identifier: Getu, Tilahun Melkamu  (2019). Advanced RFI detection, RFI excision, and spectrum sensing : algorithms and performance analyses.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
détection de RFI
excision de RFI
détection de spectre
détection robuste
excision efficace
analyses de performance

abstract:
Because of intentional and unintentional man-made interference, radio frequency interference (RFI) is causing performance loss in various radio frequency operating systems such as microwave radiometry, radio astronomy, satellite communications, ultra-wideband communications, radar, and cognitive radio. To overcome the impact of RFI, a robust RFI detection coupled with an efficient RFI excision are, thus, needed. Amongst their limitations, the existing techniques tend to be computationally complex and render inefficient RFI excision. On the other hand, the state-of-the-art on cognitive radio (CR) encompasses numerous spectrum sensing techniques. However, most of the existing techniques either rely on the availability of the channel state information (CSI) or the primary signal characteristics. Motivated by the highlighted limitations, this Ph.D. dissertation presents research investigations and results grouped into three themes: advanced RFI detection, advanced RFI excision, and advanced spectrum sensing.

Regarding advanced RFI detection, this dissertation presents five RFI detectors: a power detector (PD), an energy detector (ED), an eigenvalue detector (EvD), a matrix-based detector, and a tensor-based detector. First, a computationally simple PD is investigated to detect a brodband RFI. By assuming Nakagami-m fading channels, exact closed-form expressions for the probabilities of RFI detection and of false alarm are derived and validated via simulations. Simulations also demonstrate that PD outperforms kurtosis detector (KD). Second, an ED is investigated for RFI detection in wireless communication systems. Its average probability of RFI detection is studied and approximated, and asymptotic closed-form expressions are derived. Besides, an exact closed-form expression for its average probability of false alarm is derived. Monte-Carlo simulations validate the derived analytical expressions and corroborate that the investigated ED outperforms KD and a generalized likelihood ratio test (GLRT) detector. The performance of ED is also assessed using real-world RFI contaminated data. Third, a blind EvD is proposed for single-input multiple-output (SIMO) systems that may suffer from RFI. To characterize the performance of EvD, performance closed-form expressions valid for infinitely huge samples are derived and validated through simulations. Simulations also corroborate that EvD manifests, even under sample starved settings, a comparable detection performance with a GLRT detector fed with the knowledge of the signal of interest (SOI) channel and a matched subspace detector fed with the SOI and RFI channels. At last, for a robust detection of RFI received through a multi-path fading channel, this dissertation presents matrix-based and tensor-based multi-antenna RFI detectors while introducing a tensor-based hypothesis testing framework. To characterize the performance of these detectors, performance analyses have been pursued. Simulations assess the performance of the proposed detectors and validate the derived asymptotic characterizations.

Concerning advanced RFI excision, this dissertation introduces a multi-linear algebra framework to the multi-interferer RFI (MI-RFI) excision research by proposing a multi-linear subspace estimation and projection (MLSEP) algorithm for SIMO systems. Having employed smoothed observation windows, a smoothed MLSEP (s-MLSEP) algorithm is also proposed. MLSEP and s-MLSEP require the knowledge of the number of interferers and their respective channel order. Accordingly, a novel smoothed matrix-based joint number of interferers and channel order enumerator is proposed. Performance analyses corroborate that both MLSEP and s-MLSEP can excise all interferers when the perturbations get infinitesimally small. For such perturbations, the analyses also attest that s-MLSEP exhibits a faster convergence to a zero excision error than MLSEP which, in turn, converges faster than a subspace projection algorithm. Despite its slight complexity, simulations and performance assessment on real-world data demonstrate that MLSEP outperforms projection-based RFI excision algorithms. Simulations also corroborate that s-MLSEP outperforms MLSEP as the smoothing factor gets smaller.

With regard to advanced spectrum sensing, having been inspired by an F–test detector with a simple analytical false alarm threshold expression considered an alternative to the existing blind detectors, this dissertation presents and evaluates simple F–test based spectrum sensing techniques that do not require the knowledge of CSI for multi-antenna CRs. Exact and asymptotic analytical performance closed-form expressions are derived for the presented detectors. Simulations assess the performance of the presented detectors and validate the derived expressions. For an additive noise exhibiting the same variance across multiple-antenna frontends, simulations also corroborate that the presented detectors are constant false alarm rate detectors which are also robust against noise uncertainty.


identifier: Ben Fredj, Emna  (2019). Évolution de la microstructure des aciers à haute résistance mécanique durant le traitement thermique de trempe.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject: pièces de fortes dimensions

subject: régime thermique varié

subject: dilatométrie

subject: acier moyennement allié à faible teneur en carbone

subject: microstructure initiale

subject: formation d'austénite

subject: taille des grains

subject: transformation d'austénite

subject: transformation de phase

subject: équation d'Avrami

subject: microdureté

abstract:
Les blocs d'acier forgés de fortes dimensions sont largement utilisés pour le moulage par injection de matière plastique, utilisée dans le domaine d’automobile. Les propriétés en service de ces matériaux sont très sensibles aux conditions de processus de production. Le traitement thermique (trempe-revenu) des aciers actuellement utilisés n'était plus assez pour combler les exigences grandissantes de l'industrie du moulage. Les interactions entre la composition chimique, caractéristiques de l’acier, et les multiples paramètres finaux des pièces fabriquées rendent difficile l’obtention des propriétés désirées. Pour le présent travail, le contrôle des paramètres influant le procédé de trempe s'est imposé.

En premier lieu, l’effet de la vitesse de chauffage a été investigué. Plus précisément, la cinétique de la formation de l'austénite dans les régions de la surface et du centre d'un lingot forgé de fortes dimensions (3683 mm x 1265mm x 330mm) a été étudiée par dilatométrie à haute résolution. Les microstructures de départ des régions de surface et du centre presentment différentes proportions de bainite et d'austénite résiduelle ainsi que différentes tailles de grains d'austénite primaire. Deux vitesses de chauffage représentant les vitesses de chauffage réelles dans les régions de surface (5 °C/s) et centrale (0,5 °C/s) de blocs forgés de grande taille ont été utilisées. Les courbes dilatométriques n'ont révélé qu'une seule étape de transformation pour la formation d'austénite pour les deux vitesses de chauffage, indépendamment de la taille des grains ou de la proportion des phases. Les paramètres cinétiques de la formation de l'austénite ont été déterminés à partir des données de dilatométrie en utilisant l'équation de Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK). Les coefficients JMAK, n et k, ont été déterminés pour chaque condition de l'acier étudié. Les calculs ont indiqué que la nucléation et la croissance de l'austénite dans la région de la surface ont été accélérées plus de 10000 fois en raison de la taille moyenne des grains d'austénite inférieure d'un quart, de la stabilité de l'austénite initiale retenue et de l'accumulation de carbures grossiers à la surface.

En second lieu, la formation de l'austénite maintenue à différentes temperatures d'austénitisation et sa transformation en martensite et/ou bainite à deux vitesses de refroidissement différentes ont été étudiées. Les vitesses de refroidissement sélectionnées représentent les vitesses de refroidissement réelles des zones de surface et du centre d'un lingot forgé de grande taille pendant le cycle de refroidissement. Nous avons constaté qu'en augmentant la température d'austénitisation de 850 à 950 °C, la martensite devient dominante en surface et sa fraction augmente de 2% à 100% respectivement. D'autre part, bien que la bainite soit dominante au centre mais sa fraction diminue de 87% à 850 °C à 76% à 950 °C. Le calcul de la teneur en carbone d'équilibre de l'austénite à différentes temperatures d'austénitisation et sa relation avec les résultats expérimentaux a montré que la teneur nominale (0.35 wt%) sera obtenue par austénitisation à 950 °C. De plus, la vitesse de refroidissement en surface est supérieure à la vitesse critique requise pour l'activation de la transformation martensitique. Pour cette raison, la formation de la martensite en surface devient possible par austénitisation à 950 °C.

Finalement, l'influence du temps d'austénitisation sur les transformations de phase a été étudiée sur la base des conditions réelles de chauffage et de refroidissement des procédés. Les résultats ont d'abord montré qu'après 5 h de maintien et plus, une microstructure mixte composée de bainite et de martensite n'existe plus. La fraction volumique de la martensite augmente entre 0,5 à 12 h de temps de maintien en surface, puis diminue pendant 24 h de temps de maintien. La fraction volumique de l'austénite retenue diminue en surface et la valeur minimale est atteinte à 12 h puis recommence à augmenter. Par conséquent, un temps de maintien de 12 h conviendrait à un temps d'austénitisation à 900 °C pour une région de surface avec moins d'austénite retenue. Pour la région centrale, la fraction volumique de la bainite diminue et la fraction volumique de l'austénite augmente continuellement. Cependant, la teneur en carbone de la martensite et de la bainite devient presque similaire, soit autour de 0,4 % en poids. Donc, on a moins de distorsion due aux différentes transformations en phase solide au centre et en surface. Les valeurs de dureté restent constantes pour les deux regions après 5 h. La différence de valeurs entre la surface (614 HV) et le centre (438 HV) est due à la taille du grain et à la teneur en carbone. L'étude cinétique de la transformation bainitique pour différents temps d'austénitisation a montré que pour un temps de maintien de 12 h et plus, le site de nucléation et le taux de croissance ne changent pas significativement et peuvent donc être ignorés.


identifier: Valentin, Mathilde  (2018). Analyse des stratégies de contrôle pour un système de chauffage ventilation et conditionnement de l'air (CVCA) complexe à l'aide d'un modèle calibré.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
modélisation énergétique
calibration
systèmes CVCA
données BAS enregistrées

abstract:
L’amélioration de la performance énergétique d’un bâtiment existant peut se réaliser à travers le re-commissioning des systèmes de chauffage ventilation et conditionnement de l’air (CVCA). Ce processus permet de détecter des fautes d’opération et d’étudier des solutions alternatives. Une de ces solutions alternatives est de modifier les stratégies de contrôle pour qu’elles soient plus adaptées aux conditions d’opération actuelles. L’étude de ces solutions peut se faire à l’aide d’un modèle calibré qui représente l’opération des systèmes existants. Cela permet de tester les différentes stratégies de contrôle sans perturber les occupants.

