identifier: Aliyu, M. D. S. (2011). H2 and H∞ Filtering for Nonlinear Singular Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les dernières années, les systèmes singuliers des équations différentielles ont carrément explosé puisqu'on les trouve dans plusieurs champs d'applications allant des systèmes électromécaniques en passant par des circuits électroniques, réacteurs chimiques et/ou biologiques ainsi que les systèmes d'écoulement des fluides. Dans cette thèse, deux classes des systèmes singuliers non linéaires seront considérer, en l'occurrence : (i) systèmes singuliers perturbés, (ii) systèmes généralisés ou systèmes algébro-différentielles. Les techniques H2 et H∞ pour l'estimation de l'état de ces classes seront développés ainsi que des conditions suffisantes pour la résolution des problèmes en termes des équations d'Hamilton-Jacobi seront présentés. Deux systèmes, temps-continu et discrets, seront considérés et, pour plus de viabilité des résultats, des exemples pratiques seront présentés et résolus.  ABSTRACT: Singular systems of differential equations arise in many areas of science and technology, including electro-mechanical systems, electronic circuits, chemical and biological reactors, and fluid flow systems. In this thesis, two classes of singular nonlinear systems are considered; namely, (i) singularly perturbed systems, and (ii) generalized systems, or descriptor, or differential-algebraic systems. H2 and H∞ techniques for state estimation of these classes of systems are developed, and sufficient conditions for the solvability of the problems in terms of Hamilton-Jacobi equations are presented. Both continuous-time and discrete-time systems are considered, and examples are presented to show the usefulness of the results.


identifier: Lacasse, C. (2011). Étude expérimentale et analytique du comportement en compression-flexion de poteaux composites partiellement enrobés de bétons haute performance et de bétons renforcés de fibres métalliques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

format: text text text

rights: copyright copyright copyright

abstract: RÉSUMÉ: Les poteaux composites partiellement enrobés de béton sont des poteaux faits de plaques d'acier minces (Classe 4) soudées ensemble pour obtenir une section en « I » avec du béton coulé entre les ailes du profilé d'acier. De nombreux projets de recherche expérimentaux et de modélisation ont été réalisés sur de tels poteaux composites. À partir des résultats de ces projets de recherche, des équations de conception ont été proposées pour les poteaux composites faits de matériaux traditionnels et conçus pour résister aux charges axiales seulement. Les principaux objectifs du présent projet de recherche ciblent les poteaux composites partiellement enrobés de béton : - sollicités par des efforts de compression ou de compression-flexion; - préalablement soumis à des chargements cycliques ou non; - faits de bétons normaux ou de bétons haute performance; - faits de bétons renforcés ou non de fibres métalliques. Le projet de recherche est divisé selon deux principaux volets : analytique et expérimental.  ABSTRACT: Partially encased composite columns are columns made of thin-walled steel built-up I-sections (Class 4), with concrete cast between the steel flanges. Many experimental and numerical research projects have been carried out on this type of composite columns. From these research projects, design equations have been proposed for partially encased composite columns made of traditional materials and designed to resist axial loads only.The main objectives of this research project is to evaluate the impact on partially encased composite columns of: - axial compression or axial compression-flexure loading; - prior cyclic loading history; - normal concrete or high performance concrete; - steel fibres reinforced concrete. The research project is divided into two main sections: analytical modeling and experimental program.


identifier: Turcan, G. O. (2011). Sensibilité des métaux ferreux à l'effet d'entaille en fatigue  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux ferreux sont souvent utilisés pour la fabrication de pièces, machines, équipements, etc. Selon leur composition chimique et leur méthode d'élaboration, les alliages ferreux présentent des propriétés mécaniques très variées. Le choix de l'alliage est basé sur le type de chargement, l'environnement, le coût, la formabilité et d'autres conditions de fonctionnement. Cette étude a pour but de comprendre le comportement en fatigue de deux aciers ayant une sensibilité différente à l'effet d'entaille : l'acier de construction 350W et l'acier 4140 trempé et revenue, le premier étant moins sensibles à l'effet d'entaille car peu résistant à l'amorçage des fissures. Des essais de fatigue à R = -1 et R = 0 ont été réalisés pour les deux aciers sur trois types d'éprouvette en chargement axial (bord lisse, entaille douce et entaille sévère). Les surfaces de rupture ont été observées et analysées. Le degré de déformation, le nombre de sites d'amorçage ainsi que l'emplacement de la zone de rupture finale ont été étudiés. Les données S-N obtenues ont permis de déterminer les courbes S-N par régression, les limites d'endurance et les facteurs de réduction de la résistance en fatigue. Les résultats ont été interprétés et les valeurs obtenues ont été comparées avec les valeurs estimées par différentes approches existantes. Notamment la validité des estimations des courbes S-N par l'approche d'amorçage/propagation et par la méthode de Juvinall a été éprouvée. La limite d'endurance d'une éprouvette avec bord lisse sollicitée en traction-compression représente 49% de la résistance à la traction de l'acier 350W et 46% de celle de l'acier 4140TR. À R = 0, cette fraction devient 39% pour les deux aciers. Les courbes S-N de l'acier 4140TR sont pour toutes les géométries situées au-dessus de celles du 350W. Les courbes S-N des éprouvettes entaillées sont d'autant plus basses par rapport aux courbes des éprouvettes à bord lisse que le facteur kt est élevé. La chute de la limite d'endurance la plus marquée a été observée dans le cas de l'acier 4140TR, ce matériau donc plus sensible à l'effet d'entaille. Ceci a pour conséquence que le rapport entre les limites d'endurance des deux aciers diminue quand la sévérité d'entaille augmente. Cependant si l'augmentation de la sévérité d'entaille entraine une diminution de la limite d'endurance, la réduction de la résistance diminue quand le nombre de cycles à la rupture diminue. Les courbes S-N ont des pentes d'autant plus élevées que l'entaille est sévère.  ABSTRACT: Ferrous materials are widely used for manufacturing parts, machinery, equipment, etc. Depending on their chemical composition and method of manufacturing, ferrous alloys exhibit very different mechanical properties. The choice of alloy is based on type of loading, environment, cost, formability and other service conditions. The purpose of this study is to understand the fatigue behavior of two steels with different notch sensitivity: a 350W structural steel and a 4140 quenched and tempered steel, the first being less sensitive to notch effect as it has less resistance to crack initiation. Fatigue tests at R = -1 and R = 0 were undertaken for both steels using three types of specimen under axial loading (smooth specimen, blunt V-notch and severe V-notch). The fracture surfaces were observed and analyzed. The degree of deformation, the number of crack initiation sites and the location of the zone of final fracture were studied. The S-N data obtained were used to determine the S-N curves by regression, the fatigue limits and the fatigue notch factors. The results were interpreted and the values obtained were compared with values estimated by different approaches. The validity of S-N curves estimates by the initiation-propagation approach and by the Juvinall method has been tested. The fatigue limit of a smooth specimen tested under fully reversed axial loading represents 49% of the tensile strength of the 350W steel and 46% of that of 4140TR steel. Under zero-to-tension loading, this fraction becomes 39% for both steels. S-N curves of 4140TR steel are located above those of 350W steel for all geometries. The higher the stress concentration factor kt the lower the S-N curves of notched specimens with respect to the smooth specimen curve. The reduction of the fatigue limit was observed more pronounced in the case of 4140TR steel so this material is more sensitive to the notch effect. This means that the ratio between the fatigue limits of both steels decreases as the notch severity increases. However, if the increase in notch severity resulted in a decreased fatigue limit the value of kf decreases for shorter lives. S-N curves have steeper slopes as the notch severity increases. The formation of a plastic zone at the tip of the blunt notch (multiple crack initiation around the circumference and final fracture in the center) is confirmed by examining the fracture surfaces.


