-differentiability of the analog output with respect to parameters. Even though spiking neurons are also subject to block information, no systematic, rigorous method was developed to deal with such silent units. Consequently, this work proposes heuristics assessing the effect of each type of parameter (synaptic weight, synaptic delay and postsynaptic potential half-width) on the activation state of the quantron. This way, activation state derivatives appearing in the error backpropagation paradigm are defined unambiguously. These heuristics are based on previous work approximations, results proven in this dissertation and intuitive reasoning. For each parameter type, five heuristics are built and a two-step selection process is set up to retain the optimal ones. Six binary classification tasks are used to assess performance. Each consists in classifying the pixels of a binary image representing an alphabetic character reviously generated by single quantrons using target values for the neuron's analog output and activation state. When run using the optimal set of heuristics, the method yields a classification rate exceeding 98 % when averaged over all six tasks. Since the algorithm can be applied using target activation states only, the previous problems were reconsidered in this fashion. Results show that 2-10-1 networks are necessary to achieve comparable mean classification rates than those obtained when target analog output values are available. To investigate further in this direction, six new classification problems having varied decision boundaries — including the well-known XOR problem — are introduced. Architectures with hidden layer size ranging from 0 (single quantron) to 10 hidden neurons are trained. While very few problems are perfectly solved with networks having less than two hidden units, this proportion steadily increases with hidden layer size. This behavior is evidence of the ability of the algorithm to exploit extra computation power made available by additional units. The performance drop observed for 2-1-1 networks is explained by the fact that a single-input quantron acts as a threshold gate and that this generally increases the complexity of the problem to be solved by the hidden neuron. On five problems out of six, mean classification rates exceeding 95 % are obtained with 2-10-1 architectures. The new method exhibits many advantages, the first being that it works with the original quantron mechanism. Indeed, even though modifications were made to the activation function and to the analog output, neither of them alters its behavior or its biological realism. As was mentioned previously, another positive aspect is that it is able to take advantage of additional hidden neurons to solve complex problems. Also, the evaluation of learning rules is simple and quick since it relies on properties of the activation function at a single time. The inherent drawback is that it may oversimplify the effect of a parameter modification on the shape of the activation function. Moreover, considering a single time often means considering a small number of postsynaptic potentials: that is possibly the cause for many divergent runs where the algorithm gave too much importance to a single input (by increasing its weight) and neglecting or suppressing the others. Another drawback appears in a very special case where learning momentarily stops if a whole layer of neurons remains silent following an input pattern. Fortunately, such a condition is hardly ever met. The good performance delivered by this novel algorithm suggests that it is worth investigating further in this direction to devise extensions increasing its efficacy. Future work would include creating improved heuristics taking into account the global shape of the activation function instead of relying on a single point, designing a better parameter initialization procedure minimizing the proportion of divergent runs, and applying the method to multiclass problems using multiple output neurons.