L’objectif de ce mémoire est d’analyser les stratégies de contrôles du système CVCA de la Maison des Étudiants, de l’École de Technologie Supérieure, à l’aide d’un modèle calibré. Le système installé possède différents niveaux de traitement d’air qui regroupent plusieurs systèmes interdépendants. Le modèle calibré peut être utilisé pour analyser la demande énergétique, mais également la charge maximale des équipements et d’autres variables d’opération comme les températures et débits d’alimentation. La calibration utilise l’approche Bottom-up en proposant un découpage par niveau de traitement d’air et par système CVCA. La validation de cette étape est réalisée à l’aide des indices Normalized Mean Bias Error (NMBE) et Coefficient of Variation of the Root Mean Square Error (CVRMSE) sur la demande horaire, mais également à l’aide d’indices supplémentaires, soit le Root Mean Square Error (RMSE), le coefficient de détermination (R²) et le Goodness of fit (G) sur la charge instantanée, les températures et débits. Les résultats donnent des indices proches des critères de l’ASHRAE Guideline 14-2002 (NMBE de 10% et CVRMSE de 30%) et des RMSE proches de l’incertitude des sondes. Les étapes de modélisation et de calibration utilisent les données enregistrées du Building Automation System (BAS) afin d’améliorer la précision du modèle. Le modèle calibré est utilisé pour tester différentes stratégies de contrôle qui pourraient réduire la demande annuelle globale de 15%.


identifier: Honarparast, Sara  (2018). Nonlinear behaviour of coupled shear walls strengthened with externally bonded carbon fibre reinforced polymer composite under seismic loadings.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: murs de refend couplés

subject: poutre de couplage

subject: renforcement

subject: composite en PRFC

subject: collé en surface

subject: performance sismique

subject: essai de chargement cyclique

subject: analyse sismique temporelle non linéaire

abstract:
Reinforced concrete (RC) coupled shear walls (CSWs) with adequate strength and stiffness can be an effective system to resist lateral forces such as wind and earthquakes. CSWs are generally used for medium-high rise buildings. They resist lateral forces not only through the shear and moment resistance of their wall segments, but also through the shear action of their coupling beams (CBs). In CSWs, the shear forces are transferred through the CBs, and the overturning moment is partially resisted by an axial compression-tension that is coupled across the walls. A properly designed CSW should ensure that: (i) plastic hinging occurs in the CBs before it does in the walls; (ii) the CBs do not show major strength or stiffness degradations with load reversal; and (iii) the CBs should function as the primary energy-dissipation elements by providing stable energy-absorbing hysteresis loops without pinching. However, designing and detailing CBs with all these important features were not possible before the 1970s. Therefore, the old existing CSWs are potentially at risk of suffering severe damage under moderate to severe earthquakes. Many conventional techniques have been used with some success to retrofit and strengthen deficient structures and thereby improve their seismic performance. In the last few years, the use of externally bonded (EB) fiber reinforced polymer (FRP) composites has proven to be an innovative, reliable and a cost effective retrofit method for RC structures. This study presents results of an experimental and analytical investigation on the seismic behavior, evaluation, and retrofit of reinforced concrete CSWs designed according to codes and Standards before the 1970s.

In the experimental part of this study, a new retrofit method using carbon FRP (CFRP) sheets was proposed to enhance the seismic performance of deficient reinforced concrete CBs. To that end, two coupled shear wall specimens with conventionally reinforced CB, representative of CSWs designed according to Canadian codes prior to the 1970s were considered as follows: One as a control specimen and the other strengthened using EBCFRP. Both specimens were tested under reversed cyclic loading to assess the efficiency of the proposed retrofit method.

In addition, one more specimen was designed according to modern Canadian design code and Standard with a diagonally reinforced CB. This specimen was submitted to cyclic loading up to failure simulating a seismic loading. Thereafter, the damaged specimen was repaired using EB-CFRP sheets and retested under reversed cyclic loading to investigate the effectiveness of the proposed repair technique.

Experimental results revealed the ability of the CFRP retrofitting system to increase load carrying, ductility and energy dissipation capacity in deficient CB specimen designed according to old codes. In addition, the proposed repair method is also capable of recovering the initial strength, stiffness, ductility and energy dissipation capacity in severely damaged CB specimen with diagonal reinforcement.

The numerical part of this research study dealt with nonlinear time history analysis of a prototype 20-story coupled shear wall structure located in Canada. Four CSW prototype structures including two identical CSWs designed according to old National Building Code of Canada (NBCC) before 1970s, and two CSWs designed according to new design code (NBCC 2015) and Standard (CSA A23.3-14) located in Montreal and Vancouver as representative of East and West of Canada, respectively. Nonlinear dynamic analyses using RUAUMOKO were conducted under scaled earthquake accelerations to investigate the CSW structural behavior, adequacy of the design, and the deficiencies of old designed CSWs. An EB-CFRP retrofit method was proposed for deficient CSW structures to be in conformity with the new seismic design code. The beneficial effects of this retrofit method on seismic behavior of such CSWs was investigated through nonlinear time history analyses.

The results of this analytical study revealed that the CFRP retrofitting technique performed very well since it resulted in improved sequence of yielding in CBs and walls, and reduced story displacement, inter-story drift, CBs rotation, and ductility demand. It was also found that unlike old NBCC, the requirements prescribed by CSA A23.3-14 and NBCC 2015 for the capacity design of ductile coupled walls are acceptable in approximating seismic demands.


identifier: Belhumeur, Vincent  (2019). Modèle de chargeur générique de batteries et validation expérimentale.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
batterie
CCCV
chargeur
courant constant
tension constante

abstract:
Depuis une dizaine d’années, l’implantation d’un modèle de batterie générique dans le répertoire Simscape Electrical de Mathworks a été un outil important dans le domaine du stockage d’énergie. Avec les années, ce modèle a vu plusieurs améliorations permettant de simuler l’effet du vieillissement et de la température d’une batterie. En revanche, jusqu’à aujourd’hui, il incombait à l’utilisateur de ce modèle de développer son propre algorithme de recharge. Afin de simplifier l’utilisation de ce modèle de batterie et de permettre aux utilisateurs de se concentrer au développement de systèmes intégrés de stockage d’énergie, il devient essentiel d’ajouter un modèle de chargeur de batteries générique à ce répertoire.

L’objectif de ce projet de recherche est de proposer un modèle de chargeur de batteries générique permettant la recharge d’une batterie en mode courant constant, tension constante. Ce modèle doit fonctionner à l’aide d’alimentation variée en courant alternatif ou continu. De plus, le modèle doit pouvoir tenir compte de la température ambiante afin d’ajuster la tensionde sortie de recharge des batteries.

Enfin, dans le but de vérifier le fonctionnement du modèle, celui-ci est appliqué à deux chargeurs de batteries commercialement disponibles. Cette validation expérimentale confirme que les spécifications des chargeurs tels que la tension et le courant de recharge, l’efficacité, la distorsion des harmoniques totales, le facteur de puissance, etc. sont respectés.


identifier: Chadha, Kanwal  (2018). Microstructure evolution of medium carbon low alloy steel during ingot breakdown process.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
acier coulé faiblement allié
microstructure de l'acier coulé
equations constitutives
simulations par éléments finis
Forge Nxt 1.0®
déformation à chaud
transformation dynamique
diffusion
analyse par EBSD
recristallisation metadynamique

abstract:
High-strength steels used for the manufacturing of large size components such as turbine shafts are produced by ingot casting, followed by forging, quenching, and tempering operations to breakdown the as cast structure and to optimize the properties. The first step of the deformation process, called ingot breakdown, is carried out well above the paraequilibrium Ae3 temperature (temperature at which ferrite to austenite transformation accompanied by interstitial diffusion reaches equilibrium, and therefore produces major microstructural changes. Moreover, the microstructure developed during the ingot break down process has a determining influence in the design of the subsequent thermomechanical treatments to achieve the desired properties in the wrought product. The main aim of this thesis is to investigate and understand the mechanisms involved in the evolution of microstructure during break down of as-cast structure of a medium carbon low alloy steel used as a die material in the transport industry. In addition, constitutive behavior of the as-cast structure was modelled and the material model best describing the behavior of the investigated steel during the ingot breakdown process of very large ingots was determined for the first time. The developed material model was implemented in a finite element (FEM) code.

The first part of this study provides the details of the development of a precise model in order to predict the flow behavior of the material under different deformation conditions. The microstructure evolution from as-cast to wrought condition needs to be accurately quantified and the optimum material model and constants need to be identified. The model which can better anticipate the flow curves during the deformation of an as-cast structure is determined. Specifically, Hansel-Spittel and Arrhenius constitutive models were developed using hot compression tests and then incorporated in the FEM code Forge NxT 1.0®. The simulation results thus generated were further utilized to analyze the adiabatic heating and force vs. time analysis. To determine and quantify the accuracy of the developed models, a comparison of the Arrhenius and Hansel-Spittel model is done. The accuracy and the reliability of both models were compared in terms of correlation coefficient (R) and the average absolute relative error (ARRE). The values of R and ARRE for Arrhenius model are 0.978 and 1.76%, whereas, for the Hansel Spittel model these values are 0.972 and 3.17 % respectively. Stress-strain predictions by both equations reveal that Hansel-Spittel model is unable to predict the dynamic softening of the material and also proved insignificant in predicting the curves of other range of deformation parameters. Finite Element Modeling (FEM) was used by integrating the two models in Forge NxT 1.0® software for the design and optimization of the ingot breakdown processes. The simulation results showed good agreement with the theoretical and simulated values of adiabatic heating using both models, whereas only Arrhenius model was able to accurately predict the force vs. time values. The overall results indicate that the Arrhenius model is more accurate and efficient in predicting the deformation behavior of the cast structure than the Hansel-Spittel model.

The second part of this study analyzes the occurrence of dynamic transformation during ingot break down process. This investigation focuses on fundamental mechanisms responsible for the evolution of the cast microstructure towards a wrought one. As-cast homogenized medium carbon steel with a grain size of ~ 200 μm was used for the investigation. Hot deformation was carried out using Gleeble 3800 thermomechanical simulator at a temperature 1150 °C and 1200 °C under strain rates of 0.25, 1 and 2 s-1. The selected hot deformation temperatures were 450-500 °C above Ae3. The double differentiation technique was employed to analyze stress-strain curves and a combination of optical, SEM, and Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) technique were used for microstructure characterization. Kernel average misorientation (KAM) was used to measure internal misorientation to separate out the fraction of dynamically transformed (DT) ferrite grains. Results indicated that with the increase in the deformation temperature, ferrite fraction increased, whereas it decreased with increase in strain rate. The investigation on the effect of strain rate on the occurrence of DT ferrite and its growth was determined using pipe diffusion coefficient. It was found that the strain rate has significant role in the microstructure evolution in DT. At higher strain rate, Widmanstätten ferrite plates were observed and at lower strain rates, quasi polygonal ferrite was observed. The change in morphology was related to variation of carbon diffusivity and diffusion distance w.r.t strain rate. A mechanism for this transformation is proposed and shown schematically.