identifier: Bensadoun, F. (2011). Développement et caractérisation d'un procédé de fabrication de composites et biocomposites à base de nanoparticules d'argile et de résine polyester insaturée destinés à l'industrie du transport.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis les dix dernières années, l'ajout de nanoparticules dans la fabrication de pièces en matériaux composites provoque un intérêt croissant grâce aux nombreuses améliorations des propriétés observées une fois combinées à une matrice polymère et à un renfort fibreux. Bien que récente, cette technologie est en plein développement et est promise à un brillant avenir. L'attrait principal des nanoparticules est que celles-ci n'agissent pas seulement comme des additifs conventionnels, mais aussi comme un renfort qui apporte une contribution importante au niveau des propriétés générales des matériaux composites. L'obtention de telles propriétés, une bonne compréhension de l'interaction entre les nanoparticules et le polymère est essentielle. Ce projet de maîtrise a pour objectif le développement d'un matériau composite aux propriétés améliorées par l'addition de nanoparticules d'argile dans une matrice de résine polyester insaturée. L'étude vise l'optimisation des propriétés mécaniques de la pièce ainsi que de ses propriétés ignifuges grâce aux nanoargiles et ces améliorations sont de première importance pour l'industrie du transport. Le premier défi a été la dispersion des nanoparticules d'argiles dans une matrice afin d'obtenir une structure homogène sans agglomérats. En effet, ces derniers agissent en tant que concentrateurs de contraintes qui pourraient fragiliser la pièce. Trois différentes techniques de mélange ont été expérimentées dont la sonication, le mélange à haut cisaillement (HSM) et le mélange manuel. Dépendamment du choix de la technique de dispersion, différentes structures peuvent être obtenues, l'idéal étant une exfoliation des nanoparticules. De plus, cette dispersion dépend grandement de la compatibilité nanoargile-polymère ainsi que du choix de la technique de dispersion. Des études rhéologiques ont été accomplies afin de caractériser la structure interne des nanocomposites obtenus. Dans un premier temps, des mesures en cisaillement simple ont illustré une augmentation de la viscosité de l'ordre de 3 décades. De plus, un fort comportement non-Newtonien rhéofluidifiant est observé pour le mélange obtenu par HSM après l'addition et la dispersion des nanoparticules. Ce comportement se définit par une structure initiale désorganisée des feuillets et est dû à la baisse de la mobilité des chaînes polymères. Des mesures en mode oscillatoire à faible amplitude dans le domaine linéaire ont illustré un comportement de type « gel faible » pour les mélanges HSM. Cet état est régit par de fortes interactions entre les nanoargiles et la matrice indiquant une probable exfoliation des  ABSTRACT: For the ten last years, the addition of nanoparticles in the manufacturing process of composite material has a growing interest due to the enhancement of many properties obtained once they are combined to a polymeric matrix and a fibrous reinforcement. Although this technology is recent, it has a brilliant future ahead. Nanoparticles are not just usual additives, they also act as a reinforcement that makes an important contribution to the composite performance and in order achieve those improvements, a good understanding of the interaction between nanoparticles and the polymer is essential. The purpose of this project is to develop a composite with improved properties by the addition of clay nanoparticles in the unsaturated resin polyester matrix. This study seeks the general improvement of composite mechanical properties as well as its fireproof properties with the addition of nanoclays. This aspect would be most useful for the transport's industry. The first challenge was the dispersion of nanoclays in a polymeric matrix to obtain a homogeneous structure without agglomerates. Three techniques were compared: manual mixing, sonication and high shear mixing (HSM). Various structures can be obtained depending on the dispersion technique, the ideal being exfoliation, i.e. a homogenized distribution of polymer between silicate nano-layers in order to increase matrix properties. This dispersion mainly depends on compatibility between clay and polymer. Rheological studies were accomplished in order to characterize the internal structure of manufactured nanocomposites. First, simple shear measurements showed an increase in viscosity of about 3 decades for HSM blends. Moreover, strong non-Newtonian behavior was observed for the HSM mixtures after the addition of nanoparticles and dispersion into the unsaturated polyester matrix. This behavior is defined by an initially disorganized structure of clay layers due to the decrease of polymer chains mobility. Later on, small amplitude oscillatory shear measurements in the linear viscoelastic zone illustrated a solid-like behavior for HSM mixtures. This state is governed by strong interactions between the nanoclay particles and the polymer indicating a probably exfoliated structure. The scanning electron microscopy images showed a reduction of the agglomerate's size for the type of dispersion compared to manual mixing and sonication.


identifier: Cartier, J.-F. (2011). Étude comparative de planificateurs appliqués au domaine des jeux vidéo  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation de la planification dans une architecture de prise de décision d'un jeu vidéo est une technique récente et il existe peu de références démontrant son efficacité par rapport aux techniques usuelles. Notre étude consiste en une évaluation expérimentale de deux planificateurs, GOAP et HTN, dans l'élaboration d'agents autonomes dans un jeu de tir. L'objectif du projet de recherche est de déterminer s'il est avantageux ou non d'utiliser ces planificateurs selon les critères suivants : la qualité de l'agent, la qualité de la planification, la jouabilité et certains attributs de qualité non fonctionnels tels que les limitations comportementales,la facilité d'implémentation et la robustesse face aux changements de conception. Nous avons comparé les deux types de planificateurs à une technique usuelle, la machine à états finis. Les résultats obtenus montrent que les architectures utilisant la planification offrent une qualité d'agent supérieure à la machine à états finis, nécessitent en moyenne moins de temps de calcul, ne nécessitent pas de prévoir toutes les situations auxquelles l'agent fera face et sont plus robustes aux changements de conception. Toutefois, elles résultent en un agent moins réactif et l'implémentation de l'architecture GOAP est une tâche plus complexe que l'implémentation de la machine à états. Finalement, GOAP offre une qualité de l'agent légèrement supérieure à HTN, mais ce dernier est plus facile d'implémentation. En définitive, sans toutefois être sans inconvénient, les planificateurs possèdent des avantages à être utilisés dans une architecture de prise de décision d'un jeu de tir. Quant au planificateur le plus approprié, le choix devrait être réalisé en fonction des exigences spécifiques du projet.  ABSTRACT: The use of planning in a decision making architecture of a video game is a recent technique and there are few references demonstrating its effectiveness compared to conventional techniques. Our study provides an experimental evaluation of two planners, GOAP and HTN, in the development of autonomous agents in a shooting game. The objective of the project is to determine whether it is advantageous or not to use these planners based on the following criteria: quality of the agent, quality of planning, gameplay and some non-functional quality attributes such as behavioral limitations, ease of implementation and robustness to design changes. We compared the two types of planners to a conventional technique, the finite state machine. The results show that the planning architectures offer a superior quality of agent than the finite state machine, require less computing time, do not require to anticipate all situations that the agent will face and are more robust to changes in design. However, they result in a less reactive agent and the implementation of the GOAP architecture is a more complex task than implementing the state machine. Finally, GOAP provides a slightly superior agent quality than HTN, but the latter is easier to implement. Ultimately, though not without downsides, planners have advantages for use in a decision making architecture of a shooter. As for the most appropriate planner, the choice should be made according to specific project requirements.