identifier: Hosseinimanesh, A. (2015). A Novel Approach to Determine Harmonic Distortions in Unbalanced Networks and Harmonic Filter Planning in Industrial Systems  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une méthode d'analyse des harmoniques dans un réseau électrique à n phases. Cette méthode est basée sur l'analyse nodale modifiée augmentée (abrégée MANA en anglais). Elle peut être appliquée à des réseaux déséquilibrés avec plusieurs sources d'harmoniques et plusieurs charges déséquilibrées. Il n'y a pas de limites quant à la taille, la structure ou la topologie du réseau étudié. L'algorithme développé ici peut être divisé en deux parties. Une première partie résous l'écoulement de puissance du réseau (load-flow en anglais) pour la fréquence fondamentale. La seconde partie est un calcul en régime permanent (basé sur la MANA) pour les différentes fréquences des harmoniques étudiés. Cette partie permet de calculer la propagation des harmoniques issus des éléments non-linéaires. Les éléments linéaires du réseau sont représentés par un modèle équivalent tandis que les éléments non-linéaires sont représentés par un modèle généralisé de l'équivalent de Norton. L'application de l'analyse nodale modifiée augmentée à l'étude des harmoniques est réalisée ici pour la première fois. Cette méthode est appliquée ici à l'étude des filtres passifs qui réduisent la propagation des harmoniques. L'objectif de ces filtres est de maintenir la tension des harmoniques sous les niveaux présentés dans le standard IEEE 519. Les différents types de filtre et la variation de la fréquence de coupure de ceux-ci sont aussi considérés ici. De plus ce mémoire présente une analyse sur l'emplacement de ces filtres. En raison de la forte capacité de calcul des ordinateurs actuels ainsi que la petite taille des réseaux industriels, une méthode essai erreur est appliquée. Dans cette méthode, toutes les barres pouvant accueillir des filtres sont identifiées puis l'emplacement est déterminé en testant tous les cas possibles. Afin de réduire le nombre de filtres, la méthode proposée a aussi pour objectif de minimiser les coûts d'investissement de ces filtres. Les principaux objectifs de cette étude sont (1) de résumer les modèles harmoniques pour les composants de réseau dans des conditions déséquilibrées, (2) de promulguer la formulation de MANA pour déterminer le courant / les distorsions de tension harmonique -, (3)  de discuter des stratégies pratiques afin d'améliorer la compensation réactive des systèmes électriques industriels, tout en réduisant les problèmes de résonance et limitant  les problèmes harmoniques. Les modèles et algorithmes ont été testés avec différent systèmes de distribution et industriels. Les résultats montrent que les méthodes sont efficaces et adaptées aux 'analyses harmoniques et à la planification des filtres passifs dans des systèmes électriques de puissance.  ABSTRACT: A multiphase harmonic analysis solution technique using Modified Augmented Nodal Analysis (MANA) formulation is presented in this thesis. The solution technique can solve unbalanced networks with multiple unbalanced harmonic sources and unbalanced loads. There is no limitation in terms of network size, configuration and topology. The algorithm developed in this work consists of two steps: A fundamental frequency load flow using the MANA formulation is carried out first. Then the second step is steady state computation based on MANA in frequency domain to calculate the harmonic propagation due to nonlinear devices. In this step, the linear elements of the network are represented with equivalent models while the nonlinear devices are represented with generalized Norton equivalents. The application of MANA for harmonic analysis is promulgated here for the first time. A study on the application of passive harmonic filters is also presented in this thesis in relation with IEEE 519 requirements. The application of several types of passive harmonic filters are discussed and the tuned frequency deviation of the single tuned filter is taken into consideration for the purpose of maintaining harmonic voltages compatible with IEEE 519 requirements. In addition to that, a discussion on the filter planning is provided in this work. Given the performance of present day computers and the relatively small size of industrial networks, a simple approach based on trial and error is applied. In the proposed approach all the candidate buses for filter placement are identified first and ideal buses are determined by simulating all possible configurations. In order to reduce the number of filters, the proposed methodology has an objective of minimizing the total investment cost of the designed filters.  The major objectives of this study are (1) to summarize harmonic models for network components for unbalanced conditions, (2) to promulgate the MANA formulation to determine the harmonic current - voltage distortions, (3) to discuss practical solution strategies in order to improve reactive compensation of industrial power systems while reducing resonance problems and limiting harmonic problems. Models and algorithms are tested with different distribution and industrial systems, and the results show that the methods are effective and suitable for harmonic analysis and planning of passive filters in power systems.