The third part of this study focusses on the effect of the addition of Chromium (Cr) on the dynamic transformation (DT) of austenite to ferrite at temperature above Ae3 up to 430 °C in as-cast medium carbon low alloy steel. Calculating the driving force and the barrier energy to the transformation, the results pointed to a fact that although Cr increases the driving force of the transformation, the barrier energy is also increased with its addition. To further understand the fundamental behind this at the atomistic level, diffusion analysis was performed by considering stress due to deformation. It was found that, with the increase in stress, the diffusivity of Cr, increased. Upon comparing the diffusion results with other alloys like carbon and silicon, it was found that the diffusivity and the diffusion distance of Cr was significantly lower than that of carbon and silicon. This finding gave an insight that with the addition of elements like Cr, the austenite matrix becomes stronger in terms of work done in shear and dilatation energy which is related to the sluggish diffusion of Cr and thereby, results as a barrier to the transformation.

The forth part of this study presents the results of the investigation on the effect of double hit deformation on Metadynamic Recrystallization (MDRX) kinetics. Ingot breakdown process often consists of several successive deformation steps with high interpass times, during which MDRX occurs. Two-stage isothermal compression tests were carried out at 1150 °C and 1200 °C with strain rates of 0.25-2 s-1 and interpass times of 5-25 s. Based on the experimental results, a material model for MDRX is proposed. The constitutive model was implemented in Forge NxT 1.1® software to simulate the multistage compression. The predicted results from the material model were found to be consistent with the numerical analysis and experimental results, which indicated that the proposed kinetic equations can give precise softening behavior for hot deformed as-cast medium carbon low alloy steel.


identifier: Huot, Pierre-Luc  (2019). Développement d'approches de calage efficaces pour les modèles hydrologiques coûteux en temps de calcul, au moyen du modèle HYDROTEL.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
modélisation hydrologique
calibration
algorithmes d’optimisation
modèles substituts
efficacité
temps de calcul

abstract:
Le calage des modèles hydrologiques peut se formuler comme un problème d’optimisation sans dérivée, également appelé problème d’optimisation de « boîte noire » ; c’est-à-dire qu’il est impossible pour l’optimiseur d’exploiter la structure de la fonction objectif dans le but d’améliorer le processus de calage. Ce genre de problème d’optimisation peut devenir coûteux en temps de calcul lorsque des modèles hydrologiques distribués spatialement sont utilisés. L’exécution d’une seule simulation à l’aide de ce type de modèles peut prendre plusieurs minutes et l’optimisation peut requérir plusieurs milliers de simulations. Le calage peut donc impliquer des temps de calcul importants et une approche d’optimisation efficace se doit d’être établie de manière à rendre ces outils applicables aux contextes opérationnels.

La première phase de cette recherche découle de travaux précédents qui ont permis d’identifier le développement prometteur d’une nouvelle stratégie de calage automatique pour les modèles hydrologiques coûteux en temps de calcul. Cette nouvelle approche d’optimisation adaptée au calage du modèle hydrologique HYDROTEL, distribué, à base physique et coûteux en temps de calcul, est développée en combinant les strategies d’optimisation efficaces de deux algorithmes existants, soient « Dynamically Dimensioned Search » (DDS) et « Mesh Adaptive Direct Search » (MADS). D’abord, la capacité d’exploration globale de l’espace de solutions (espace paramétrique) de l’algorithme DDS permet l’obtention rapide d’un jeu de paramètres produisant une bonne valeur de la function objectif (mesurant l’écart entre les débits observés et simulés à l’exutoire d’un basin versant). Ensuite, les stratégies de recherche de l’algorithme MADS permettent de fournir un raffinement local où les conditions d’optimalité du jeu de paramètre final sont satisfaites. Les résultats obtenus à l’aide de cette nouvelle méthode démontrent que, pour le calage d’HYDROTEL à 10 paramètres de calage, des économies moyennes de 70 % en temps de calcul sont possibles par rapport aux algorithmes de calage traditionnellement employés. Alors que 40 % d’économies en temps de calcul est plutôt obtenu lors du calage d’HYDROTEL à 19 paramètres, sans oublier que les valeurs finales de la fonction objectif sont comparables à celles obtenues avec des algorithmes d’optimisation existants.

La deuxième phase vise à évaluer le potentiel d’utilisation de différentes avenues de construction de modèles substituts. D’une part, les modèles à fidélité réduite selon trois axes de simplification du modèle original sont examinés : (1) la diminution du nombre de stations météorologiques virtuelles sur le territoire, (2) la diminution de la durée de la période de simulation et (3) la diminution de la discrétisation spatiale du territoire en ajustant le nombre d’Unités Hydrologiques Relativement Homogène (UHRH) qui modélisent le bassin versant. La combinaison de ces trois axes de simplification sera également évaluée. Les critères d’évaluation sont la représentativité du modèle substitut envers le modèle original et la diminution du temps de calcul pour la simulation. Les résultats démontrent que la combinaison des trois axes de simplification permet d’offrir des modèles substituts ayant des niveaux de représentativité et des temps de calcul intéressants pour l’utilisation dans un contexte de calibration. D’autre part, la représentativité des fonctions de surface telles que les fonctions polynomiales et les modèles de Krigeage sera évaluée. Une analyse selon diverses tailles de l’historique des solutions qui permet de construire la fonction de surface et diverses tailles de l’espace paramétrique permettra de tirer les capacités de représentativité des fonctions de surface. Les résultats démontrent que les deux types de fonctions de surface peuvent très bien représenter des sous-espaces paramétriques de petite taille avec un nombre minimal de 100 solutions.

Puis, une troisième phase vise à intégrer les modèles substituts avantageux en terme de temps de calcul au sein de la nouvelle approche hybride d’optimisation DDS-MADS. Plusieurs expérimentations proposeront différents cadres d’optimisation pour la calibration du modèle hydrologique HYDROTEL. Au final, en fonction des objectifs de calibration et des contraintes dont l’utilisateur fait face, quelques cadres d’optimisation sont retenus. Certains offrent une meilleure réduction du temps de calcul et d’autres performent davantage en terme de valeur finale de la fonction objectif. Le meilleur compromis entre la diminution du temps de calcul et la qualité des valeurs finales de la fonction objectif est obtenu lors de l’utilisation de l’approche hybride DDS-MADS performant uniquement sur les modèles à fidélité réduite, suivi de l’algorithme MADS performant sur les modèles hydrologiques originaux.


identifier: Dallaire, Gabrielle  (2019). Étude de l'incertitude liée à la modélisation de l'évapotranspiration potentielle dans les études d'impact des changements climatiques sur les ressources en eau au Canada, aux États-Unis et au Mexique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
évapotranspiration
modélisation hydrologique
changement climatique
étiage
incertitude

abstract: En contexte de changements climatiques, des périodes d’étiage plus sévères et prolongées sont à prévoir, ce qui aura des répercussions sur la quantité et la qualité de l’eau. L’évapotranspiration est un processus important dans le cycle de l’eau et est particulièrement significatif en période d’étiage. Il est donc important d’étudier la qualité de la modélisation de l’évapotranspiration dans la chaîne de modélisation hydroclimatique afin de mieux comprendre les impacts associés aux changements climatiques sur la disponibilité en eau. Comme l’évapotranspiration est un processus plutôt difficile et coûteux à mesurer, des formules sont utilisées pour determiner l’évapotranspiration potentielle (ETP), soit la quantité d’eau maximale pouvant être évaporée ou transpirée sans aucun facteur limitant. Ainsi, l’objectif de ce projet est de déterminer la contribution de la formulation d’ETP dans l’enveloppe d’incertitude de la chaîne de modélisation hydroclimatique en contexte de changements climatiques. Onze formules d’ETP simples qui nécessitent uniquement les températures minimales et maximales ainsi que la latitude du bassin versant sont utilisées. Ces formules sont appliquées sur 2080 bassins versants situés en Amérique du Nord (235 au Canada, 1825 aux États-Unis et 20 au Mexique). Puisque l’ETP est directement liée aux conditions climatiques, l’utilisation d’une grande quantité de bassins versants couvrant plusieurs zones climatiques permet d’augmenter la robustesse des conclusions obtenues. Trois modèles hydrologiques globaux (GR4J, HMETS et Mohyse), calibrés selon le critère de Nash-Sutcliffe, sont utilisés pour la modélisation hydrologique des bassins versants. Par la suite, l’étude de transférabilité dans des conditions futures est réalisée à l’aide de simulations issues de huit modèles climatiques et suivant deux scénarios différents d’émission de gaz à effet de serre. Les sorties des simulations (précipitations et températures) sont post-traitées selon deux méthodes de correction de biais, avant leur introduction au sein des trois modèles hydrologiques. La contribution de l’ETP dans la chaîne de modélisation globale en changements climatiques ainsi que l’incertitude qui y est associée, peuvent alors être estimées, entre autres par analyse de décomposition de la variance. De plus, l’analyse de différents indices d’étiage permet d’étudier l’impact des changements climatiques selon les différentes formulations d’ETP. Par exemple, les valeurs des débits d’étiage sur une période de plusieurs jours consécutifs pour une période de récurrence sont comparées afin de voir si les changements d’ETP ont des répercussions sur les étiages. Les résultats montrent que l’augmentation de l’ETP et la diminution des débits d’étiage sont différentes selon les zones climatiques. Malgré une grande variabilité entre les différentes formulations d’ETP, les résultats démontrent des tendances similaires en changements climatiques. Ce projet montre aussi que certaines formules spécifiques ne s’adaptent pas bien au climat futur. Il résulte de ce projet une meilleure compréhension et une amélioration des connaissances de l’impact du choix de la formulation d’ETP dans la chaîne de modélisation hydroclimatique en context de changements climatiques. Les conclusions pourront servir aux gestionnaires des ressources hydriques pour l’identification de mesures d’adaptation adéquates, permettant notamment de prévenir l’assèchement des sources d’approvisionnement en eau en périodes d’étiage.


identifier: Marani Barzani, Mohsen  (2019). Machinability of Al-20Mg2Si-Cu metal matrix composite modified with bismuth or barium.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
usinabilité
composite à matrice métallique
microstructure
proprieties mécaniques
bismuth
baryum

abstract:
Aluminum metal matrix composites (MMC) have been receiving growing attention largely owing to their excellent properties, such as excellent castability and mechanical properties. These properties make them useful for high performance applications, especially for lightweight components, particularly in the manufacture of automotive parts. Al-based composite reinforced with particulate Mg2Si phase has recently been shown to possess certain advantages. However, the mechanical properties of normal cast Al-20Mg2Si-Cu metal matrix composite are unsatisfactory due to the natural coarse morphology of the primary Mg2Si phase. Therefore, the melt treatment method with refiner elements was chosen due to improve the morphology of the Mg2Si reinforcement and achieve better mechanical properties.