identifier: Demuysère, R. (2011). Développement d'un indice mesurant la stabilité enzymatique relative des sols pour évaluer l'impact d'une contamination organique complexe sur la qualité de sols dans un contexte de remédiation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les sols sont des ressources naturelles essentielles au cycle de la vie. Leur dégradation est donc problématique puisque la perte de leur qualité d'origine peut avoir des impacts néfastes, comme la dégradation des services rendus par les écosystèmes pour promouvoir la santé humaine. Une des causes contribuant à la dégradation rapide des sols est l'émission de polluants dans l'environnement. Malgré la mise en place de politiques de réhabilitation des sites contaminés fixant des seuils réglementaires en fonction des usages des sols, la complexité dans la composition des sols induit qu'il est difficile d'estimer si, suite à une remédiation, le sol retrouve ses fonctionnalités d'origine et si toute toxicité due à la présence des contaminants est éliminée pour les écosystèmes et les humains. Cette difficulté est principalement rencontrée, lorsque les contaminants sont sous forme de mélanges complexes et/ou des composés persistants dans les sols.  Bien que la littérature regorge d'études sur le développement d'indices d'évaluation de la qualité des sols, la détermination d'un indice utilisant des indicateurs biologiques et mesurant à la fois de manière qualitative et quantitative les effets toxiques des contaminants dans les sols relève encore du défi. Pour être pertinent, un tel indice de qualité doit être sensible aux différents niveaux de contaminations, être adapté à tout type de contaminations, même les plus complexes, et être applicable à tout type de sols.  Pour évaluer l'effet des contaminants dans les sols, il est proposé de mesurer la stabilité des fonctions enzymatiques dans un sol, via l'indice de stabilité relative du sol (RSSI : « Relative Soil Stability Index »). Le calcul de cet indice se base sur la réponse dynamique d'enzymes extracellulaires, impliquées dans les réactions qui se produisent au sein des cycles biogéochimiques (C, N, P, S) régulant le cycle de la vie, face à une perturbation thermique, sur une période de temps donnée. Néanmoins, cet indice présente des lacunes dont 1) l'éventuelle stimulation ou inhibition de l'activité enzymatique par la présence de contaminants dans le sol qui n'est pas prise en compte dans le calcul; et 2) la comparaison entre les valeurs de RSSI qui est difficile à faire sans la présence d'une référence.  Ce projet de maîtrise se propose de pallier ces lacunes en adaptant l'outil de mesure de la stabilité enzymatique à tout contexte de contamination. L'indice qui en découle a été renommé: le RSSIr (« Relative Soil Stability Index using a Reference soil »). L'hypothèse de recherche sur laquelle se base le projet est la suivante : L'évaluation quantitative de la stabilité relative du sol via le RSSIr permet de détecter l'impact d'une contamination complexe aux hydrocarbures sur la qualité des sols en distinguant différents niveaux de concentrations, et cela quel que soit le type de sol. Deux objectifs ont été ciblés : 1) Tester l'outil RSSIr et vérifier sa capacité à évaluer la qualité de sols de différents types et niveaux de contamination complexe; et 2) Vérifier l'utilisation de l'outil RSSIr dans le cadre d'un cas réel, pour évaluer la qualité de sols ayant subi des traitements biologiques de remédiation suite à une contamination. La contamination choisie pour ces expériences consistait en des mélanges complexes d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), composés organiques persistants et difficilement dégradables.  Dans un premier temps, trois sols de textures différentes (loam argilo-sableux, sol argileux, loam sableux) ont été contaminés artificiellement. Chaque type de sol a donné lieu à cinq échantillons de différents niveaux de contamination (0; 0,17; 1,70; 24 et 60 mL créosote.kg-1 de sol sec), nommés C0, C1, C2, C3 et C4, correspondant théoriquement à des concentrations en HAP respectives de 0, 87, 870, 12 432 et 31 173 mg total HAP.kg-1 de sol sec. Dans un second temps, des sols contaminés principalement par des HAP ont été prélevés le long d'une chaîne de traitements biologiques (avant traitement, après co-compostage, pendant le traitement de phytoremédiation). Un échantillon témoin a également été prélevé.  Pour répondre aux deux objectifs, le schéma expérimental appliqué était semblable. Une perturbation thermique ponctuelle (60°C, 24 heures) a été appliquée aux échantillons de sols. L'impact de cette perturbation a été suivi sur les potentiels d'activités de trois enzymes (protéase, uréase, arylsulfatase) sur une période de 12 jours, puis quantifié par le calcul de valeurs RSSI et RSSIr. Le calcul d'une valeur RSSI se base sur la comparaison du travail qu'une enzyme produit dans un sol contaminé à la suite d'une perturbation avec le travail qu'elle accomplit dans le même sol contaminé mais non perturbé. Quant au RSSIr, la référence du sol est modifiée : le calcul d'une valeur RSSIr se base sur la comparaison du travail qu'une enzyme accomplit dans un sol contaminé à la suite d'une perturbation avec le travail qu'elle produit dans le même sol non contaminé et non perturbé (sol de référence). Des analyses statistiques ont été utilisées pour interpréter les résultats.  Avec les sols contaminés artificiellement, contrairement à l'outil RSSI, le RSSIr montre des résultats intéressants : calculé à partir du suivi des potentiels de la protéase et de l'uréase, il permet de différencier les sols contaminés par des niveaux faibles de ceux contaminés par des niveaux élevés de créosote. La protéase est l'enzyme qui présente la plus grande stabilité dans les sols faiblement contaminés (indices calculés supérieurs à 100 %). Dans les sols hautement contaminés, la stabilité de cette enzyme est inhibée, en particulier dans le sol argileux (indices calculés de 7,3 ±8,3 % dans le sol contaminé C3 contre 184,3 ±17,2 % dans le sol non contaminé C0). Quant aux valeurs de RSSIr mesurées avec l'uréase, dans les sols faiblement contaminés, celles-ci ne dépassent pas le seuil de 53,7 ±5,9 % (valeur enregistrée pour le loam argilo-sableux contaminé C2), l'activité de l'uréase étant inhibée par la chaleur thermique appliquée. Globalement, il est observé que les mesures de stabilités basées sur les activités de la protéase et l'uréase décroissent avec l'augmentation du niveau de contamination. Toutefois, ces tendances varient différemment dans les trois sols testés, confirmant ainsi que l'effet toxique des HAP change avec la composition du sol et notamment avec le contenu en matière organique (MO) ou en argile.  Dans les sols de terrain, les concentrations mesurées confirment le rendement des traitements : des diminutions de 91 ±4 % du contenu en HAP, suite au traitement de co-compostage et de 89 ±3 % du contenu en C10-C50 entre le traitement de co-compostage et le traitement pendant phytoremédiation sont observées. Les valeurs de RSSIr, calculées à partir du suivi des potentiels de la protéase et de l'arylsulfatase, sont sensibles aux niveaux de contamination et aux traitements de bioremédiation appliqués Les outils mesurant les stabilités enzymatiques dans les sols après traitements (co-compostage et phytoremédiation) présentent des valeurs largement supérieures à 100 % pour les mesures de RSSIr et légèrement inférieures à ce seuil pour les mesures de RSSI. Ces mesures de stabilité reflètent ainsi une nette amélioration de la stabilité fonctionnelle après les traitements. Cependant, les valeurs de stabilité du sol de référence peuvent atteindre des valeurs largement inférieures à celles calculées pour des sols contaminés : par exemple pour l'arylsulfatase un RSSIr de 25,4 ±2,7 % dans le sol témoin (non contaminé) et un RSSIr de 48,7 ±10,5 % dans le sol contaminé avant traitement sont calculés. Ainsi les résultats obtenus introduisent l'importance à accorder dans le choix du sol de référence. En effet, l'application de traitements biologiques participe aux changements de la structure et de la composition des sols et rend ainsi discutable le choix du sol de référence, ainsi que la méthode de mesure de la stabilité enzymatique dans un sol.  Finalement, le projet a permis de conclure tant sur les capacités de l'outil RSSIr à être un bon indice de qualité que sur ses perspectives d'outil écotoxicologique pour mesurer les effets toxiques des HAP sur les microorganismes. Pour faire suite à ce projet, le développement de la méthodologie peut se poursuivre dans les axes d'améliorations suivants : optimisation dans l'établissement des courbes dose-réponse, investigation sur les facteurs de variation de l'outil (en particulier ceux de la composition des sols), de l'âge de la contamination, ainsi que du type de contaminants.  ABSTRACT: Soils are natural and essential resources for the life cycle. Their degradation is therefore problematic, as a loss in their original quality can have negative impacts such as the degradation of ecosystem services to promote human health. The emission of pollutants in the environment represents one of the causes for rapid soil degradation. Despite established regulations for contaminated sites rehabilitation which define contaminant limits based on soil use, the complex nature of soils leads to difficulty in judging whether a soil recovers to its initial functionality after remediation, and whether the contaminant toxicity is suppressed for the ecosystems and humans. This difficulty is mostly found for contaminations by complex mixtures and/or persistent chemical compounds in soils.  While literature is overwhelmed with studies on the development of indices for soil quality evaluation, determining an index using biological indicators and measuring the toxic effects of contaminants in soils both quantitatively and qualitatively still remains a challenge. To be relevant, such a quality index has to be sensitive to various contamination levels, be adaptable to any contamination context -even the most complex ones-, and be applicable to any type of soil.  To evaluate the effect of contaminants in soils, this project proposes to measure soil enzymatic functions using the Relative Soil Stability Index (RSSI). In order to calculate this index, the dynamic response of extracellular enzymes, involved in reactions occurring in the biogeochemical cycles (C, N, P, and S), regulating the life cycle is monitored over a period of time when submitted to a thermal perturbation. Nevertheless, this index bears some deficiencies: 1) eventual stimulation or inhibition of enzyme activity due to the presence of contaminants in soil is not taken into account in the calculations, and 2) without a reference, the comparison between RSSI-values is difficult.  This master's thesis proposes to overcome the deficiencies mentioned above by adapting the tool for measuring enzymatic stability to any contamination context. The resulting index is renamed “Relative Soil Stability Index using a Reference soil” (RSSIr). The research hypothesis of this project is the quantitative evaluation of relative soil stability using RSSIr, which allows for the detection of the impact of complex-hydrocarbon contamination on soil quality by discriminating different concentrations levels, regardless of soil type. Two main objectives are addressed: 1) testing the RSSIr tool and verifying its ability to measure the quality of different soil types and complex contamination scenarios; and 2) implementing the RSSIr tool in real scenarios for evaluating the quality of soil bioremediation. The selected site for these experiments is contaminated by PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon) mixtures which are persistent organic compounds and difficult to degrade.  Firstly, three soils of various grain size mixtures (sandy clay loam, clay, sandy loam) were artificially contaminated. Each soil type lead to five samples with different contamination levels (0; 0.17; 1.70; 24 and 60 mL creosote. dry soil kg-1), named C0, C1, C2, C3 and C4, respectively, corresponding to theoretically respective PAH concentrations of 0, 87, 870, 12 432 and 31 173 mg total PAH. dry soil kg-1. Secondly, contaminated soil samples, (mostly by PAH) were collected at various points along the biological treatment process (prior to treatment, after co-composting, during phytoremediation), along with a control soil sample. For both types of soil samples the experimental process was similar. A thermal perturbation (60°C, 24 hours) was applied to the soil samples. The impact of this perturbation was then monitored throughout a 12-day period by measuring the potential activity of three enzymes (protease, urease, arylsulfatase), and subsequently quantified by calculating RSSI and RSSIr values. The calculation of a RSSI value is based on the comparison made between enzyme activity in a contaminated soil following perturbation, and enzyme activity in the same contaminated soil, but not perturbed. As for the RSSIr tool, the reference soil is modified: the calculation of a RSSIr value is based on the comparison between the enzyme activity in a contaminated soil following a perturbation and the enzyme activity in the same uncontaminated and non-perturbed soil (the reference soil). Statistical analyses were used to examine the results.  With artificially contaminated soils, the RSSIr shows more interesting results compared to the RSSI tool: calculated from the protease and urease potential monitoring, the RSSIr allows for discriminating between low and high creosote contaminated soils. Protease shows the best stability in the low contaminated soils (stability index values higher than 100 %). In highly contaminated soils, the stability of this enzyme is inhibited, particularly in clay (values of 7,3 ±8,3 % in the contaminated C3 soil sample versus 184,3 ±17,2 % in the non-contaminated C0 soil sample). As for the RSSIr values measured with urease, in low contaminated soils values do not exceed the threshold of 53,7 ±5,9 % (value obtained for the contaminated C2 sandy clay loam); urease activity is inhibited by the applied thermal stress. Overall stability values based on protease and urease decrease when contamination levels increase. These trends however vary in the three soils that were tested; this confirms that the toxic effects of PAHs change with soil composition, and specifically with varying organic matter or clay content.  In the site soil samples, the measured concentrations confirmed the efficiency of treatment: a decrease in PAH concentrations, up to 91 ±4 % after co-composting treatment, and decrease of C10-C50 concentration of up to 89 ±3 % between co-composting and phytoremediation treatments. RSSIr values were sensitive to contamination levels and to applied bioremediation treatments, calculated from the monitoring of protease and arylsulfatase potentials. Like the previous study, tools measuring enzymatic stabilities in soils after treatment (co-composting and phytoremediation) present values noticeably greater than 100 % when calculated with the RSSIr, and slightly lower than this threshold when calculated with the RSSI. These stability measurements therefore reflect a clear enhancement of functional stability after treatment. Moreover, stability values of the reference soil reach values significantly lower than those calculated for contaminated soils. For example, using arylsulfatase, an RSSIr value of 25,4 ±2,7 % was obtained in the control soil sample (non-contaminated) and a RSSIr value of 48,7 ±10,5 % was calculated for the contaminated soil sample. Consequently, the results showed the importance of reference soil choice. Biological treatment applications can lead to changes in soil structure and composition, making the choice of the reference soil, and the method to measure the enzymatic stability in a soil, rather arguable.  Finally, the project allows concluding on both the abilities of the RSSIr tool to be a good quality index and its perspectives as an ecotoxicological tool to evaluate the toxic effect of PAHs on microorganisms. Following this project, the index development method may be improved: notably, optimization in the establishment of dose-response curves, investigation on the factors of the tool variations (especially parameters from soil composition), on the contamination age and also contamination type.