identifier: Lotfi, S. (2015). Catalytic Upgrading of Softwood Kraft Lignin to Value Added Chemicals  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les forêts constituent la première des ressources naturelles du Canada et le développement d'une industrie forestière compétitive l'une des pierres angulaires de son économie. Cette dernière fait toutefois face à de sérieux défis depuis quelques années. L'augmentation des émissions de gaz à effet de serre révèle la nécessité de développer des bio-raffineries plus durables dont la rentabilité économique dépend grandement de l'usage qui peut être fait de la lignine, qui représente jusqu'à 40% de la masse totale des plantes. La lignine est un bio-polymère aromatique tridimensionnel constitué de blocs phénylpropèniques connectés par différents types de liaisons : b-O-4, 5-5, b-b 0 et 4-O-5. L'industrie des pâtes et papiers rejette, comme déchets, de larges quantités de cette lignine qui pourraient être valorisés en produits chimiques ou en hydrocarbures. La structure complexe et l'hétérogénéité de la lignine sont les principaux obstacles à son utilisation industrielle. Un débouché prometteur serait la production de biomatériaux tels que les composites en fibres de carbones, les fibres, les polyuréthanes, etc. Toute la lignine rejetée par les bio-raffineries ou l'industrie des pâtes et papiers n'est toutefois pas adaptée pour la synthèse de biomatériaux, sa conversion en hydrocarbures ou en produit chimiques est donc un sujet d'actualité. L'hydrogénolyse, l'hydrodésoxygénation, l'oxydation et la pyrolyse sont les principales méthodes de valorisation de la lignine. Compte tenu du faible prix des hydrocarbures et des composés aromatiques, la synthèse d'acides utiles pour l'industrie constitue notre principal objectif. La coupure oxydante des cycles aromatiques de la lignine produit des acides dicarboxyliques qui ont des applications dans les polymères ainsi que dans les industries pharmaceutiques et alimentaires et représentent donc un marché important mais peu abordé dans la littérature. Notre approche consiste dans l'emploi, pour la première fois, d'un système gaz-solide pour l'oxydation partielle de la lignine en acides carboxyliques sur un catalyseur hétérogène. Nous nous sommes concentrés sur l'introduction du catalyseur dans un microréacteur à lit fluidisé, sur l'optimisation du procédé et sa modélisation cinétique pour déboucher sur une nouvelle méthode prometteuse pour l'oxydation partielle de lignine en produits chimiques. Dans la première partie de cette thèse, nous identifions un nouveau système hétérogène gaz-solide-liquide pour la conversion de lignine en acides carboxyliques. Un sujet qui est abordé dans le troisième chapitre consacré à l'oxydation partielle de lignine en acides carboxyliques sur du vanadium pyrophosphate et de l'Al-V-Mo en phase gaz ("Gas phase partial oxidation of lignin to carboxylic acids over vanadium pyrophosphate and Al-V-Mo "). Une pompe seringue atomise une solution alcaline de lignine dans un micro-lit-fluidisé catalytique opérant au-dessus de 300 °C. Les catalyseurs hétérogènes à base de vanadium sont les plus actifs pour casser les liaisons de la lignine, vii ouvrir les cycles aromatiques et oxyder sélectivement la lignine en aromatiques et en acides carboxyliques dont le rendement est principalement affecté par la température et le ratio C :O2. Le système souffre d'un faible rendement et d'un taux de désactivation du catalyseur important mais notre séquence d'injection de la lignine a permis de maintenir la conduite propre de façon ininterrompue pendant plusieurs heures, de réduire la formation de coke et la désactivation du catalyseur tout en améliorant le rendement en composés organiques à hauteur de 25 %. Un contact direct entre les, grandes, molécules de lignines et le catalyseur accélère la désactivation de ce dernier. Une désactivation qui peut aussi être causée par la solution alcaline, par les impuretés présentes dans la lignine ou par l'eau. Les dégradations thermiques et oxydatives sont deux des méthodes pour convertir la lignine en produits chimiques dont une grande part est condensable et dont la séparation est donc coûteuse. Ces inconvénients nous ont conduits à introduire un nouveau système qui fait l'objet de la seconde partie de cette thèse consacrée à la conversion directe et sélective de ces vapeurs en produits chimiques. Nous y caractérisons les conversions et les sélectivités des produits de la lignine dans un