Most of MMC parts require some machining. However, the machinability of Al-20Mg2Si-Cu metal matrix composite is not well understood yet. By adding refiner elements to the composite, the mechanical properties and machinability including particle emissions will be affected. Therefore, the main objective of this thesis is to study the machinability, and mechanical properties of Al-20Mg2Si-Cu metal matrix composite containing bismuth or barium as modifier elements.

Results from the different sections of this thesis demonstrate that modifier elements such as bismuth or barium improve the mechanical properties and machinability of the composite. Using modifier elements decreases ultrafine particle emissions during the machining process, which is beneficial for operator health. In addition, the proposed mathematical models for predicting surface roughness and cutting force for this composite are in good agreement with experiment data.


identifier: Le Corre, Gwénolé  (2019). Contribution à l’étude de la propension de différents types de carburants à former des suies via l’emploi d’indicateurs de pouvoir suitant.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
carburants oxygénés
indicateurs de pouvoir suitant
groupements structurels
AC-LII

abstract:
Les carburants alternatifs dérivés de la biomasse font l’objet d’une attention accrue dans le domaine des transports de par leur aptitude à réduire certaines émissions polluantes, dont celles de particules de suie. Afin de quantifier et de comparer le pouvoir suitant des carburants moteurs et de leurs constituants, divers indicateurs de pouvoir suitant ont été développés à l’instar du TSI, de l’OESI, du YSI et du FESI. Si un grand nombre de molécules a été testé dans la littérature en ayant recours à ces indices, il n’en demeure pas moins que seul un nombre restreint de composés a finalement été caractérisé avec chaque indicateur pris séparément. C’est pourquoi il a été proposé dans le cadre de ce travail d’unifier les principaux résultats issus de la littérature en vue d’établir, après un processus de normalisation des indicateurs susmentionnés, une seule et même base de données regroupant un total de 391 molécules incluant des alcanes, des alcènes, des alcynes, des composés aromatiques et de nombreuses molécules oxygénées telles que des alcools, des cétones, des aldéhydes et des esters. Des mesures d’OESI complémentaires ont en outre également été réalisées au cours de ce travail en utilisant des furanes qui n’ont été que rarement analysés. En ayant recours à la théorie des groupements structurels, il a été possible de décomposer chaque molécule étudiée en un ensemble de fragments auxquels une contribution a été attribuée en termes de pouvoir suitant. 67 groupements distincts ont ainsi pu être mis en évidence et ont permis d’analyser et de mieux appréhender l’influence de la structure et de la composition chimique des carburants sur leur aptitude à produire des suies. Les résultats obtenus ont de surcroît permis de proposer des facteurs de contribution prédictifs d’un grand intérêt en vue d’estimer le pouvoir suitant d’une large gamme de carburants uniquement à partir de leur composition chimique. Ce travail a enfin permis d’illustrer le fait que la propension à former des suies des principaux composés analysés augmentait dans l’ordre suivant : esters < aldéhydes < cétones < alcools < alcanes < aromatiques.

Bien que riche en informations concernant les mécanismes conduisant à la formation des suies, ce travail théorique a également mis en exergue les difficultés qui peuvent être associées à l’emploi de certains indicateurs en vue de rendre compte des processus synergétiques susceptibles de se produire lors de l’ajout de molécules oxygénées dans des carburants complexes. C’est l’une des raisons qui invite à se tourner plus spécifiquement vers le FESI qui repose sur la mesure de la concentration de suies (par incandescence induite par laser) au sein d’une flamme standardisée brûlant un mélange à base de carburant moteur (gazole, essence ou carburants modèles associés) et de la molécule dont le pouvoir suitant est recherché. Dans le but de poursuivre les développements expérimentaux permettant de déterminer le FESI, il a été proposé d’implémenter une approche d’autocompensation (ou AC-LII pour Auto Compensating-LII) qui s’appuie sur la mesure en continu de la température des suies par pyrométrie à deux longueurs d’onde. L’élément essentiel de l’ACLII étant l’étape de calibration du système de détection, une attention particulière a par conséquent été portée au choix du dispositif permettant d’effectuer une telle calibration. Ce choix s’est tout spécifiquement porté sur une sphère d’intégration dont les caractéristiques techniques ont été définies tout comme celles des nombreux éléments de la chaîne de détection incluant des photomultiplicateurs et divers éléments d’optique. Ainsi, un banc expérimental entièrement caractérisé a pu être mis au point à l’issue de ce travail. Celui-ci sera prochainement employé dans le cadre de travaux de thèse qui contribueront, via des mesures de FESI complémentaires, à élucider les problématiques soulevées par l’analyse détaillée des données tirées de la littérature en ayant recours à la théorie des groupements structurels.


identifier: Chouak, Mohamed  (2018). Caractérisation des effets statique et dynamique de l'aiguille sur l'écoulement interne d'un injecteur diesel avec une approche LES.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: injecteur Diesel

subject: écoulement interne

subject: levée d’aiguille

subject: cycle d’injection

subject: mouvement de l’aiguille

subject: maillage mobile

subject: simulation des grandes échelles

subject: structures cohérentes

subject: effet transitoire de l’aiguille

subject: effet statique de l’aiguille

subject: validation LES

abstract:
L’implémentation des stratégies d’injections multiples dans les moteurs à combustion interne de nouvelle génération permet de réduire les émissions polluantes. Or, dans ce contexte, les caractéristiques de l’écoulement interne dans l’injecteur sont fortement transitoires et nécessitent d’être analysées. Plusieurs études ont rapporté l’influence de l’écoulement dans le sac sur les caractéristiques en sortie de l’injecteur, cependant, le sac reste peu caractérisé comme les études se sont plus intéressées à l’apparition de la cavitation et à l’écoulement dans la buse. Pour cela, cette thèse avait pour objectif de caractériser qualitativement et quantitativement les effets statique et dynamique de l’aiguille sur l’écoulement interne dans le sac de l’injecteur Diesel mono-trou, et cela à l’aide d’un modèle de simulation des grandes échelles (LES) permettant une meilleure compréhension de la dynamique de cet écoulement complexe.

Le modèle élaboré prend en compte le déplacement axial de l’aiguille pour simuler l’écoulement monophasique incompressible du carburant interne de l’injecteur à une différence de pression constante. D’une part, la résolution de la turbulence cisaillée en procheparoi a été validée par les résultats de la simulation numérique directe (DNS) dans le cas canonique de l’écoulement pleinement développé dans un canal, et d’autre part, la resolution des grandes échelles (loin de la paroi) a aussi été vérifiée dans le sac de l’injecteur à l’aide d’un spectre spatial d’énergie. Ce modèle a été ensuite utilisé pour réaliser des simulations à levees d’aiguille fixes (modèle statique), et puis avec mouvement transitoire de l’aiguille sur un cycle et demi d’injection « ouverture-fermeture-ouverture » (modèle dynamique).

Qualitativement, l’écoulement dans le sac possède une structure générique composée d’un jet de carburant qui traverse deux zones dynamiques. Si la vorticité est majoritairement produite dans la zone du siège de l’aiguille, les instabilités dans la couche de cisaillement du jet à l’entrée du sac constituent le principal mécanisme de production de structures cohérentes dans le sac. Les caractéristiques du jet de carburant dans le sac et les instabilités associées sont directement influencées par la position axiale de l’aiguille. Avec l’ouverture de l’aiguille, le jet gagne en épaisseur, mais son énergie cinétique diminue, ce qui réduit le cisaillement à la surface du jet, le niveau d’instabilité dans la couche de cisaillement et en conséquence réduit la turbulence dans le sac. Quantitativement, l’application de la méthode de décomposition en modes propres orthogonaux (POD) aux résultats 3D LES du modèle statique a montré que l’énergie cinétique turbulente est réduite de 45 % à ~10 % uniquement entre la faible (6 %) et la haute levée d’aiguille (31 %). L’énergie cinétique de l’écoulement moyen reste principalement concentrée dans le jet (mode 0), tandis que les modes supérieurs des fluctuations (modes 1 à 3) décomposent la grande zone dynamique située à la périphérie du jet. Un transfert d’énergie entre les modes POD a été observé en fonction de la position axiale de l’aiguille. De plus, la reconstitution de l’écoulement avec un modèle d’ordre réduit a montré que l’instationnarité grande-échelle dans le sac se traduit par une oscillation du jet (mode 0) à basse fréquence (~1 kHz) dont l’intensité décroit avec l’ouverture de l’aiguille.

Le mouvement transitoire de l’aiguille produit deux effets dynamiques sur l’écoulement dans le sac qui ne peuvent pas être capturés avec un modèle statique : 1) un effet d’hystérésis sur les caractéristiques globales de l’écoulement dans le sac avec une différence de débit de 20% entre les phases d’ouverture/fermeture; 2) le décollement du jet à partir de la phase de fermeture du premier cycle d’injection. De plus, la comparaison entre les modèles statique et dynamique a montré que les deux modèles sont sensiblement comparables à hautes levees d’aiguille (au-delà de 14 % environ) du premier cycle d’injection. Toutefois, le modèle dynamique semble mieux illustrer le décollement du jet ainsi que l’instationnarité des grandes échelles due aux instabilités observées dans sa couche de cisaillement, en particulier à faibles levées d’aiguille. L’analyse de ces effets dynamiques avec l’approche LES sur un cycle et demi d’injection transitoire (ouverture-fermeture-ouverture) a ainsi permis de mieux comprendre l’influence du mouvement de l’aiguille sur la dynamique des grandes structures tourbillonnaires dans le volume du sac.


identifier: Alameh, Abdul-Hafiz  (2019). MEMS piezoelectric vibrational energy harvesters and circuits for IoT applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
transducteur piézoélectrique
récupération d'énergie
fréquence
puissance
pompe de charge
reconfigurable

abstract:
In the Internet of Things (IoT) world, more and more sensor nodes are being deployed and more mobile power sources are required. Alternative solutions to batteries are the subjects of worldwide extended research. Among the possibilities is the harvesting of energy from the ambient. A novel energy harvesting system to power wireless sensor nodes is a necessity and inevitable path, with more and more market interest.

Microelectromechnaical systems (MEMS) based piezoelectric vibrational energy harvesters (PVEH) are considered in this thesis due to their good energy densities, conversion efficiency, suitability for miniaturization and CMOS integration. Cantilever beams are favored for their relatively high average strains, low frequencies and simplicity of fabrication. Proof masses are essential in micro scale devices in order to decrease the resonance frequency and increase the strain along the beam to increase the output power. In this thesis, the effects of proof mass geometry on piezoelectric vibration energy harvesters are studied. Different geometrical dimension ratios have significant impact on the resonance frequency, e.g., beam to mass lengths, and beam to mass widths. The responses of various prototypes are studied. Furthermore, the impact of geometry on the performance of cantilever-based PVEH is investigated. Namely, rectangular and trapezoidal T-shaped designs are fabricated and tested. Optimized cross-shaped geometries are fabricated using a commercial technology PiezoMUMPs process from MEMSCAP. They are characterized for their resonant frequency, strain distribution and output power.