identifier: Benchikh, S. (2011). Transformées orthogonales de l'analyse spectrale pour le filtrage et la compression des images  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ces dernières années ont vu une demande croissante pour la transmission et le stockage de haute qualité des signaux numériques, tels que la voix, la musique, l'image, la vidéo et les données pour différentes applications, y compris le HDTV, le iPod, le téléphone cellulaire, la vidéo-conférence, la caméra numérique, le stockage des images biomédicales, l'archivage, etc. Pour satisfaire ces besoins, il y a eu des études très riches et beaucoup d'efforts de recherche dans le domaine de la compression des données. Il existe deux types de compression: Compression sans perte où la reconstruction des données est identique à l'original mais le taux de compression est très faible et la compression avec perte où le taux de compression est très élevé mais avec perte d'information. Nous focalisons notre attention en particulier sur la compression avec perte. L'utilisation des transformées est recommandée pour ce genre de compression. Pour une application donnée, le choix d'une transformée en particulier dépend de la quantité d'erreur tolérée dans la compression et de la complexité de calcul. Le but est de trouver une transformée qui ferait concentrer l'énergie du signal dans le plus petit nombre de paramètres et qui n'exigerait pas une complexité excessive de calcul. Les algorithmes dits rapides de ces transformées permettent de réduire significativement le nombre d'opérations arithmétiques pour le calcul de la transformée directe et de son inverse. L'objectif de ce travail est d'étudier des systèmes de compression d'images à base de transformées satisfaisant un bon compromis entre le taux de compression et le rapport signal sur bruit pour l'utilisation dans la transmission ou l'archivage. Les techniques de transformées choisies dans notre mémoire pour la compression d'images sont la transformée discrète en cosinus (DCT) et la transformée discrète en ondelettes (DWT). Ainsi, nous analyserons tout d'abord la compression par DCT, puis la compression par DWT. Nous nous pencherons sur les critères de performance de l'une et de l'autre. D'un autre coté, nous étudierons l'impact de la distribution spectrale des images sur la qualité de compression. Comme la  qualité de la compression d'images par DWT dépend du type d'ondelette utilisée, plusieurs familles d'ondelettes à support compact sont étudiées et évaluées. Finalement une évaluation numérique de la compression par DCT et DWT est présentée.  ABSTRACT: There have been increasing demands for high-quality transmission and data storage, such as voice, music, image, video and data for different applications, including HDTV, iPod, cellular phones, video conferencing, digital camera, storage of biomedical images, data archiving, etc. To meet those needs, there have been very rich studies and several research efforts in the field of data compression. There are two types of compression:  1) lossless compression in which reconstruction of the data is identical to the original one, but the compression ratio is very low and 2) lossy compression where the compression ratio is very high, but with data loss. In particular, we focus our attention on the lossy compression. The use of transform techniques is recommended for this type of compression. For a given application, the choice of a particular transform technique is highly dependent on the amount of error that can be tolerated in the compression and computational complexity. The goal is to find a transform that is able to concentrate the signal energy in the smallest numbers of parameters and which does not require excessive computational complexity. The fast algorithms of these transforms can significantly reduce the number of arithmetic operations to evaluate the forward transform and its inverse. The objective of this research is to study image compression systems based on transform techniques for data transmission or archive while providing a good tradeoff between the compression rate and signal to noise ratio. The transform techniques chosen in this thesis for image compression include discrete cosine transform (DCT) and discrete wavelets transform (DWT). We first review and analyze the compression technique using DCT and then using DWT. We place an emphasis on the performance criteria for DCT and DWT. In addition, we study the impact of the spectral distribution of the images on the quality of each compression technique. Since the quality of image compression by DWT is highly dependent on the type of wavelets, several families of compactly supported wavelets are studied and evaluated. Numerical evaluations for compression by DCT and by DWT are performed.