microréacteur à lit-fluidisé opérant jusqu'à 600 °C et y modélisons les mécanismes de sa dégradation à l'aide d'analyses thermogravimétriques avec des taux de chauffages de 5Kmin−1 à 30Kmin−1 (Chapitre 4). C'est un domaine où les données expérimentales sont rares, en particulier en ce qui concerne l'oxydation de la lignine. Le rendement en produits liquides (majoritairement des aromatiques) est d'environ 20% dans les deux cas. Dans l'air, l'oxygène réagit avec la lignine pour former du CO, du CO2 et du CH4 alors que le noir de carbone est majoritaire dans le nitrogène. Un modèle à deux étapes décrit correctement le taux de dégradation. Il y a, durant l'oxydation, une compétition entre la formation de gaz et de liquides et la conversion du liquide en gaz via une nouvelle oxydation. Dans la pyrolyse, le noir de carbone provient de la repolymérisation des produits phénoliques formés. L'oxydation catalysée et sélective de ces monomères en produits chimiques est le sujet de notre cinquième chapitre. Pour cela, nous avons introduit un système semi-discontinu en deux étapes incluant le craquage thermo-oxydant de lignine suivi par une régénération du catalyseur avec l'oxydation des résidus carbonés. La lignine se dégrade graduellement avec l'augmentation de la température. Les aromatiques produits passent au travers du lit catalytique où ils s'oxydent partiellement de façon sélective. Dans un premier temps, nous avons considéré quatre configurations de réacteurs pour étudier l'effet de l'oxygène et de la vapeur d'eau sur la dégradation de la lignine et par conséquent sur le rendement final. La conversion de la lignine en composés liquides, sur la base d'un bilan carbone, est plus importante en présence d'eau et d'oxygène, les conditions oxydantes améliorent donc le rendement avec un catalyseur VPO. Toute la lignine se convertit en liquide ou en gaz. La formation de coke est considérablement réduite. Nous avons ensuite synthétisés et testés différents catalyseurs pour identifier des matériaux viii actifs pour la conversion de lignine en acides carboxyliques. Le catalyseur de vanadium favorise principalement la transformation de lignine en acide maléique. Le choix du support affecte le rendement et la distribution des produits. Les catalyseurs basiques sont moins actifs que ceux acides pour la dégradation de la lignine. Nous avons aussi testé la transformation de lignine non purifiée, celle qui est directement produite par les industries de pâtes et papiers et les bio-raffineries. Le résultat est comparable à celui obtenu à partir de lignine pure. Il est intéressant que les impuretés n'affectent pas la méthode et qu'elles accroissent même parfois la sélectivité en acides. Finalement nous avons analysé les effets de la concentration initiale en O2 et en eau et ceux du temps de résidence t sur le rendement en produits liquides et gazeux ainsi que sur la sélectivité des produits dans le cas du catalyseur TiO2-WO3, un catalyseur qui a une bonne sélectivité pour l'acide butyrique (Section 6). Nous avons développé un modèle cinétique pour décrire le procédé d'oxydation catalytique et évaluer l'influence des conditions opératoires initiales sur l'oxydation catalytique de lignine dont les paramètres sont déterminés à l'aide d'une analyse locale. L'effet des paramètres considérés sur le rendement de la réaction a lui aussi été étudié. Une plus grande concentration en oxygène augmente le ratio de liquide sur gaz (de > 10 %) et favorise les composés aromatiques de petite taille. Pour convertir ce liquide en acide butyrique, moins de 5% d'oxygène est requis lorsque t est supérieur à 0.5 s. Une augmentation du temps de résidence améliore la sélectivité en acide butyrique. À l'aune des connaissances acquises lors de cette étude, nous pouvons introduire l'oxydation partielle de lignine dans un réacteur gaz-solide à lit fluidisé comme une nouvelle approche pour la transformation de la lignine en composés valorisés et en particuliers en acides carboxyliques. Dans les systèmes gaz-solide-liquide, la lignine est introduite lentement dans le lit où elle est directement en contact avec le catalyseur, elle s'évapore et s'oxyde, à la surface du catalyseur ou dans le lit, en composés aromatiques et en acides carboxyliques. Dans les systèmes gaz-solides, la dégradation thermo-oxydative de la lignine génère des vapeurs qui sont oxydées sélectivement en acides carboxyliques. Le catalyseur acide à base de vanadium, molybdène et tungstène supportés sur Al2O3, HZSM-5, TiO2 