The output of an energy harvester is not directly suited as a power supply for circuits because of variations in its power and voltage over time, therefore a power management circuit is required. The circuit meets the requirements of responding to an input voltage that varies with the ambient conditions to generate a regulated output voltage, and the ability to power multiple outputs from a fixed input voltage. In this thesis, new design architectures for a reconfigurable circuit are considered. A charge pump which modifies dynamically the number of stages to generate a plurality of voltage levels has been designed and fabricated using a CMOS 0.13 μm technology. This provides biasing voltages for electrostatic MEMS devices. Electrostatic MEMS require relatively high and variable actuation voltages and the fabricated circuit serves this goal and attains a measured maximum output voltage of 10.1 V from a 1.2 V supply.

In this thesis, design recommendations are given and MEMS piezoelectric harvesters are implemented and validated through fabrications. T-shaped harvesters bring improvements over cantilever designs, namely the trapezoidal T-shaped structures. A cross-shaped design has the advantage of utilizing four beams and the proposed proof mass improves the performance significantly. A cross-coupled circuit rectifies the output efficiently towards an optimal energy harvesting solution.


identifier: Chitour, Mohamed Amir  (2019). Analyse des paramètres spatio-temporels de la marche sur un tapis roulant instrumenté à deux voies à vitesse fixe et en mode haptique chez le sujet valide.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
tapis roulant
marche
paramètres spatio-temporels
variabilité de la marche
mode haptique

abstract:
OBJECTIF : L’objectif principal de notre étude de recherche est d’évaluer la capacité du tapis roulant à deux voies à générer une marche dite « naturelle » lorsque celui-ci fonctionne en mode haptique. Pour cela, nous avons comparé trois conditions de marche à savoir : la marche au sol (SOL), celle sur le tapis roulant à vitesse fixe (VF) et enfin celle en mode haptique (MH).

MÉTHODE : L’expérimentation a porté sur 15 participants sains au cours de laquelle nous avons évalué quatre paramètres spatio-temporels de la marche (la longueur de pas, la longueur de foulée, la cadence et la vitesse de marche) ainsi que leur variabilité. Un système de 19 capteurs inertiels (MVN Biomech ; XSens, Inc.) a été utilisé dans trois conditions de marche : la marche naturelle le long d’un couloir, la marche sur tapis roulant à vitesse fixe et enfin la marche sur un tapis roulant en mode haptique. Après avoir réalisé les acquisitions, un traitement de données a été effectué faisant suite à une correction des données qui avait concerné les participants qui présentaient le plus de variabilité et donc le moins de contrôle par la même occasion du tapis en mode haptique. Nous nous sommes d’ailleurs limités à huit participants et pris comme situation de référence de la variabilité de la marche : le CV (coefficient de variation) de la longueur de pas allant de 10 à 25 %. S’en est suivi une correction des trois autres paramètres cités plus haut prenant toujours comme situation de référence la variabilité de la longueur de pas.

RÉSULTATS : Une analyse statistique de type ANOVA a été réalisée sur les CV des quatre paramètres spatio-temporels. Pour tous les paramètres, les CV dans la condition VF sont significativement plus faibles que dans la condition SOL. En revanche, il n’y a pas de différence significative entre les conditions SOL et MH pour la longueur de pas et la cadence. Les valeurs des CV pour ces deux paramètres dans les conditions VF, SOL et MH : (3,0 ± 0,6%), (5,0 ± 1,7 %) et (7,4± 3 %) pour la longueur de pas, et (1,5 ± 0,2 %), (2,6 ± 1,2 %) et (3,2 ± 1,0 %) pour la cadence.

CONCLUSION : La variabilité de la marche sur le tapis en MH se rapprochait plus de celle du couloir (SOL) que du tapis à VF s’agissant de la longueur de pas et de la cadence. D’autres améliorations sur le modèle haptique actuel implémenté sur le tapis doivent être apportées nécessitant des ajustements de l’algorithme pour des résultats plus homogènes afin que la variabilité de la marche en MH se rapproche encore plus de celle mesurée le long du couloir pour un plus grand nombre de participants.


identifier: Azizi, Sohrab  (2019). Design and development of clay-based graphene/polymer composites for extruded cable application.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
composites conducteurs
conductivité électrique
conductivité thermique
graphène

abstract:
Different strategies and techniques are reported in this thesis to meet appropriate properties for conductive polymeric composites applicable in extruded cables. In this regard, the following efforts have been conducted to develop and modify several lightweight and flexible conductive polymeric composites. Dealing with composites, manufacturing aspects such as easy processability, easy accessibility and designing low-cost materials are of the key elements that need to be considered. Therefore, to response the industrial needs in HV cable applications, two commodity polymers (low-density polyethylene and polyethylene vinyl acetate) with several carbon-based conductive fillers were selected for this Ph.D. project.

Our objectives were defined to increase the electrical and thermal conductivity of several conductive polymeric composites using naturally based graphene hybrids, obtained from clay and sucrose. To achieve our objectives, low-density polyethylene was combined with graphene-like filler by melt compounding technique, and the electrical properties, characterized by broadband dielectric spectroscopy, revealed the formation of a conductive network of graphene-like above 30 wt% of filler content. As benchmark, low-density polyethylene/carbon black (LDPE/CB) with several CB filler content was prepared via melt mixing. A significant increase in electrical conductivity was achieved at filler contents 15-20 wt%. The nanostructure morphology of the composite with well dispersion and distribution of sphere-shape carbon black led to adequate particle-particle contacts in which charge carrier pathways were formed as the consequence. LDPE/CB composite was found to show electric field-dependency and hysteresis behavior. The shift of interfacial polarization peak toward the higher frequencies was observed and related to the further intra-cluster connection at higher fields. Loading of 5 wt% of CB to the LDPE resulted in a 10% increase in dielectric breakdown which makes this material a good choice for electric insulating applications. Noticeable increase in thermal conductivity of the LDPE/CB composite was achieved with the addition of 20 wt% CB.

By changing the host polymer from a non-polar to a polar-polymer, ethylene vinyl acetate was mixed by graphene-like by means of solvent casting. The investigation of the electrical properties of EVA/graphene-like showed a percolation threshold between 25-30 wt% of the filler content. To compare the electrical conductivity of the graphene-like filler in EVA polymer, (EVA) composite with two carbonaceous fillers such CB and commercially available graphene (G) was found to be conductive at filler content of higher than 5 and 15 wt%, respectively. Selecting solvent-casting and nanosize CB particles, led to the formation of a conductive network at relatively low filler content (5 wt%), while filler agglomeration for microsize graphene flakes hindered conductive network formation up to 15 wt%. Addition of carbon black and graphene to the EVA polymer continuously increased the thermal conductivity of the composites.

Considering the role of graphene-like filler in LDPE and EVA polymers, then low-density polyethylene/ethylene vinyl acetate (LDPE/EVA) was blended with graphene-like filler via solvent casting. The LDPE/EVA/graphene-like composite was found to be conductive at 17.5 wt% of the filler content. The annealing of the LDPE/EVA/graphene-like composite was found to influence the electrical conductivity of the composite at the percolation threshold. Indeed, one order of magnitude increase in electrical conductivity was obtained thanks to better conductive network formation during the annealing. Dielectric response of the LDPE/EVA/graphene-like composite was scanned over a wide range of frequency (10-1-106Hz) and temperature from room temperate to near the melting point. Composites at subpercolation threshold revealed a frequency dispersion at low frequencies and elevated temperature.

The effective permittivity of the LDPE/CB composite, simulated numerically, was found to be in relatively agreement with experimental values at low filler contents (approximately up to 15 wt%). The arrangement of the particles within the medium was simulated and the results evidenced negligible difference between the ordered and the random morphology when the filler content was likely low content. Water absorption by hydrophilic CB fillers was found to increase the effective permittivity of the composite remarkably.

The utilization of the graphene-like filler, obtained from renewable resources (clay and sugar), resulted in a rewarding candidate for production of polymeric composites for extruded cable application.


identifier: Desbois, Adrien  (2019). Modélisation et quantification 3D de la taille des superficies corporelles brûlées.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
analyse de régression
anthropométrie
apprentissage machine
BSA
métriques d’erreurs
modélisation 3D
modèles 3D
modélisation algorithmique
modélisation de données
modélisation prédictive
morphologie
multicolinéarité
sélection de caractéristiques
sélection de sous-ensembles
surfaces brûlées
surface corporelle
TBSA
validation

abstract:
Pour des patients grands brûlés, une estimation précise du pourcentage des superficies brûlées (%TBSA) est cruciale pour l’évaluation du pronostic vital et fonctionnel, la planification appropriée de traitements et pour minimiser les complications médicales et chirurgicales. Les méthodes cliniques actuelles manquent de précision et de fiabilité pour estimer des patients de morphologies différentes. Les approches de modélisation 2D/3D des brûlures approximent l’évaluation du %TBSA et sont imprécises. Seule la modélisation paramétrique satisfait aux exigences cliniques particulières aux grands brûlés (temps limité, patients inconscients, environnement restreint). Afin de répondre au besoin de personnalisation 3D de la morphologie des patients, il est suggéré d’utiliser le logiciel open source MakeHuman (MH). Ainsi, cette thèse propose une approche de modélisation 3D personnalisée de la morphologie des patients à partir d’un nombre de mesures anthropométriques limité pour l’estimation précise du %TBSA.

D’abord, avec des performances prédictives supérieures à 98%, plusieurs analyses de régression ont permis de démontrer qu’un nombre limité de mesures anthropométriques est suffisant pour une modélisation 3D de la surface corporelle (BSA) précise.

Ensuite, la pertinence de personnaliser les modèles 3D MH à la morphologie du patient pour une meilleure évaluation du %TBSA a été démontrée. En utilisant une interface de rendue 3D développée pour la représentation et le calcul du %TBSA, six patrons de brûlures ont été appliqués automatiquement à l’ensemble de 15 paires de modèles 3D ayant la même BSA, mais des morphologies différentes. Des petites variations dans la morphologie de 0.04 m2 ± 0.01 (caractérisée par le pourcentage de surface brûlée) ont induit des surestimations dans le %TBSA. 8 experts et 6 non-experts ont évalué le %TBSA de patrons de brûlures simulés sur 4 mannequins commerciaux avec la méthode clinique puis en 3D avec l’interface. La méthode clinique a obtenu une erreur moyenne de 34 % ± 11 tandis que l’approche proposée est plus précise, plus répétable et reproductible avec une erreur moyenne de 5 % ± 1.