identifier: Martin, E. (2011). Étude de la performance de piles à combustible microbiennes et l'effet des matériaux d'électrodes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les récents changements climatiques ont amené une toute autre dimension au domaine de l'énergie puisqu'on se doit maintenant de changer ce qui constitue notre source principale, les carburants fossiles. Des alternatives explorées est survenue la pile à combustible microbienne, une source d'énergie permettant à la fois l'enlèvement des matières organiques contenues dans les eaux usées et la génération d'électricité. Fonctionnant avec plusieurs types de composés organiques, cette technologie prometteuse peut être implantée dans de multiples milieux: usines d'épuration des eaux usées, exploitations et industries agroalimentaires et installations de pâtes et papiers. Cette technologie ouvre ainsi la porte à la production universelle d'électricité à bon marché puisque tout pays génère une quantité substantielle d'eaux usées et de biomasse. Étant donné la complexité d'un tel système entremêlant microbiologie, électrochimie et phénomènes d'échange au sein d'un réacteur, il est important d'analyser la performance des piles microbiennes sous diverses conditions expérimentales. Ce projet a donc pour objectif d'améliorer la compréhension générale conduisant à la maximisation des performances d'une telle pile. Il est supposé que le fonctionnement des piles à combustible microbiennes est influencé par les conditions d'opération de même que par le développement du biofilm et d'autres limitations. Il est également approprié de présumer que les matériaux d'électrodes ont eux aussi des conséquences soit sur l'activité des microorganismes ou encore la réactivité de la réaction électrochimique. Ainsi, diverses conditions d'opération et configurations sont testées pour permettre d'identifier les effets concrets de ces changements sur la performance des piles. Aussi, le développement du biofilm est étudié en profondeur sous diverses conditions afin d'améliorer l'échange d'électrons à l'interface du biofilm actif et de l'anode.  Les expérimentations de ce projet sont effectuées sur une pile microbienne à une seule chambre et ne contenant pas de membrane à échange ionique, pile inoculée à l'aide de boues anaérobies et approvisionnée de substrats simples (glucose, acétate). La pile est généralement opérée à température ambiante et à pH neutre. Le suivi périodique du courant généré par la pile microbienne tout au long de son opération a permis de noter l'évolution de la croissance du biofilm anodique ainsi que son activité. Les caractéristiques de la pile (résistance interne et résistance des électrodes, courant et puissance générés) ont été évaluées à l'aide des techniques de polarisation et de spectroscopie d'impédance électrochimique. La voltammétrie cyclique a permis l'observation de l'activité électrochimique des microorganismes électricigènes et la détermination de leur potentiel d'oxydoréduction, de même que la réversibilité du système ainsi que sa limitation par la diffusion. Par ailleurs, il est possible d'évaluer les modifications lors de l'opération des piles sous diverses conditions à l'aide de calculs, soit l'efficience de l'enlèvement des matières organiques ainsi que le rendement coulombique (efficacité de la transformation de la charge organique en électricité). Pour se faire, la chromatographie gazeuse est utilisée pour évaluer la concentration de substrat en solution ou encore la constitution des gaz générés au sein du réacteur. Finalement, diverses analyses complémentaires nous renseignent quant à la dispersion, la taille et la forme des microorganismes sur les électrodes (microscopies optique et électronique) et sur le relâchement d'ions métalliques provenant des cathodes testées (spectrométrie d'absorption atomique).  Ces expérimentations et analyses ont permis de cibler divers effets pouvant améliorer la performance de la pile à combustible microbienne. Ainsi, l'influence de la charge organique (avec glucose et acétate), du pH et de la température d'opération de la pile a été montrée et des valeurs optimales ont été déterminées, conduisant à une augmentation significative de l'activité du biofilm anodique et à une diminution de l'activité des méthanogènes, ces derniers réduisant l'efficacité coulombique en déviant une quantité non négligeable du substrat à leur profit. Or, une charge organique de 2 à 4 g L-1 jour-1, un pH entre 6,25 et 6,5 de même qu'une température élevée à la cathode (62°C) mais modérée à l'anode (30°C) a amené un accroissement de la puissance maximale générée à 19,2 W m-3. Durant les expériences effectuées avec l'acétate comme substrat, la distance entre les électrodes de même que le volume de la pile ont été diminués, conduisant à une puissance volumique de 92,4 W m-3. Toutes ces observations font l'objet du premier article présenté dans cette thèse. Puisque la puissance générée par la pile est fonction du nombre de microorganismes électricigènes peuplant le biofilm, cette relation est approfondie dans le second article. Ce dernier, dont le but était d'étudier le développement du biofilm, met en lumière l'influence de la vitesse de variation de la charge externe lors de la croissance du biofilm actif. Ainsi, lorsque la charge externe est ajustée rapidement pour avoisiner la valeur de la résistance interne de la pile, l'échange d'électrons est favorisé, de même que la prolifération des microorganismes responsables de la génération de ces électrons. En favorisant la croissance plus rapide des microorganismes électricigènes, les autres espèces non-électricigènes sont quelque peu désavantagées et la consommation du substrat participe principalement à la production d'électricité plutôt que tout autre produit non désiré (ex. : méthane). Cet article démontre aussi l'influence du degré de développement du biofilm sur la limitation par diffusion de la réaction anodique, limitation qui s'accentue à mesure que le biofilm croît. Le troisième article éclaircit la cause de la diffusion du transfert de charge à l'anode. Ainsi, la variation de la charge organique d'acétate dans des piles microbiennes dont l'anode est formée de carbone sous forme de feutre (3D) et de papier (2D) de même que la baisse de la conductivité de l'électrolyte a permis de cibler la diffusion des protons hors du biofilm comme facteur limitant de la génération de courant. De plus, une réaction électrochimique secondaire a été identifiée à l'anode, celle-ci créant une augmentation de la résistance de cette électrode et par le fait même, une légère diminution de la puissance produite. Finalement, les multiples analyses électrochimiques ont permis d'établir avec une grande certitude que le mécanisme de transfert d'électrons effectué par les microorganismes électricigènes est par contact direct avec l'anode soit des microorganismes eux-mêmes ou de la matrice conductrice du biofilm, les cytochromes étant responsables du transport d'électrons dans les deux cas.  Le dernier article traite de l'évaluation de nouveaux matériaux de cathodes (carbone, Mn2O3 et Fe2O3) comparativement à une cathode de platine. Ces matériaux ont été choisis pour leur potentiel à stimuler le développement de microorganismes pouvant influencer l'activité de la cathode afin d'obtenir une biocathode; toutefois ce phénomène n'a pas été vérifié. Néanmoins, il a été constaté que les différents matériaux de cathodes effectuaient tous la réduction de l'oxygène tel qu'observé sur le platine, et que l'activité des catalyseurs cathodiques peut devenir un facteur limitant important de la performance des piles microbiennes. Or, le Mn2O3 s'est avéré une bonne voie à explorer comme matériau de remplacement du platine. Somme toute, le rendement obtenu dans nos expérimentations ne surpasse pas encore les bioréacteurs générant du méthane à partir d'eaux usées. Aussi, plusieurs aspects doivent être améliorés afin de voir leur implantation en milieux industriels, soit l'utilisation de matériaux cathodiques efficaces et peu coûteux ainsi que l'amélioration de la configuration et l'agrandissement d'une pile à haut rendement. Des alternatives intéressantes se situent au niveau de leur transposition pour le traitement d'eaux contaminées par certains métaux lourds (uranium, cuivre) ou pour la génération d'hydrogène à la cathode en imposant de l'électricité au système.  ABSTRACT: Recent climate change has brought a whole new dimension to the energy field since now we must change our primary source, fossil fuels. The microbial fuel cell (MFC) technology emerged as a result of recent efforts in the development of alternative sources of energy. The MFC technology provides organic matter removal in wastewater along with electricity generation. Functioning with many types of organic compounds, this promising technology may be implemented in multiple settings: sewage treatment plants, farms and food processing plants and pulp and paper industries. This technology opens the door to universal and inexpensive electricity production since every country generates a substantial amount of wastewater and biomass. Given the complexity of such system combining microbiology, electrochemistry and transport phenomena in a reactor, it is important to analyze the performance of microbial fuel cells under various experimental conditions. This project therefore aims to improve the general understanding that leads to the performance maximization of such cell. It is assumed that the microbial fuel cells' functioning is influenced by the operation conditions as well as the biofilm development and other limitations. It is also appropriate to suppose that the electrode materials also have consequences on either the microorganisms' activity or the electrochemical reaction reactivity. Thus, various operating conditions and configurations are tested to identify the specific effects of these changes on cell performance. Also, the development of the biofilm is extensively studied under various conditions to improve the electrons transfer between the active biofilm and the anode. Experiments in this project are performed in a membraneless single-chamber microbial cell inoculated with anaerobic sludge and supplied with simple substrates (glucose, acetate). The cell is generally operated at room temperature and neutral pH. Periodic monitoring of the current generated by microbial fuel cell throughout its operation permitted to notice the evolution of anodic biofilm growth and activity. The cell characteristics (internal and electrodes resistance, current and power generation) were evaluated using polarization and electrochemical impedance spectroscopy techniques. Cyclic voltammetry allowed the observation of the electrochemical activity of anode-reducing microorganisms and determination of their redox potential, as well as the system reversibility and its diffusion limitation. Moreover, it is possible to evaluate changes in the fuel cells operation under various conditions using calculations of organic matter removal effectiveness and coulombic efficiency (conversion efficiency of substrate to electricity). For these calculations, gas chromatography is used to evaluate the substrate concentration in solution or the generated gas composition within the reactor. Finally, various further tests show the distribution, size and shape of microorganisms on the electrodes (light and electron microscopies) and the release of metal ions from the cathode tested (atomic absorption spectroscopy). These experiments and analyses permitted to identify various effects that can improve the microbial fuel cell performance. Thus, the influence of organic load (of glucose and acetate), pH and operating temperature of the fuel cell has been shown and optimal values were determined, leading to a significant increase in the anodic biofilm activity and a decrease of the methanogens activity, the latter reducing the coulombic efficiency by diverting a non-negligible substrate amount for their benefit. Hence, organic loading of 2 to 4 g L-1 day-1, pH between 6,25 and 6,5 as well as high cathode temperature (62 °C) but moderate anode temperature (30 °C) caused a maximum power generation increase to 19,2 W m-3. During the experiments with acetate as substrate, distance between electrodes and fuel cell volume have been reduced, leading to a power density of 92,4 W m-3. All these observations are the subject of the first article presented in this thesis. Since the microbial fuel cell power generation depends on the number of anode-reducing microorganisms populating the biofilm, this relationship was deepened in the second manuscript. This article, which intended to monitor the biofilm development, highlights the influence of external load changing rate during the active biofilm growth. Thus, when the external load is adjusted rapidly to approach the cell internal resistance, electrons exchange is enhanced as well as the proliferation of microorganisms responsible of these electrons generation. By promoting faster anode-reducing microorganisms growth, other species are somewhat disadvantaged and substrate consumption is primarily involved in the electricity production rather than any other unwanted products (eg.: methane). This article also demonstrates the influence of the biofilm development level on the diffusion limitation of the anodic reaction, a limitation that becomes more pronounced as the biofilm grows. The third article clarifies the diffusion limitation of the charge transfer at the anode. Therefore, the organic load variation of acetate in microbial fuel cells with carbon felt (3D) and carbon paper (2D) anodes as well as the electrolyte conductivity decrease has targeted protons diffusion out of the biofilm as the current generation limitation. In addition, a secondary electrochemical reaction has been identified at the anode, creating an electrode resistance increase and thereby a slight power output decrease. Finally, multiple electrochemical analyses helped to establish with certainty that the electron transfer mechanism carried out by anode-reducing microorganisms is by direct contact with the anode via microorganisms themselves or the conductive biofilm matrix, cytochromes being responsible for the electrons transport in both cases. The last manuscript deals with new cathode materials (carbon, Mn2O3 and Fe2O3) evaluation in comparison to a platinum cathode. These materials were chosen for their potential to stimulate the proliferation of microorganisms capable of influencing cathode activity in order to obtain a biocathode; however, this phenomenon has not been verified. Nevertheless, it was found that the different cathode materials were all performing oxygen reduction reaction as observed with platinum, and that cathodic catalysts activity can become a major limiting factor of microbial cell performance. However, the Mn2O3 was found to be a good alternative to investigate as platinum replacement material. Overall, the performance obtained in our setup does not yet surpass bioreactors that generate methane from wastewater. Also, several aspects should be improved in order to see their implementation in industries, for instance the use of effective and inexpensive cathode materials as well as the setup improvement and the enlargement of a high performance microbial fuel cell. Interesting alternatives reside in their transposition for treatment of heavy metals contaminated water (uranium, copper) and for hydrogen generation at the cathode by injecting electricity in the system.


identifier: Bellomo, L. D. (2011). Modelling of Wind Energy Converters for Slow and Fast Transients  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour améliorer la précision des études de l'impact de la génération éolienne sur les réseaux électriques, il est nécessaire développer des outils de simulation plus rapides et précis et utiliser des modèles de plus en plus sophistiqués. Les simulations sont généralement et traditionnellement effectuées de façon indépendante pour les phénomènes transitoires rapides et lents. Pour les transitoires lents, l'approche classique est basée sur l'utilisation de méthodes de solution simplifiées avec des approximations. Ces méthodes se classent dans la catégorie des transitoires électromécaniques. Les modèles plus sophistiqués sont basés sur la simulation détaillée de tous les composants d'une éolienne. Ces modèles appartiennent à la catégorie des transitoires électromagnétiques (EMT pour Electromagnetic Transients). Il est cependant très compliqué d'effectuer des simulations détaillées pour des périodes de simulation longues à cause des restrictions de temps de calcul. Cela est particulièrement vrai dans les grandes simulations d'intégration des éoliennes au réseau électrique. L'objectif et l'innovation de cette thèse est la simulation d'éoliennes avec une méthode de type EMT et un logiciel de type EMTP (Electromagnetic Transients Program) en appliquant des techniques de modélisation rapides et la combinaison avec des modèles détaillés. Ainsi les phénomènes lents et rapides peuvent être simulés dans un seul environnement de type EMTP. Un second objectif est la contribution de plusieurs modèles d'éoliennes pour les phénomènes rapides et lents. Cette thèse présente trois types de modèles, deux modèles à valeur moyenne et un modèle détaillé, dans le même environnement du logiciel EMTP-RV et en utilisant les mêmes méthodes numériques. Le développement des modèles de type détaillé sert principalement de référence pour la validation et la démonstration de précision pour les modèles à valeur moyenne.  ABSTRACT: To improve the accuracy of wind generator grid impact studies, it is needed to develop faster and sophisticated models using various simulation tools. The simulations are usually carried out independently for fast and slow transients. Traditional slow transient analysis methods are based on simplified solution methods with various approximations. These methods fall into the category of electromechanical transients. More sophisticated models are based on the detailed simulation of all wind generator components. Such models fall into the category of electromagnetic transients (EMT). It is, however, complicated to run detailed simulations for long simulation periods due to computer time restrictions. This is especially true in large grid integration simulations. The objective and innovation of this thesis is the simulation of wind generators in EMTP-type (Electromagnetic Transients Program) programs using faster modeling techniques with small integration time-steps and the capability to combine with detailed models. This way fast and slow transients are solved in the same environment and with acceptable computational speed. Another objective of this thesis is the contribution of wind generator models for wind farm integration studies. This thesis presents the integration of three types of models, two mean value type models and one detailed EMTP-type (Electromagnetic Transients Program type), in the same EMTP-RV (software of EMTP-type) environment and with the same numerical methods. The mean value type models are distinguished by their precision levels. At the first level the model is demonstrated to contribute to significant reduction of computing time while limiting the loss of accuracy. At the second level the model provides precision improvement over the first level while still limiting computational efforts. The presented modeling techniques are validated using comparative simulation techniques based on EMTP-RV and PSS/E. PSS/E is only used for the simulation of electromechanical transients.