a démontré des performances prometteuses pour la conversion de lignine en produits chimiques fins et en acides dicarboxyliques, spécialement ceux en C4. Cependant, l'activité et la sélectivité du catalyseur affecte le rendement et la distribution en produits liquides. Il en va de même pour la température, la concentration d'O2 et celle d'eau/vapeur. Le modèle cinétique local proposé est simple mais prédit correctement la conversion de lignine, sa sélectivité et les effets des différents paramètres. En plus de la lignine purifiée, celle impure directement produite par l'industrie peut être utilisée pour ce procédé, particulièrement dans le cas du réacteur gaz-solide. Le sous-produit de la méthode est du gaz de synthèse qui peut être converti en hydrocarbures ou en produits chimiques par des procédés déjà connus et employés.  ABSTRACT: Forests are the most significant of Canada's resources. Establishing the forest industry is one of the cornerstones of the Canadian economy. However, it has been facing unexpected challenges for the past few years. The increase in the emission of greenhouse gases demonstrate the need for developing sustainable bio-refineries. The use of lignin, which constitutes up to 40% of total plant mass, has a crucial effect on viability of bio-refineries. Lignin is a three-dimensional aromatic bio-polymer consisting of phenylpropene units that are connected together with various linkages such as b-O-4, 5-5, b-b0 and 4-O-5. The pulp and paper industry produces a huge amount of lignin as waste. Hence it can serve as a potential feedstock to produce materials, fuel and chemicals. The complex structure of lignin and its heterogeneity are the barriers to the industrial scale usage of lignin. The production of bio-material such as carbon fiber composite materials, fibers, polyurethane etc. are promising lignin products. However, all remaining lignin from bio-refineries or pulp and paper industries are not suitable for bio-material application. Hence the utilization of this abundant lignin is valuable for conversion to fuels and chemicals. Hydrogenolysis, hydrodeoxygenation, oxidation and pyrolysis are the most common used ways to upgrade lignin. Due to the cheaper price of fuels and aromatic chemicals, our main aim is to focus on industrially important acids. The oxidative cleavage of lignin aromatic rings leads to dicarboxylic acids that could be used in polymer, pharmaceutical and food industries, and it may constitute a large market. However, there is little work on this in the literature. We approach this subject by employing a gas-solid heterogeneous system for the partial oxidation of lignin to carboxylic-acids in the presence of heterogeneous catalyst for the first time. We targeted the catalyst used, a micro fluidized-bed reactor, the optimization of the process, and kinetic modelling to pave a new avenue in the partial oxidation of lignin into fine chemicals. In the first step of this thesis, we identify a new gas-solid-liquid heterogeneous system for the conversion of lignin into carboxylic acids. In this regard, the third chapter of this thesis is devoted to the "Gas phase partial oxidation of lignin to carboxylic acids over vanadium pyrophosphate and Al-V-Mo ". A syringe pump atomized an alkaline lignin solution into a catalytic micro fluidized-bed operating above 300 °C. Among the synthesized heterogeneous catalysts, vanadium based catalysts were active to cleave lignin bonds, open aromatic rings and selectively oxidize lignin to carboxylic acids and aromatics. Both, temperature and the C:O2 ratio affect the yield of carboxylic acids. The system suffers from a low yield and a x high catalyst deactivation rate. To reduce the catalyst agglomeration, we modified the system with forced cycling catalyst regeneration. The sequence lignin injection helped to keep the line clear for several hours uninterrupted, reduced coke formation and catalyst deactivation rate, and increase the yield of organic compounds up to 25 %. The direct contact of huge lignin molecules with the catalyst accelerates, catalyst deactivation rate. Alkaline solution, lignin impurities and water can also deactivate catalysts. These disadvantages lead us to introduce a new system. Thermal and oxidative degradation are two methods for the conversion of lignin into chemicals. The condensible products constitute a wide range of chemicals, so their separation is costly. The direct conversion of these evaporates into selective