Enfin, à partir d’un échantillon stratifié de 50 000 morphologies générées aléatoirement, plusieurs algorithmes d’apprentissage machine ont été utilisés afin d’identifier les ensembles de 3 à 4 mesures anthropométriques les plus pertinentes pour une modélisation 3D précise de la morphologie. La précision de la modélisation 3D a été validée sur 8 sujets saints. Les algorithmes d’apprentissage machine ont mis en évidence la taille et les circonférences du buste, du cou, des hanches et du tour de taille comme étant les meilleures mesures anthropométriques pour une modélisation 3D des surfaces corporelles. Les modèles 3D des sujets saints modélisés à partir de 3 à 4 mesures anthropométriques ont montré une géométrie proche de celle des scans 3D avec une distance d’erreur moyenne de 1.1 cm ± 0.4 et une distance maximale moyenne de 7.4cm ± 1.1.

La contribution de ce projet est de réduire à terme les complications médicales et chirurgicales des grands brûlés en diminuant l’erreur d’estimation du %TBSA. Ainsi, il est possible d’améliorer les chances de survie du patient et de son pronostic par la personnalisation de sa prise en charge et de son pronostic.


identifier: Tapsoba, Gildas Ragnagnéwendé  (2019). Maximisation du transfert de l'énergie d'un champ photovoltaïque tenant compte du phénomène d'ombrage partiel : connexion réseau électrique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
panneau photovoltaïque
ombrage partiel
maximisation de puissance
convertisseur de puissance
Matlab
Simulink

abstract:
L’objectif de ce travail est de proposer des pistes d’optimisation, afin de minimiser les effets néfastes de l’ombrage partiel sur les systèmes des panneaux solaires photovoltaïques. Il existe dans la littérature un grand nombre de solutions pour l’extraction de la puissance maximale des panneaux solaires photovoltaïques. Dans ce mémoire, nous abordons d’un point de vue global différentes solutions nous permettant d’atteindre des rendements, fiabilités et flexibilités élevés.

Ainsi la modélisation à l’aide du logiciel Matlab/Simulink nous a permis d’exposer les limites des algorithmes de suivi de puissance maximale conventionnel sous différentes conditions d’ensoleillement en utilisant les configurations de champs solaires série-parallèle et Total tied cross. Nous avons alors développé et proposé un algorithme de maximisation capable de trouver le maximum global sous n’importe quel modèle d’ombrage partiel. Ensuite deux modes de commandes associés aux convertisseurs ont été étudiés. Il s’agit de la commande droop control mise à jour utilisé pour le parallélisme de plusieurs onduleurs monophasés et la commande Proportional-integral sliding mode pour le contrôle d’onduleurs triphasés. Ces commandes vont d’une part faciliter l’intégration accrue des systèmes solaires photovoltaïques au réseau tout en assurant une bonne qualité de l’énergie et d’autre part vont garantir un transfert optimisé de la production lors des phénomènes d’ombrage partiel. Nous avons également étudié la topologie des micro-onduleurs qui permet de minimiser l’impact négatif des ombrages partiels pour les installations de faibles puissances. Nous avons analysé le fonctionnement de deux types de micro-onduleurs avec isolation galvanique : le flyback et le boost à double inductance.


identifier: Bdhaifi, El Muzzammel  (2019). Amélioration du rendement énergétique des amplificateurs de puissance microondes par conversion et recyclage de l'énergie thermique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
amplificateur de puissance
thermoélectricité
efficacité énergétique
TEG

abstract:
Cette étude consiste à concevoir un système de récupération et recyclage de l’énergie thermique dissipée d’un amplificateur de puissance microonde pour améliorer son efficacité énergétique. Le système de récupération est composé par un convertisseur thermoélectrique et un adaptateur de puissance : le convertisseur thermoélectrique est un microgénérateur planaire (μTEG) qui permet de convertir le flux reçu de l’amplificateur en une énergie électrique par effet de Seebeck. L’adaptateur des puissances est composé d’un convertisseur DC/DC piloté par un contrôleur MPPT assurant le couplage de l’énergie électrique récupérée avec l’alimentation de l’amplificateur de puissance.

Le rendement du microgénérateur proposé est optimisé à l’aide d’un nouveau modèle thermoélectrique pour les structures planaires synthétisé par une analogie thermique-électrique, dont on a montré que ce rendement dépend essentiellement de la figure de mérite des matériaux utilisés et les dimensions de la topologie du microgénérateur. Une validation de cette approche est faite par l’utilisation des trois thermocouples différents. Les simulations analytiques montrent qu’un μTEG basé sur le couple N-P du Tellurure de Bismuth Bi2Te3 permet d’avoir le rendement le plus élevé (3.5%) devant le couple Ag-Ni (0.016%) et le TAGS75 (0.5%), car il a la figure de mérite du son thermocouple la plus élevée (ZT=0.0066), ce qui le rend le plus convenable pour la conversion de l’énergie thermique. Des simulations multiphysiques avec le logiciel COMSOL® ont été effectuées sur un μTEG basé sur le couple (Ag-Ni) pour voir la distribution de chaleur sur sa topologie, ainsi que l’évolution du gradient effectif en fonction du temps. Ces simulations montrent que notre modèle thermoélectrique (analytique) peut estimer le même comportement du rendement que celui obtenu du la simulation numérique.

La dernière partie est consacrée pour le couplage de l’énergie électrique récupérée avec l’amplificateur de puissance qui opère à des températures <100°C. Le système complet est implémenté sur SIMULINK®, la simulation montre que le système d’adaptation ramène la puissance récupérée d’un μTEG (basé sur le couple N-P Bi2Te3) à 24.5 mW au lieu de 7.7 mW générée sans ce dispositif, ce qui correspond à l’amélioration du rendement énergétique de l’amplificateur de puissance RF de 0.75%.


identifier: Zehtabi, Fatemeh  (2018). Development and optimization of new sclerosing embolizing agents for vascular diseases treatment.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
anévrisme de l’aorte abdominale
agent embolisant
sclérosant
doxycycline
inhibiteur de MMP
tétradécylsulfate de sodium
radio-opacité
endovasculaire

abstract:
Endovascular treatment of abdominal aortic aneurysms (AAA), a localized dilatation of the aorta, involves deploying a stent to exclude the aneurysm from the blood stream and prevent it from breaking. The clinical success of this procedure, however, is limited by the frequent persistence or recurrence of blood flow within the aneurysm, called endoleak, which can lead to aneurysmal growth and increased risk of rupture. To treat or prevent endoleaks, embolization of the sac is increasingly performed by injection of an embolic agent to occlude the blood flow that persists in entering the aneurysm. However, current embolization agents are far from ideal and clinicians are looking for new injectables. The ideal embolizing agent should be injectable with good control, effectively occlude blood flow, be biocompatible and radiopaque. The hypothesis of this thesis is that the addition of a sclerosing agent (inducing endothelial denudation) and a metalloproteinase inhibitor (to reduce the progression of the aneurysm) would better prevent endoleaks.

First, we have shown that a radiopaque chitosan thermogel containing sodium tetradecyl sulphate (STS) as a sclerosing / embolizing agent, previously developed in the laboratory, tends to reduce the number of endoleaks compared to an embolizing agent without sclerosing effect (hydrogel without STS) in a canine model of endovascular aneurysm repair. However, the difference between the groups was not statistically significant, perhaps because of the small number of animals. In a second step, we assessed the feasibility of developing a sclerosing embolizing agent from a currently marketed embolic agent (Onyx) and ethanol, which could be approved more quickly for clinical use.

Finally, a thermosensitive hydrogel combining the occlusive, sclerosing and inhibitory properties of MMP was developed based on chitosan and doxycycline (DOX). This gel has promising endothelial ablation and MMP inhibition properties. Short-term in vivo CH-DOX gels in the renal arteries of pork validated its injectability, good radiopacity and good initial embolization of small blood vessels, however, reopening of blood flow was observed a few minutes later embolization. We believe that increasing the amount of medication would be a good option to remove this limitation of the project, but further investigation is needed.


identifier: Fadoul, Souleyman Tidjani  (2017). Power management and control stategies of renewable energy resources for micro-grid application.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: micro-réseau

subject: qualité de l'énergie

subject: gestion de l'énergie

subject: filtre active de puissance

subject: compensation de la puissance réactive

subject: compensation des harmoniques

subject: groupe électrogène à gaz

subject: distributeur d'énergie (DER)

subject: source d'énergie renouvelable (RES)

subject: véhicule électrique

subject: maison à consommation énergétique nulle

abstract:
Microgrids (MGs) have become an increasingly familiar power sector feature in recent years and goes through the increase of renewable energies penetration. MG is defined as a group of interconnected loads and multiple distributed generators that is able to operate in grid-connected or islanding mode. Recent reports claim dramatic growth in projects planned for hundreds of GWs worldwide. Notably, following to many natural disasters, the concept of MG and its perceived benefits shifted beyond economic and environmental goals towards resilience. Consequently, MGs have begun to find a natural place in the regulatory and policy arena. Remote areas, facilities with low-quality local energy resources and critical infrastructure are all potential need the MGs solution. However, MGs have some disadvantages as the complexity of control and integration to keep the power quality to acceptable standards. The energy storage system requires more space and maintenance. Finally, protection is one of the important challenges facing the implementation of MGs.

The present doctoral research is based on the philosophy of MGs for optimal integration and power management in an effective and efficient way to provide a sustainable and reliable power supply to consumers while reducing the overall cost.

This work proposes a novel control strategies and design approaches of micro-grids for remote areas and grid connected system in which both the reliability of continuous power supply and power quality issues are treated.

Moreover, this thesis also introduces the concept of Net Zero Energy House in which the system is designed in such a way that the house produces as much energy as it consumes over the year. Many controls algorithms have been investigated in order to find the best way to reduce the sensors’ number and the degree of control complexity while keeping better power quality as well as the system reliability. The developed concept is successfully validated through simulation as well as extensive experimental investigations. Particular attention is paid to the optimal integration of MGs based on the climate data of Central African States.


identifier: Brahmi, Brahim  (2019). Nonlinear control of an exoskeleton seven degrees of freedom robot to realize an active and passive rehabilitation tasks.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
cinématique inverse humaine
contrôle adaptatif
robots de réadaptation

abstract:
This doctoral thesis proposes the developments of an exoskeleton robot used to rehabilitate patients with upper-limb impairment, named ETS-MARSE robot. The developments included in this work are the design, and validation of a kinematic inverse solution and nonlinear control strategy for an upper limb exoskeleton robot. These approaches are used in passive and active rehabilitation motion in presence of dynamics and kinematics uncertainties and unexpected disturbances.