identifier: Li, R. (2011). Electrodeposition and Characterization of ZnO Thin Films for Solar Cell Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail porte sur l'étude de la composition chimique, la morphologie et les propriétés optiques des couches minces d'oxyde de zinc déposées par voie électrochimique à partir d'une simple solution aqueuse de chlorure de zinc. Les rangées de nanotiges de ZnO ont été préparées et déposées sur un substrat de dioxyde d'étain dopé au fluor (FTO) à basse température. Les images des nanostructures obtenues par la microscopie électronique à balayage ont montré une structure wurtzite, ou des grains hexagonaux de forme semblable à une tige (aiguille) perpendiculaires à la surface du substrat. Et la couche mince possède une épaisseur d'environ 0.4 - 2.11µm. Le spectre de diffraction par rayon-X montre que la composition chimique des couches minces est presque pure et l'orientation préférentielle de la croissance de ZnO est (002), cette direction est bien est en accord avec les résultats obtenus dans la littérature par  calcul. Il est admis que les oxydes métalliques obtenus à l'échelle nanométrique qui conduisent à  une distribution ordonnée des charges sont soit de forts accepteurs d'électrons ou favorisent le transport de charges à partir des canaux continus formés le long des nanotiges. Par exemple, ces matériaux possèdent des  affinités et des mobilités électroniques élevées qui permettent d'améliorer les propriétés électriques de la photoanode dans une pile solaire photosensibilisée car ceci favorise  le transport de charge issu du canal continu le long des nanotiges. La mesure des propriétés électriques, notamment la mesure de la résistivité a été effectuée par la méthode des quatre points. À travers la mesure et  le calcul, le résultat des résistivités est d'environ 4.39×103 Ωcm-1, pendant que les énergies de la bande interdite, calculées à partir des résultats expérimentaux par la méthode graphique, sont comprises entre 3.5~3.7eV les échantillons préparés avec des concentrations de 5 mM en inos Zn2+ En outre, dans la présente recherche, nous avons élaboré et optimisé une méthode de formation des couches minces de nanotiges de ZnO par électrodéposition à basse température sur cdes substrats de verre conducteurs. L'épaisseur effective de la couche mince est d'environ 2.11µm, ce qui est évidemment un facteur qui affecte la conductivité et le taux de transport électronique, ainsi que sur la recombinaison liée à la distance parcourue par les porteurs de charge. Ce document présente également les résultats sur les conditions expérimentales optimisées sur la concentration des espèces électroactives utilisées, la température et les paramètres électrochimiques (potentiel et densités de courant) d'élaboration des couches de ZnO les plus performants pour des applicationsdans les dispositifs solaires,  la méthode d'électrodéposition utilisée est pratique, efficace et fait gagner du temps. Sur la base des meilleures caractéristiques physico-chimiques obtenues des différentes couches de ZnO qui ont été élaborées, il a été conclu que les électrodes fabriquées à 650C, pendant 40 minutes avec une concentration d'électrolyte de 5mM de chlorure de zinc et 0.1M de chlorure de potassium pour soutenir la solution et un potentiel de dépôt de -1 V/ECS sont les plus performantes. Il a été aussi conclu que les meilleures conditions de l'électrodéposition des électrodes ZnO ont été déterminées. Les résultats peuvent être utilisés dans des travaux ultérieurs pour développer des systèmes énergétiques solaires basés sur des nanotiges de  l'oxyde de zinc. Il a été montré que la composition chimique  de l'électrolyte de d.épost est crutiale pour la formation de des nanostructures de ZnO ayant des morphologies bien définies. Des structures de type Wurzite avec des nanostructures d'orientation  cristallographique préférentielle (002). Les nano tiges de ZnO sont perpendiculaires à la surface du substrat de verre  conducteur.  Nos résultats expérimentaux doivent supporter l'idée que  le mécanisme probable de'électrodéposition de ZnO  implique un processus de dissolution précipitation qui qui implique l'oxygène comme précurseur. Ceci se traduit par les équations suivantes :                                        O2 + 2H2O + 4e → 4OH-                                        Zn 2+  + 2 OH-  → Zn (OH)2                                         Zn (OH)2  → ZnO +H2O Ce comporte des étapes d'adsorption de l'ion hydroxyde, la précipitation de l'hydroxyde de zinc et la déposition de l'oxyde de zinc . Les facteurs qui déterminent la morphologie doivent être déterminées de façon précise par des études futuresLes couches de film de ZnO obtenu ont des valeurs de résistivité typique de 10-3 à 105 Ωcm-1. La valeur de la largeur de la bande interdite obtenue à partie des mesures de transmit tance optique des échantillons ont montré une valeur qui varie entre  2.95~3.7eV. Ce sont des valeurs qui sont adaptées à l'utilisation de ce matériau pour des applications solaires. . Ceci permettra une meilleure compréhension des propréts de ce matériau selon les domaines d'applications.  ABSTRACT: In this work, we investigated the chemical composition, morphology and optical properties of zinc oxide thin films deposited from a simple aqueous zinc chloride solution. The ZnO nanorod arrays were prepared and grown on fluorine doped tin dioxide (FTO) substrate at low temperature. The nanostructure images obtained by scanning electron microscopy showed that it had the wurtzite structure or hexagonal grains with rod (needle) like shape perpendicular to the substrate surface. The X- ray diffraction patterns indicated that the thin films were almost pure. The preferential orientation of ZnO growth was (002), a direction that matched calculation. These nanoscale metal oxides having ordered distributions are strong electron acceptors with high electron affinity and electron mobility which improves the electric property of photoanode and charge transport due to continuous channeling along the nanorods.  In this present research, we additionally developed and optimized a method electrodeposition at low temperature for forming thin films comprising ZnO nanorods used as photoanode. The effective thickness of the thin film was about 2.11µm, which is obviously a factor affecting the conductivity and electron transport rate, as well as recombination related to the carriers transport distance. This work also shows clearly that that the electrodeposition method is practical, effective and time saving: the experiments were carried out at 650C over 40 minutes with electrolyte concentrations of 5mM zinc chloride and 0.1M potassium chloride support solution. It was also concluded that the best conditions of the electro deposition of the ZnO electrodes were determined. The results can be used in further work to develop for examples solar cells devices based on ZnO nanowires. The X-ray diffraction pattern and EDX information obtained from the Philips-X'pert and JEOL 840A instruments revealed the characteristics of the ZnO thin film composition. They indicated that this film is made of polycrystalline of the ZnO EDX semi-quantitative analysis showed bright particles and dark particles which respectively represent ZnO nanorods and base background (Also see Table 2). In the 5mM ZnCl2 electrolyte concentration group, the thin film evidently covered the substrate very well since smaller relative amounts of Sn and Si were detected on the top of the films while the other two groups of 1mM and 0.5 mM were obviously worse. This phenomenon might be interpreted by EDX resolution. It is known that EDS can identify a spot size of a few microns of samples, it detected a small amount of Sn and Si coming from the coated glass substrate (SnO layer) during detector is collecting the characteristic X-ray of Sn and Si elements into an energy spectrum. It is very important is that films of ZnO are of good quality one because these impurities, such as Cl- or other elements cause defects in the thin films (The ohmicity of the contact between substrate and deposited thin film is good when there is no any aid of detects in growth proceeding). Another important parameter is the understanding of the mechanisms and electrochemical behavior of the complex ions in solution which is still not very well understood. Our results may support the common view which involves a precipitation-dissolution process. When oxygen is present as precursor, ZnO electrodeposition would comply with the following equations:                                        O2 + 2H2O + 4e → 4OH-                                        Zn 2+  + 2 OH-  → Zn (OH)2                                         Zn (OH)2  → ZnO +H2O The equations indicate three main steps:  the adsorption of hydroxide ion, the precipitation of zinc hydroxide and the deposition of ZnO. Despite these assumptions, for the time being, the mechanisms and factors that govern the morphology of the ZnO produced need more studied to be carried out for a better understanding of the process The composition of the electrodeposition solution is crucial for the formation of ZnO nanostrucutres with well-defined morphologies. We obtained the Wurzite structure for ZnO with high purity and rod-shaped nanostructure with (002) preferred crystallographic orientation. The upstanding nanorods are slightly tilted from perpendicular to the glass substrates. As we know that the resistivity is a key property because it directly and significantly affects electron transport and mobile properties. The films we obtained exhibit typical values over the range 10-3 ~ 105 Ωcm-1. The deduced bandgap energy distributed range from 2.95~3.7eV. These various values of properties of the ZnO thin films are in the range of values very well suitable for solar cell applications.