chemicals is investigated in the second part of this thesis. We characterized the lignin product yield and selectivity in a micro-fluidized bed reactor operating up to 600 °C and modelled the degradation mechanism with use of thermogravimetric analysis at a heating rate of 5Kmin−1 to 30Kmin−1(Chapter 4). There is little data concerning these processes, particularly in lignin oxidation. The liquid product yield (predominantly aromatics) was ~ 20% for both cases. In air, oxygen reacted with lignin and mainly form CO, CO2 and CH4 while in nitrogen char was the principal product. A two-step model accurately described the degradation rate. During oxidation there is a competition between liquid and gas formation, and liquid converts to gas with further oxidation. In pyrolysis, char comes from the repolymerization of the formed phenolic. The selective catalytic oxidation of these monomers into chemicals is the topic of our fifth chapter. To do so, we introduced a two-step semi-batch system featuring the thermo-oxidative cracking of lignin, followed by a catalyst oxidation of volatiles. The lignin degraded gradually with an increase of temperature, and the produced aromatics were passed through the bed of the catalyst for selective partial oxidation. First, we considered four reactor configurations to study the effect of oxygen and water vapour in lignin degradation and consequently the final product yield. More carbon converted to liquid when lignin degrades in the presence of water and oxygen and consequently passed through VPO as an oxidative catalyst. All the lignin converted to liquid and gas, and coke formation was reduced considerably. Then we synthesized and tested various catalysts to identify the active material in the conversion of lignin to carboxylic acids. Vanadium catalysts mainly convert lignin to maleic acid, and catalyst supports change product distribution and yield. Basic catalysts were not as active as acidic catalysts in terms of the degradation of lignin. We also tested unwashed lignin, which is the direct product of the pulp and paper and bio-refinery industries. The result was comparable with pure lignin. Impurities did not affect this method, and were even found to increase acid selectivity to some extent. xi Finally, we screened the effect of initial O2 and water concentration and τ on the yield of liquid, gas and product selectivity for a TiO2-WO3 catalyst, which has a good selectivity to butyric acid (Section 6). We then developed a kinetic model to describe the catalytic oxidation process and evaluate the influences of operating conditions on the catalytic oxidation of lignin under initial reaction conditions. Last, we derive the kinetic parameters by using a lumped kinetic model. Higher oxygen concentration was found to increase the liquid to gas ratio (>10 %) and oxygen degrades lignin to smaller aromatic compounds. To convert this liquid to butyric acid, <5% oxygen is required when τ is higher than 0.5 s. In addition, an increase of residence time improves butyric acid selectivity. With the help of the insight gained in this study we can say that the partial oxidation of lignin in the gas-solid fluidized-bed reactor is a novel approach for upgrading lignin to value-added chemicals and in particularly carboxylic acids as an open chain product from lignin. In the gas-solid-liquid system, lignin was introduced to the bed slowly, directly contacted with the catalyst, evaporates, and oxidized on the surface of the catalyst or in the bed and converted to aromatic compounds and carboxylic acids. In the gas-solid system, thermo-oxidative degradation of lignin lead to vapours that are selectively oxidized to carboxylic acids. Acidic catalyst based on vanadium, molybdenum and tungsten on the Al2O3, HZSM−5, TiO2 demonstrated promising performance in the conversion of lignin to fine chemicals and dicarboxylic acids, especially C4 ones. However, catalyst activity and selectivity changes the liquid product yield and selectivity but reaction condition such as temperature, O2 concentration, and water/steam concentration have a considerable effect, as well. The proposed lumped kinetic model, however, was simple but accurately predicts lignin conversion, product selectivity and the effect of various parameters. Beside pure lignin, unwashed lignin can act as the feed for these processes, especially in gas-solid reactors. The by-product of the introduced method was syngas, which can be converted into fuel and chemicals.