Considering the growing population of post-stroke victims, there is a need to improve accessibility to physiotherapy by using the modern robotic rehabilitation technology. Recently, rehabilitation robotics attracted a lot of attention from the scientific community since it is able to overcome the limitations of conventional physical therapy. The importance of the rehabilitation robot lies in its ability to provide intensive physiotherapy for a long period time. The measured data of the robot allows the physiotherapist to accurately evaluate the patient’s performance. However, these devices are still part of an emerging area and present many challenges compared to the conventional robotic manipulators, such as the high nonlinearity, dimensional (high number of DOFs) and unknown dynamics (uncertainties). These limitations are provoked due to their complex mechanical structure designed for human use, the types of assistive motion, and the sensitivity of the interaction with a large diversity of human wearers. As a result, these conditions make the robot system vulnerable to dynamic uncertainties and external disturbances such as saturation, friction forces, backlash, and payload. Likewise, the interaction between human and the exoskeleton make the system subjected to external disturbances due to different physiological conditions of the subjects like the different weight of the upper limb for each subject. During a rehabilitation movement, the nonlinear uncertain dynamic model and external forces can turn into unknown function that can affect the performance of the exoskeleton robot.

The main challenges addressed in this thesis are firstly to design a human inverse kinematics solution to perform a smooth movement similar to natural human movement (human-like motion). Secondly, to develop controllers characterized by a high-level of robustness and accuracy without any sensitivity to uncertain nonlinear dynamics and unexpected disturbances. This will give the control system more flexibility to handle the uncertainties and parameters’ variation in different modes of rehabilitation motion (passive and active).


identifier: Couillard, Guillaume  (2019). Évaluation de la portée des liaisons sans fil grâce à la technologie MIMO.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
MIMO
diversité spatiale
WINNER II
portée d’un lien radio
capacité

abstract:
De par l’augmentation grandissante des communications sans fil dans de nombreux domaines, nous observons une augmentation de la demande dans les capacités des systèmes de transmission. Dans le monde des communications cellulaires par exemple, on cherche entre autre à augmenter la quantité de données qu’on peut envoyer dans un certain laps de temps. Pour augmenter cette capacité de donnée, une des techniques utilisées consiste à augmenter la quantité d’antennes à la transmission ainsi qu’à la réception, soit la technologie MIMO.

Dans le cadre du partenariat industriel avec la compagnie Ultra Electronics TCS, ce mémoire s’intéresse à un scénario où une tour de transmission fixe cherche à maintenir une communication sans fil avec une unité éloignée. Plus particulièrement, on veut analyser certains avantages que la technologie MIMO pourrait apporter aux radios. On ne cherche pas à déterminer le gain en capacité de donnée, mais plutôt en distance de communication. On parle ici d’accroissement de la portée du lien radio.

Les résultats obtenus montrent non seulement que la technologie MIMO permet d’accroître la portée des transmissions, mais que plus les exigences ou les conditions sur le système sont élevées, plus l’avantage d’un système MIMO est prononcé.


identifier: Beaulieu, Philippe-Olivier  (2019). Conception et intégration de circuits CMOS et de microsystèmes électromécaniques (MEMS) pour la synthèse d'un oscillateur à haute performance.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
circuit intégré
MEMS
oscillateur
compensation
température

abstract:
La miniaturisation des composants électroniques est un enjeu important dans l’industrie. Cette tendance permet entre autres de réduire la consommation de puissance des systèmes, d’offrir plus de fonctionnalités et de réduire le prix.

Un des circuits touché par la miniaturisation est l’oscillateur. Cet oscillateur génère une fréquence de référence qui est utilisée pour synchroniser les opérations des différents circuits numériques ou analogiques d’un système. Présentement, un résonateur en quartz est employé. Celui-ci offre une fréquence de référence extrêmement stable en température, mais a plusieurs désavantages comme un prix de fabrication relativement élevé, une grande taille et l’impossibilité d’être intégré avec les technologies de fabrication des circuits intégrés.

L’alternative actuelle est donc de remplacer les résonateurs en quartz par des microrésonateurs. Ces résonateurs sont des systèmes électromécaniques (MEMS) qui eux peuvent être fabriqués avec des technologies compatibles à celles des circuits intégrés. De plus, les résonateurs MEMS sont beaucoup plus petits et se fabriquent à petit prix. Leur désavantage principal est la variation de leur fréquence en fonction de la température. Les différentes techniques de compensation en température passives sont l’objet de la revue de littérature du premier chapitre de ce mémoire.

Le deuxième chapitre présente la première contribution quant à la conception, la fabrication et le test de résonateurs MEMS piézoélectriques et électrostatiques. La technologie commerciale PiezoMUMPS a été utilisée. Deux principales techniques ont été évaluées afin de réduire l’impact de la température sur la fréquence de résonance, soit la conception des ancres des résonateurs et l’ajout de trous dans la structure des résonateurs électrostatiques.

Finalement, le troisième chapitre présente la deuxième contribution de ce travail en présentant deux circuits intégrés d’amplificateur transimpédance. Le premier circuit intégré a été fabriqué avec la technologie CMOS 130 nm d’IBM et a été testé. Le deuxième circuit a été fabriqué avec la technologie CMOS 65 nm de TSMC. Celui-ci contient deux nouveautés par rapport au circuit en 130 nm, soit un circuit de contrôle qui permet d’utiliser l’amplificateur avec deux résonateurs qui ont des fréquences différentes, permettant des applications en télécommunication, et un circuit de contrôle de phase automatique, assurant l’oscillation du système.


identifier: Brini, Oussama  (2019). A system-level methodology for the design and deployment of reliable low-power wireless sensor networks.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseaux de capteurs sans fil
méthodologie de conception
modèle énergétique
affaiblissement de propagation
faible consommation
conception système
couche de liaison
requête automatique de répétition
correction d'erreur directe

abstract: Innovative Internet of Things (IoT) applications with strict performance and energy consumption requirements and where the agile collection of data is paramount are rousing. Wireless sensor networks (WSN) represent a promising solution as they can be easily deployed to sense, process, and forward data. The large number of Sensor Nodes (SNs) composing a WSN are expected to be autonomous, with a node's lifetime dictated by the battery's size. As the form factor of the SN is critical in various use cases such as industrial and building automation, minimizing energy consumption while ensuring availability becomes a priority. Moreover, energy harvesting techniques are increasingly considered as a viable solution for building an entirely green SN and prolonging its lifetime. In the process of building a SN and in the absence of a clear and well-rounded methodology, the designer can easily make unfounded decisions about the right hardware components, their configuration and data reliable data communication techniques such as automatic repeat request (ARQ) and forward error correction (FEC). In this thesis, a methodology to better optimize the design, configuration and deployment of reliable ultra-low power WSNs is proposed. Comprehensive and realistic energy and path-loss (PL) models of the sensor node are also established. Through estimations and measurements, it is shown that following the proposed methodology, the designer can thoroughly explore the design space and make most favorable decisions when choosing commercial off-the-shelf (COTS) components, configuring the node, and deploying a reliable and energy-efficient WSN.


identifier: Mohamed, Hana  (2019). Embedded vector measurement of RF/microwave circuits in LTCC technology.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réflectomètre
coefficient de réflexion
puissance couplée
paramètres S
LTCC

abstract:
As the number of wireless systems and standards continues to increase, RF hardware re-use is becoming more and more important to reduce cost and size and eliminate unnecessary component redundancy. One way of maximizing RF hardware re-use is to deploy reconfigurable circuits. This is turn relies on embedded vector measurement to ensure the reconfigurable hardware operates as required.

Conventional vector measurement techniques require costly and bulky Vector network analyzers or slightly more compact six-port junctions. Both options require the use directional couplers to sample forward and backward traveling waves, which increases their size and limits their suitability for embedding in reconfigurable RF hardware. Non-directional four-port interferometersoffer an alternative solution for embedded vector measurement that is characterized by a very small size, very low coupling, and ease of integration.

In the present work, a new 3D 4-port non-directional reflectometer for measuring complex reflection coefficients is proposed. The proposed reflectometer features two optimized non-directional sniffers positioned below a transmission line with buried lines to carry the sniffed signals to power detectors in LTCC technology. Vertical transitions from the buried lines to surface are designed and optimized. 3D electromagnetic field simulations are used to optimize the proposed design in order to obtain the S-parameter of the structure. Two LT5582 power detector circuits with 57 dB dynamic range are used to detect the coupled power. A prototype of the proposed reflectometer is fabricated in LTCC (Ferro L8) in LACIME laboratory and used to measure 45 different complex loads. The obtained results show excellent agreement with VNA measurements showing errors below 0.3 dB for amplitude and below 3° for phase.


identifier: Zemzem, Mohamed  (2019). Optimisation des propriétés barrières de membranes nanocomposites à base de caoutchouc nitrile contre les solvants organiques.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
nanoargile lamellaire
caoutchouc nitrile
nanocomposite
transfert de masse
propriétés barrières
lois de Fick

abstract:
Les propriétés de barrière des polymères peuvent être altérées de manière significative par l’inclusion de nanoargiles lamellaires imperméables. L’amélioration de ces propriétés est gouvernée par l’étendue de dispersion des lamelles ainsi que par leur orientation dans la matrice polymère. La présente thèse consiste à développer des matériaux nanocomposites à base de caoutchouc nitrile, chargés de nanoargiles lamellaires, ayant des propriétés barrières optimisées. La démarche suivie est scindée en trois étapes.

Dans un premier temps, la synthèse des nanocomposites a été réalisée en utilisant trois protocoles différents rencontrés dans la littérature; extrusion, mixage et voie chimique. La résistance aux solvants a été évaluée par une technique gravimétrique de prise de masse et les résultats obtenus montrent un effet évident des paramètres de fabrication. Des analyses effectuées par deux techniques de diffraction des rayons X en combinaison avec des observations microscopiques ont permis de conclure que les améliorations résultent de l’éloignement des lamelles nanoargiles.