identifier: Djerafi, T. (2011). Étude et réalisation de matrices à commutation de faisceaux en technologie guide d'ondes intégré au substrat  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications radar pour les voitures demandent des composants de hautes performances mais avec faible coût de revient. Cette thèse présente la conception des réseaux d'alimentation d'antennes en ondes millimétriques utilisant la technologie du guide d'ondes intégré aux substrats (GIS), pour satisfaire les exigences du coût et du faible encombrement dans ces applications de radar. Dans un système radar, l'antenne défini la largeur du secteur couvert, la portée, la discrimination angulaire et le filtrage du bruit généré par d'autre sources. Généralement les antennes intelligentes remplissent ce cahier des charges. La direction dans laquelle le réseau ayant la réponse maximale serait la direction du pointage de faisceau. Pour un choix de faisceau dans une direction désirée, un ajustement de phase doit être accompli. Les matrices à commutation donnent des distributions de phase aux sorties différentes pour chaque port d'entrée. Le guide d'ondes intégré aux substrats (GIS) offre une technologie intéressante pour les réseaux d'alimentation d'antennes en termes de faible pertes par radiation, ce qui assure un très faible niveau d'interférences et d'effets parasitiques entre les circuits de GIS. Nous proposons dans ce travail plusieurs matrices de formation de faisceaux basées sur la technologie GIS. La thèse est présentée sous forme d'articles. Ce travail montre les étapes entreprises afin de mener à terme la conception, la fabrication, les mesures et l'évaluation de plusieurs topologies de la matrice de Butler. Nous verrons donc dans un premier temps les composants nécessaires au bon fonctionnement d'un tel système soit: les coupleurs 3 dB, les déphaseurs et les croisements. Le choix de la configuration sera justifié pour chacun de ces éléments. L'usage de simulateur (Ansoft HFSS) basé sur la méthode des éléments finis (une méthode à ondes complètes) sera nécessaire dans ce travail. Ce logiciel donne des résultats assez proches des essais expérimentaux. Trois matrices de Butler sont développées, la première à 77 GHz sans croisement, une deuxième est une structure à deux couches à 24 GHz et la troisième est une matrice complètement planaire avec un coupler 0 dB à 12.5 GHz.  ABSTRACT: Automotive radar applications require components with high performance but low cost. This thesis presents the design of millimeter wave antennas feeding networks using the substrate integrated waveguide (SIW) technology, to satisfy the requirement of low cost and compactness in these radar applications.In a radar system the antenna define the width of covered area, the range, the angular discrimination and the filter noise generated by other sources. Generally smart antennas must be used to satisfy the specifications. The beam pointing can be achieved only by adjusting the phase of signals from different elements. For a choice of beam in a desired direction, a phase adjustment must be done. Switching matrices are used to provide phase distribution at output ports that is different for each input port. The substrates integrated waveguide (SIW) is a promising technology for the antenna feed networks in terms of low radiation and transmission losses with reduced interferences among SIW circuit elements. We propose in this work several beamforming matrices based on SIW technology. This thesis is presented in paper form. First of all, this work shows the steps taken to finalize the design, fabricate, measurement and evaluation of several Butler matrix topologies. We will see at first that the building components necessary for the proper functioning of such a network: the 3 dB couplers, phase shifters and crossovers. The choice of a configuration will be justified for each of these elements. An electromagnetic simulator (Ansoft HFSS) based on the finite element method (full-wave method) is used in this work. This software package would be able to yield results close to experimental counterparts. Three Butler matrices are developed, the first at 77GHz without crossover, the second is related to a two layer structure at 24 GHz and the third is completely made planar with a cross-over at 12.5 GHz. The Nolen matrix compared to Butler matrix has the advantages of being free from crossovers in the structure. The loads placed on unused ports in the Blass matrix do not appear in the Nolen matrix which increases efficiency. We propose two architectures, the first one is related to perpendicular configuration in Ku band while the second platform presents a parallel topology which shows a good performance over a broad band around 77 GHz.


identifier: Zhim, F. (2011). Implant personnalisé à base de biocéramique poreux pour l'ostéotomie tibiale de valgisation : combinaison de prototypage rapide et de combustion solide  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les orthopédistes se trouvent souvent confrontés à une disparition substantielle de tissus osseux. Celle-ci peut être consécutive à un traumatisme: disparition de débris lors d'une fracture ouverte contrôlée ou fracture par écrasement du plateau tibial, de vertèbres, etc. Notons que certaines techniques chirurgicales, allongement ou redressement de l'os, impliquent une ostéotomie suivie de l'application d'un fixateur et d'un substitut osseux. On sait depuis longtemps qu'au-delà d'un certain volume critique (de l'ordre du cm3), l'os est incapable de se régénérer spontanément. Le comblement du tissu osseux manquant nécessite alors de recourir à un matériau de substitution. Dépendamment du type de chirurgie orthopédique réalisé en fonction de la perte osseuse, et de part, la fonctionnalité et la spécificité de l'os (forme, dimension, etc.), le remplacement de celui-ci fait objet de différentes recherches présentement. Même, si une forme d'implant est proposée, elle sera différente d'un individu à l'autre. Les matériaux existants proposés comme substituts sont parfois difficiles à manipuler, par exemple, on ne peut pas couper un cube de corail pendant une chirurgie dans une forme bien définie. Pour cette raison, on trouve ces matériaux sous forme de granules ou de blocs denses ou poreux. L‘objectif préliminaire de ce projet était la comparaison biomécanique de deux types de fixation. Une fixation interne a été comparée biomécaniquement versus une fixation externe. Les résultats obtenus montrent que la fixation interne par plaque Puddu donne une meilleure stabilité au genou et réduit la perte de correction crée par ostéotomie. Afin de réduire l‘espace crée par ostéotomie et d‘éviter les problèmes cliniques dus à la technique conventionnelle d‘ouverture, une nouvelle technique chirurgicale d‘ostéotomie a été développée et validée biomécaniquement. Cette technique consiste à effectuer une coupe transversale en forme de (L) au niveau de la métaphyse tibiale pour éviter d‘endommager le système extenseur de la rotule. Les résultats obtenus montrent que notre nouvelle technique chirurgicale par ostéotomie tibiale d‘ouverture (l‘ostéotomie retrotubéreuse) donne plus de stabilité biomécanique au genou, réduit l‘espace crée par ostéotomie à 62 % et évite les problèmes liés à la technique d‘ostéotomie conventionnelle). L'objectif général de ce projet de recherche est la fabrication de substituts osseux personnalisés. Parmi les matériaux existants se trouvent les biocéramiques qui présentent des propriétés intéressantes (biocompatibilité, résorbabilité, etc.). Dans le cadre de ce projet, nous avons axé nos  ABSTRACT: The last decade has seen the dramatic development of biomaterials for organ replacement. Implants ranging from polymeric vascular grafts to ceramic bones substitutes have become commonplace. Increasing it has been realized that apart from being tolerated by the body, the implant should interact specifically and beneficially with the body. The substitution of bone tissues has been reported as a cause of many problems in reconstructive surgery and bone replacement. The long-term success of bone-interfacing implants for load-bearing orthopaedic applications requires rigid fixation of the implant within the host bone site. This condition, known as functional biointegration, is achieved in press-fit implant systems by mechanical interlock between the surface features of the implant (porous or textured surfaces) and ingrown bone tissue. Although for tissue regeneration porous materials seem to be the most appropriate, and there are still number of factors that need to have better control: materials composition, porosity size and distribution, specific surface and others. Studies on advanced ceramics revealed that an insidious and progressive wear process often occurs during implantation which could lead to bone resorption in the implants biofunctionality. Manufacturing limitations on our ability to custom design shape, materials and local properties of biomaterials are being 1ifted by novel free form fabrication (FFF) and combustion synthesis (CS) technologies. Rapid prototyping was recognized as an instrumental tool in the making of custom bone implants with locally customized material properties for bone reconstructive surgery. Combustion synthesis (CS) or Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) is a novel technology in which the synthesis of porous biomaterials (metals, ceramics and composites) is accomplished quickly by an exothermic reaction between the different powders. The major advantage of the SHS process is the high reaction temperature of the combustion that results in higher purity and desirable local properties (porosity and composition). Our collaborators (Dr. R Ayers and Pr. J Moore) from Colorado School of Mines (CCACS) have extensive experience in conducting the combustion synthesis research. The major problem of the SHS process was to