identifier: Muller, S. (2015). Estimation de l'incertitude sur les flux d'inventaire du cycle de vie - modélisation et développement de facteurs empiriques pour l'approche pedigree  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil d'aide à la décision qui permet d'évaluer les impacts environnementaux potentiels d'un produit, service ou système sur l'entièreté de son cycle de vie : de l'acquisition des matières premières à la gestion de la fin de vie. Cet outil permet de comparer les performances environnementales de différents systèmes ou celles des phases du cycle de vie d'un même produit. Cette connaissance permet aux politiques, au secteur privé ou aux consommateurs de prendre des décisions par rapport aux systèmes étudiés. En tant qu'outil d'aide à la décision basé sur la modélisation, l'ACV considère les incertitudes dues aux modèles employés et à leurs entrants afin d'améliorer le degré de confiance à accorder aux résultats et aux prises de décisions qui en découlent. La typologie d'incertitude la plus documentée est celle touchant les paramètres en inventaire du cycle de vie (ICV – étape de l'ACV permettant de comptabiliser l'ensemble des échanges entre un système et l'environnement). Ces paramètres sont à la fois incertains – on ne connait pas leur « vraie » valeur – et variables – leur valeur change selon le temps, l'espace ou le type d'individus. Aucune méthode pour traiter l'incertitude et la variabilité sur les paramètres d'ICV n'est actuellement utilisée de manière universelle. Seule la base de données d'ICV ecoinvent propose une approche semi-quantitative de gestion de l'incertitude qui prend en compte l'ensemble des données d'arrière-plan, d'ores et déjà modélisées dans la base de données, pour le calcul d'incertitude. Cette approche, ici appelée « approche pedigree », combine une approche statistique et l'utilisation d'une matrice pedigree pour combiner deux typologies d'incertitude. Cette approche quantifie donc 1) l'incertitude de base qui représente l'erreur stochastique ou l'inexactitude et 2) l'incertitude additionnelle qui témoigne de l'utilisation d'une donnée imparfaite à la fois pour le contexte de l'étude et par rapport à sa source. Cette approche pedigree, telle qu'appliquée dans la version 2 de la base de données ecoinvent, souffre de certaines limites : l'approche n'est valable que pour des données modélisées avec leur incertitude par une distribution log-normale, les différents facteurs d'incertitude de base et additionnelle ont été développés par jugements et ne possèdent donc pas d'assise empirique, de plus les facteurs d'incertitude sont les mêmes quel que soit le secteur industriel concerné. Cette thèse propose d'aborder ces limites en répondant à l'objectif global de développer et légitimer par une assise scientifique la structure de gestion semi-quantitative de l'incertitude sur les données d'inventaire qu'est l'approche pedigree. Pour ce faire, les trois objectifs spécifiques suivants sont traités : 1)  légitimer l'usage de la distribution log-normale comme distribution par défaut pour modéliser une donnée d'inventaire avec son incertitude; 2) déterminer comment l'approche pedigree peut être appliquée à des distributions autres que log-normales; 3) développer une méthode d'analyse de données permettant de déterminer les facteurs d'incertitudes, et ce, par secteurs d'activités. En répondant à ces objectifs spécifiques, cette thèse apporte les contributions qui suivent à la modélisation de l'incertitude sur les données d'ICV. Tout d'abord, l'analyse de l'effet du choix d'une distribution par défaut pour modéliser une donnée et son incertitude montre que la distribution par défaut utilisée a une incidence sur les résultats d'une ACV quand on analyse les systèmes de manière individuelle. Néanmoins, dans le cas de comparaison de systèmes de produits, le choix de la distribution par défaut ne modifie pas les résultats d'une comparaison. Compte tenu de ces résultats, la distribution log-normale peut donc être utilisée par défaut pour modéliser une donnée et son incertitude si aucune information ne permettant de définir spécifiquement la distribution de la donnée n'est disponible. Le développement d'équations de compilation d'incertitude de base et d'incertitude additionnelle pour l'ensemble des distributions présentes dans la base de données ecoinvent pour modéliser une donnée et son incertitude permet aux praticiens et aux développeurs de données d'utiliser la distribution qui modélise le mieux la donnée. Finalement, par l'utilisation du théorème de Bayes, une méthodologie permettant de mettre à jour les facteurs d'incertitude est développée. Cette méthodologie s'applique si de nouvelles informations sur ces derniers sont disponibles. L'application de cette méthodologie dans le cadre de cette thèse permet l'obtention de facteurs d'incertitude empiriques et mis à jour, et ce, par secteurs industriels. Ces facteurs sont, pour la plupart des cas, plus élevés que ceux obtenus par jugements d'experts. Les développements mis en œuvre pour atteindre ces objectifs sont basés sur un certain nombre d'hypothèses qu'il s'agit de garder à l'esprit lors de l'utilisation de ces résultats. Malgré ces hypothèses, cette thèse propose une justification complète de l'approche pedigree. De plus, ces travaux ont de l'intérêt que si ces derniers sont utilisés par les praticiens ou par les développeurs de données pour lesquels ces résultats s'appliquent. En ce sens, des discussions ont été engagées pour intégrer les facteurs d'incertitude développés dans la base de données ecoinvent. L'approche développée pourrait facilement être intégrée dans d'autres bases de données. Finalement, cette thèse participe à l'amélioration de la modélisation et donc de la connaissance de l'incertitude sur les données d'ICV. Connaissance nécessaire pour pouvoir considérer de manière systématique l'incertitude en ACV et la considérer comme une source de connaissance en soi sur les résultats d'une ACV plutôt qu'être considérée comme une faiblesse.  