Suite à ces considérations, l’effort s’est concentré sur l’optimisation de la délamination des plaquettes nanoargiles empilées tout en assurant leur orientation selon les directions latérales. La méthode adoptée consiste à appliquer des modifications chimiques sur la structure de la matrice caoutchouteuse ainsi que sur la surface des lamelles nanoargiles afin d’améliorer l’affinité entre les deux. D’une part, un monomère d’anhydride maléique doté d’une polarité élevée est greffé sur la chaîne macromoléculaire du caoutchouc nitrile et d’autre part, des nanoargiles avec des fonctionnalisations organiques ont été utilisées. La mise en forme par extrusion est retenue pour maintenir l’orientation. Des analyses spectroscopiques ont validé le greffage du monomère et des tests de thermogravimétrie ont confirmé la stabilité des surfactants organiques sur les nanoargiles durant la fabrication. Les analyses effectuées sur l’étendue de la délamination des empilements nanoargiles ont montré une augmentation substantielle de la présence des lamelles individuelles. En outre, l’intercalation est plus prononcée. Les résultats rendent compte d’une excellente corrélation entre les analyses en diffractométrie et les observations microscopiques. De plus, une étude statistique menée à travers une analyse dispersive en énergie a montré l’effet de la modification chimique sur la bonification de l’homogénéité des nanoargiles dans la matrice. De surcroît, l’orientation est évaluée par une approche tridimensionnelle appliquée sur des stéréographies de diffraction. Les résultats montrent un alignement privilégié selon la direction de l’extrusion.

La synthèse d’un nanocomposite doté d’une morphologie optimisée ayant abouti, les propriétés barrières aux solvants sont testées. Le transport moléculaire se manifeste lors du processus de pénétration du liquide et il est étudié en se basant sur les lois de Fick. L’absorption du solvant dans le nanocomposite greffé est nettement plus faible comparativement au nanocomposite conventionnel. Les paramètres de la cinétique de migration des molécules pénétrantes ont aussi été évalués. Le nanocomposite greffé présente une réduction notable de la diffusivité du solvant à travers sa structure, ainsi qu’une diminution de son coefficient de perméation. Sauf quelques exceptions, ces observations sont validées pour trois solvants différents et à quatre températures allant de 23 à 70 °C. Il a été montré que tous les paramètres relatifs au transfert de masse sont augmentés sous l’effet de l’accroissement de la température. L’effet inverse est observé avec l’augmentation de la taille de la molécule pénétrante.


identifier: Coutu, Sébastien  (2019). Conception d'une démarche d'implantation d'un département de maintenance Lean centré sur la SST.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
lean
maintenance
santé et sécurité du travail
département de maintenance
petites et moyennes entreprises

abstract:
On ne se le cachera pas, l’efficacité et l’efficience sont une quête absolue pour toute entreprise. C’est aussi le cas pour les compagnies manufacturières du Québec. C’est pourquoi plusieurs d’entre elles ont décidé de se tourner vers le Lean pour optimiser leurs processus organisationnels, diminuer leurs gaspillages et augmenter ainsi leur efficacité et leur efficience.

Plusieurs études ont été menées sur l’implantation du Lean dans les départements de production, mais plus rares sont celles mesurant les impacts de l’implantation du Lean sur la santé et la sécurité des travailleurs des départements de maintenance. En effet, lors de ces changements organisationnels, l’accent est souvent mis sur la production parfois au détriment de la maintenance. Les départements de maintenance sont pourtant touchés par l’implantation du Lean et font partie intégrante des activités d’une entreprise. La littérature sur l’adaptation d’un département de maintenance au Lean est existante, mais celle sur l’implantation d’un département de maintenance qui soit Lean dès le départ est très rare, voire, au meilleur de notre connaissance, inexistante.

L’objectif de cette étude est donc de proposer une démarche d’implantation d’un département de maintenance Lean centré sur la santé et la sécurité du travail dans une petite et moyenne entreprise (PME) québécoise. La méthodologie de recherche pourra ensuite être améliorée en vue de réaliser des études de cas similaires auprès d’autres entreprises, ce qui pourrait éventuellement la valider.

Cette méthodologie consiste à obtenir des données de quatre sources différentes pour assurer une validité interne. Ces données sont : la littérature scientifique, un questionnaire d’entrevues semi-dirigées, des observations du travail et la revue de la documentation du partenaire industriel.

Une étude de terrain a permis d’obtenir des données. En tout, 14 participants (es) ont répondu aux questions d’entrevues et huit tâches de maintenances ont été observées.

Le résultat de cette étude est la proposition d’une démarche d’implantation d’un département de maintenance Lean centré sur la santé et la sécurité du travail. Cette démarche est un croisement entre la démarche d’implantation traditionnelle et l’adaptation Lean d’un département de maintenance. Elle est bonifiée par les résultats du cas objet de l’étude.


identifier: Laurent, Quentin  (2019). Rhéologie d'un alliage coulé d'aluminium pour l'optimisation du procédé de forge d'une suspension automobile.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
aluminium
compression à chaud
loi de comportement
simulation par éléments finis

abstract:
Les alliages d’aluminium ont vu leur utilisation augmenter grandement ces dernières années, notamment dans le domaine de l’automobile, au vu de leur bon ratio poids-caractéristiques mécaniques. Pour optimiser l’utilisation de tels matériaux, il est nécessaire de connaitre leurs caractéristiques mécaniques. En forgeage, le comportement en compression à chaud devient alors particulièrement primordial. Différents phénomènes microstructuraux tel que l’écrouissage, l’adoucissement et la recristallisation peuvent intervenir pendant et après la déformation. Ces phénomènes ont un impact sur le comportement en contrainte et déformation de l’alliage. Dans le but d’optimiser le procédé de forgeage d’une pièce de suspension automobile, nous allons étudier la rhéologie d’un alliage d’aluminium produit selon quatre procédés différents. Il sera, par la suite, intéressant de simuler la compression à chaud, grâce aux lois de comportement de l’alliage.

La présente étude vise à connaitre l’évolution en contrainte de l’alliage d’aluminium 6082, obtenu suivant quatre procédés différents : l’alliage 1 homogénéisé et extrudé, l’alliage 2 non homogénéisé coulé par maintien électromagnétique, l’alliage 3 homogénéisé coulé et l’alliage 3 coulé de la même façon et non homogénéisé. Ces quatre types de procédé d’obtention feront l’objet de tests de compressions uni axiaux entre 450°C et 540°C pour des vitesses de déformations comprises entre 0,01s-1 et 0,5s-1. Les mesures de la force de compression et du déplacement nous donnent les contraintes et les déformations et nous permettent d’obtenir une relation du type σ = f (ε). Ces essais ont permis de comprendre l’effet de la vitesse de déformation et de la température sur les courbes de contraintes lors de la compression à chaud.

L’exploitation de ces courbes suit l’hypothèse de déformation uniforme au sein de l’échantillon. Les résultats en contrainte-déformation ont été corrigés de l’élévation de la température due à la transformation d’une partie de l’énergie de compression en chaleur, et également de la friction. Cette dernière a été étudiée suivant différentes approches et des calculs comparatifs ont été réalisés afin de déterminer l’influence de ces corrections sur les contraintes et les courbes de déformations. Nous pouvons alors modéliser ces courbes à l’aide de lois, notamment la loi d’Arrhenius qui transcrit des phénomènes microstructuraux de l’alliage par l’intermédiaire de l’énergie d’activation. Cette énergie est calculée pour chaque alliage d’une façon itérative (pas à pas) et d’une façon numérique (par recherche de l’optimum). La première méthode nous montre que l’énergie d’activation est fortement influencée par l’homogénéisation de l’alliage. Puis nous pourrons utiliser la loi de Hansel Spittel pour simuler des tests de compressions.

Les lois définies pour les alliages de l’étude serviront à réaliser des simulations de compression identiques aux tests expérimentaux. Lors de ces simulations, nous verrons que l’hypothèse de compression uniforme au sein de l’échantillon, n’est en réalité pas respectée. Nous étudierons l’effet des paramètres de friction sur la géométrie de l’échantillon simulé afin de s’approcher de la géométrie des essais expérimentaux. Nous déduirons ensuite les courbes de déformation de la simulation pour les comparer avec les courbes expérimentales. Nous montrerons alors le rôle joué par les hétérogénéités de déformations et de vitesses de déformation au sein de l’échantillon et chercherons à les lier à la différence de contrainte obtenue au niveau macroscopique. En plus de cette recherche sur l’hétérogénéité, l’effet des différents paramètres possibles (température, déformation et vitesses de déformation) sur la courbe de contrainte déformation seront étudiés en supprimant leur effet lors de la compression. Nous conclurons alors sur les effets de l’hétérogénéité de déformation, de la friction et des paramètres des lois de déformation.


identifier: Gaied, Mohamed Aziz  (2019). Conception de chaussées submersibles.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Conception de chaussées submersibles

subject:
changements climatiques
chaussée submersible
inondation
conception de chaussée
chaussée inondée
saturation

abstract:
Au Québec, les conditions météorologiques influencent énormément la performance du réseau routier. Le gradient de température que subit une route au Québec contribue à la détérioration des chaussées. L’augmentation attendue des précipitations, diminuera la durée de vie des infrastructures et augmentera la probabilité d’inondation. Cette augmentation explique l’intérêt porté par plusieurs organismes à l’amélioration de la performance des chaussées en conditions d’inondation. Ce rapport présente une revue de la littérature des différentes défaillances pouvant réduire la performance de la chaussée et ses différentes couches en condition d’inondation pour par la suite proposer des solutions adaptées à un contexte québécois.

Un des effets de l’eau sur la surface de la chaussée est la rupture des liaisons entre les granulats et l’enrobé. Ainsi, l’eau cause une accélération de la dégradation de l’enrobé. En s’infiltrant vers les couches liées sous-jacentes, cette eau affecte aussi la liaison entre les couches. Pour les couches granulaires, un fort degré de saturation et une faible perméabilité génèrent une augmentation de la pression interstitielle et une diminution de la rigidité et de la résistance du matériau. Le module résilient est influencé par le niveau de saturation. Donc, le niveau d’eau influence les déformations permanentes associées à l’orniérage. Pour les talus de remblai, les dommages occasionnées sont essentiellement dus à l’érosion et à la saturation.

Ces problématiques dépendent des décharges d’eau au niveau de la chaussée et cette décharge est issue de la vitesse de l’écoulement. Ainsi, les dommages affectant les chaussées doivent être classés en fonction de la vitesse et nature de l’écoulement. Afin d’arriver à une proposition de chaussée submersible adaptée au Québec, plusieurs problématiques ont été soulevées découlant des dommages affectant plusieurs réseaux routiers. La proposition de solution est passée d’abord, par une présentation des solutions utilisées; leurs effets et leurs efficacités en fonction de la vitesse de l’écoulement.

Ensuite, deux pistes de solutions ont été proposées, une piste de solution perméable et une imperméable. Chacune de ces solutions répond à une vitesse d’écoulement spécifique. Ces propositions ont été basée sur l’approche de conception introduite et de nouveaux concepts. Les résultats découlant de ce rapport permettent de mieux comprendre les problématiques liées à l’inondation dans une chaussée. Néanmoins, les propositions faites doivent être validées. Une proposition de méthode de validation a été donnée à la fin de ce rapport.