ABSTRACT: Life cycle assessment (LCA) is a decision support tool that allows evaluating the potential environmental impacts of a product, service or system from the perspective of its whole life cycle: from resource extraction to end-of-life. LCA aims to compare the environmental performances of different systems or of the different life cycle stages of a same product. This knowledge allows legislators, the private sector or consumers to consider environmental aspects in their decisions regarding the assessed systems. As a decision support tool that relies on modelling, uncertainties are an intrinsic part of LCA models. The uncertainty of models and their inputs can be evaluated during a LCA. This evaluation can help improve the confidence in the results and in the decision the LCA results support. The most documented typology of uncertainty is uncertainty on life cycle inventory (LCI) parameters (LCI is the step of the LCA that aims to quantify all the exchanges between the system and the environment). These parameters are both uncertain – we don't know their “true” value – and variable – their value changes according to time, space and type of individual. There is presently no universal method to address LCI parameter uncertainty and variability. Only the ecoinvent LCI database offers a semi-quantitative approach to manage and quantify uncertainty on all the background data modelled in the database. This approach, called “the pedigree approach”, is based on the use of statistics and a pedigree matrix to combine two typologies of uncertainty. This approach quantifies 1) the basic uncertainty that represents the stochastic error ;and 2) the additional uncertainty that is due to the use of an imperfect data, imperfect according to the context study and according to how the datum was obtained. This pedigree approach, as applied in ecoinvent v2 has several limitations: the approach can only be applied if a datum with its uncertainty is modelled by a lognormal distribution,  the uncertainty factors for both the basic and the additional uncertainties rely on experts' judgments rather than on empirical basis and the additional factors are unique whatever industrial sector. This thesis aims to address these limits by developing and legitimating, on a scientific basis, the semi-quantitative uncertainty management tool on uncertainty parameters that is the pedigree approach. In order to meet this global objective, three specific objectives are addressed: 1) legitimate the use of the lognormal distribution as a default distribution to model a parameter with its uncertainty; 2) determine how the pedigree approach can be applied to distributions other than lognormal; and 3) develop a data assessment structure that permits to determine empirically-based uncertainty factors and that, by activity sectors. By meeting these specific goals, this thesis makes several contributions to the modelling of uncertainty of LCI data. First of all, the analysis of the effects of the choice of default distributionto represent uncertainty of background LCI data shows that, while the choice can significantly affect the LCA results when product systems are assessed individually, it has no material effect on products system comparisons. Giving these results, the lognormal distribution can be used as a default distribution to model a datum and its uncertainty and that, if no information to specifically define the datum's distribution is available. The development of equations that combine basic uncertainty and additional uncertainty for all distributions in the ecoinvent database to model a datum and its uncertainty allows the practitioner and the data provider to choose the distribution that best fits the assessed datum. Lastly, with the use of Bayesian inference, a methodology that aims to refine uncertainty factors is developed. Applying this methodology allows to refine uncertainty factors whenever new data are accessible. This methodology is applied in the context of this thesis,which led to the development of empirically based, refined and sector-specific uncertainty factors. These factors are mostly higher than the ones presently used in ecoinvent. The developments related to the achievements of the goals are based on some assumptions that need to be considered when the results are used. Despite these assumptions, this thesis brings a complete justification of the use of the pedigree approach. This work is of interest only if the results are used by the practioners or the data developers who need them. Discussions are engaged with the ecoinvent centre to integrate the developed uncertainty factors into the database. The approach could also easily be used with other databases. Finally, this thesis contributes to the improvement of uncertainty modeling and to the knowledge on uncertainty on LCI parameters. This knowledge is necessary to systematically consider uncertainty in LCA and to consider uncertainty on results as a source of information on these results rather than a source of weakness.