identifier: Kalboussi, A. (2011). Méthode d'analyse et de classification des segments du réseau routier supérieur de la région de Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La congestion routière est un phénomène général, considérée comme une externalité extrêmement coûteuse (Prud'homme, 1999). Elle a des effets néfastes sur la prospérité économique d'un pays, le bien-être des individus et la stabilité de l'écosystème. La compréhension de ce phénomène est fondamentale afin que les autorités du transport routier soient en mesure d'apporter des solutions appropriées à ce problème. Ce mémoire présente la méthode d'analyse et de classification des segments du réseau routier supérieur de la grande région montréalaise à partir de leurs caractéristiques physiques, puis étudie la similarité entre cette nouvelle classification et celle obtenue à partir des relevés de temps de parcours observés sur ces différents segments routiers durant la période de pointe du matin (AM). Après avoir recensé, à l'issue d'une revue de littérature, les caractéristiques physiques des routes ayant un lien avec l'état de la circulation, ce document met en avant la méthodologie proposée afin d'atteindre l'objectif maître de ce mémoire. L'approche proposée comporte 5 étapes : faire le montage de la base de données relationnelle, dresser le portrait global du réseau routier échantillonné, synthétiser et agréger les données de facteurs physiques, grouper les tronçons selon leurs caractéristiques physiques, confronter les méthodes de groupement de tronçons et prédire l'appartenance d'un tronçon à un groupe TP à partir des facteurs physiques. Plusieurs outils ont été utilisés pour créer la base de données des facteurs physiques, tels que Google Maps, Street View et ArcGis. Le choix de caractéristiques physiques est fondé sur de multiples études effectuées par divers auteurs sur la thématique de la congestion routière. Au moyen d'un logiciel de traitement de base de données, la table des facteurs physiques a été intégrée avec deux autres tables qui proviennent directement des travaux de Loustau et al.(2009), soit la table des groupes TP et la table d'état de la circulation. Ces travaux consistent à grouper les segments routiers de la grande région de Montréal selon les temps de parcours durant la période de pointe du matin (AM). Une analyse descriptive de la base de données relationnelle qui vise à dresser le portait du réseau routier de la grande région de Montréal, a été menée. En effet, une qualification de l'état de la circulation du réseau routier montréalais a été, au premier lieu, effectué. En second lieu, une analyse descriptive des facteurs physiques des tronçons routiers échantillonnés a été réalisée.  ABSTRACT: Urban congestion is a general phenomenon, regarded as an extremely costly externality (Prud'homme, 1999). Indeed, congestion has adverse effects on the economy, society and the environment. The urban transportation authorities must understand the congestion phenomenon in order to provide adequate solutions to this problem. This report presents the method of analysis and classification of road segments of the Greater Montreal Region highway system based on their physical characteristics. It then compares this classification to the traffic condition of road sections according to the frequency distribution of travel times observed on these various road sections during the morning rush hour (AM). Following a definition of road congestion and of the indicators to measure it, this paper puts forward the proposed methodology to reach the main objective of this work. The approach is proposed in 5 different steps: to built the relational database, to make a global description of the sampled road system, to summarize and aggregate the data relating to physical factors, to cluster the different sections based on their physical characteristics, to compare the methods with which the sections were grouped together and to predict the TP group of section road. Several tools have been used to create the physical factors database, such as Google Maps, Street View and ArcGIS. The choice of physical characteristics is based on a number of studies carried out by various authors on the subject of urban congestion. Using database management software, the physical factors table has been combined with two other tables taken directly from work done by Loustau and al. (2009), i.e. the TP groups table and the traffic conditions table. These studies consisted in grouping the road sections of the Greater Montreal Region according to travel times during the morning rush hour (AM). A descriptive analysis of the relational database was carried out with the objective of drawing a global picture of the Greater Montreal Region road system. Thus a classification of traffic conditions on the Montreal road network was first made. Then, a descriptive analysis of the physical factors of the sampled road sections was made. Some characteristics turned out to prevail over others: the "highway" type of lanes, the maximum speed authorized, which varies between 70km/h and 100km/h, the very small number of intersections and the number of lanes, which varies between 2 and 3.


identifier: Richard, J. (2011). Donner le pouvoir des patrons de conception d'IHM aux développeurs logiciels via les modes de présentation : une application aux logiciels de contrôle de simulateurs de vol  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les simulateurs de vols sont une combinaison de matériels et de logiciels sophistiqués destinés à former et maintenir à jour les pilotes d'appareils civils ou militaires dans des conditions sécuritaires et économiques. La conception des interfaces utilisateur de ces simulateurs de vol est une activité complexe et coûteuse dont la difficulté va croissant avec les innovations  technologiques : interactions tactiles, moniteurs multiples, simulations multi-joueurs… Plusieurs corps de métiers y prennent part : des experts en ingénierie des facteurs humains mais aussi des développeurs logiciels, non formés en ergonomie. La maîtrise et l'optimisation du processus de conception passent par la gestion de la connaissance. Les patrons de conception, des artefacts fournissant de manière formelle des solutions génériques à des problèmes de conception récurrents, semblent être particulièrement adéquats pour relever ce défi. C'est toutefois un artefact rédigé par et pour les experts en ingénierie des facteurs humains, de sorte que les développeurs logiciels ont du mal à s'en servir, se privant ainsi d'un outil profitable. La mise à disposition de patrons de conception d'interfaces utilisateur à des développeurs logiciels est un sujet peu étudié à ce jour ; l'étude de stratégies pour y parvenir reste à faire. Dans ce mémoire, nous effectuons diverses études au sein de la compagnie CAE Inc. pour mettre en place une bibliothèque de patrons de conception et la rendre accessible aux développeurs logiciels comme aux ergonomes. Nous avons commencé par étudier et comparer les bibliothèques de patrons de conception d'interfaces utilisateur les plus populaires. Nous avons ensuite rédigé une trentaine de patrons de conception couvrant les logiciels de contrôle de simulateurs de vol de toutes sortes, nous inspirant à la fois de la revue de littérature et du travail de terrain au sein de l'entreprise. Ces patrons ont ensuite été diffusés de manière restreinte sur le réseau intranet de l'entreprise, via un système de gestion de contenu en source libre modifié pour subvenir à nos besoins. Ils ont ainsi été lus, utilisés et validés par une cinquantaine de professionnels de CAE dont l'équipe d'ingénierie des facteurs humains. Nous avons ensuite mis au point de nouvelles manières de présenter ces patrons aux développeurs logiciels : les types d'applications, arbres de décision et aperçus de patrons. Ces modes de présentation ont été comparés au mode de présentation de référence lors d'une expérimentation dans l'entreprise, avec des participants novices n'ayant jamais utilisé de patrons de conception d'interfaces utilisateur en générale ni la bibliothèque de patrons de CAE en particulier. Nos résultats montrent que les développeurs logiciels trouvent des patrons 1,5 à deux fois plus pertinents avec les nouveaux modes de présentation, tout en étant en moyenne 50% plus satisfaits. Ces gains se font cependant au prix d'une augmentation du temps de recherche des patrons pouvant aller jusqu'à 50%. Même si notre étude expérimentale est d'une ampleur modérée et qu'il faudrait recueillir plus de données pour l'étendre à d'autres cas, nous pouvons recommander l'emploi de modes de présentation alternatifs dans une bibliothèque de patrons de conception d'interfaces utilisateur. Ces résultats sont synthétisés en recommandations immédiatement applicables dans un environnement professionnel et des actions à prendre en complément au niveau technique ou organisationnel sont suggérées.  ABSTRACT: Flight simulators are a blend of sophisticated hardware and software systems. They are intended to train and keep pilots of civilian or military aircrafts up-to-date in safe and economical conditions. User interface design for flight simulators is a complex and expensive process whose difficulty is increasing along technological innovation: touch interactions, multiple monitors, multiplayer simulations… Several building trades take part in this endeavor: human factors engineering experts as well as software developers, the latter lacking formal usability training. The control and optimization of the design process go through knowledge management. Design patterns are formal generic solutions to recurring design problems; they seem especially suitable to take on this challenge. They are however being written by and for human factors engineering experts, hence hard to use for software developers that are therefore denied a profitable tool. Making user interface design patterns available to software developers is a sparsely studied topic; no strategies have yet been defined to this end. In this thesis, we carry out various studies among CAE Inc. in order to set up a design pattern library and make it accessible to both software developers and usability practitioners. We started by studying and comparing the most popular user interface design pattern libraries. We then wrote thirty design patterns covering flight simulator control software of all kinds, building upon our review of literature and field work at CAE. Those patterns have then been privately shared on the intranet network of the company via an open-source content management system, tweaked to fit our needs. They have thus been read, used and validated by around fifty CAE professionals, including the human factors engineering team. We subsequently developed new ways of presenting those patterns to software developers: application types, decision trees and patterns previews. Those presentation modes were compared to a reference presentation mode during a test session in the company. Participants were beginners that had never used user interface design patterns and had no prior knowledge of CAE's pattern library. Our results show that software developers find 1.5 to two times more relevant patterns with the new presentation modes, while being in average 50% more satisfied. However, those gains come at the expense of speed since search durations increase up to 50%. Even though our experimentation has a limited scope, we can recommend the use of alternative presentation modes in user interface design pattern libraries. Those results are summed up and turned into recommendations for immediate use in a professional environment. Complementary actions for technical and organizational matters are suggested.


identifier: Lalancette, C. (2011). Caractérisation du risque posé par les oocystes infectieux de Cryptosporidium de sources rurales et urbaines dans les eaux de surface  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis les deux dernières décennies, Cryptosporidium a été l‟agent infectieux le plus fréquemment associé aux éclosions reliées à l‟eau potable aux États-Unis (Craun et al., 2006) et en Angleterre et Wales (Smith et al., 2006) et aussi identifié comme responsable de 23.7% des éclosions de protozoaires dans le monde (Karanis et al., 2007). Ces oocystes ont ainsi rapidement attiré l‟attention des autorités de santé publique et leur persistance dans l‟environnement, leur résistance aux désinfectants conventionnels et leur haut taux d‟infectivité (WHO, 2006) ont par la suite fait de lui la cible à toucher lors de l‟élaboration de stratégies de traitement d‟eau potable (Ministère du Développement Durable de l'Environnement et des Parcs (MDDEP), 2006; USEPA, 1998a, 2006a). Aux États-Unis, l‟estimation des oocystes totaux retrouvés dans les eaux de surface dicte les niveaux d‟enlèvement et de désinfection aux traiteurs d‟eaux. Les coûts additionnels attribués aux ajustements de traitement ont été estimés entre 92 à 133 million de dollars par années (USEPA, 2005a). L‟étude économique d‟où découlent ces mises à niveaux utilise les comptes totaux d‟oocystes, corrigés par une fraction infectieuse approximative et élevée. Ces comptes totaux corrigés ne tiennent pas adéquatement compte de la grande diversité des espèces de Cryptosporidium, dont seules quelques unes infectent l‟humain (Xiao et al., 2004), ni de leur survie dans l‟environnement (King and Monis, 2007). Afin de permettre une évaluation plus juste du risque que posent les oocystes de Cryptosporidium à l‟humain, l‟infectivité des oocystes trouvés dans l‟environnement demeure le paramètre critique à préciser. Ainsi, les industriels pourront élaborer des stratégies de traitement plus juste pour qu‟ultimement, de meilleurs investissements soient faits en santé publique.  ABSTRACT: For the last two decades, Cryptosporidium has been the most frequently identified etiological agent responsible for drinking water outbreaks in the U.S. (Craun et al., 2006) and England and Wales (Smith et al., 2006) and has been responsible for 23.7% of protozoan outbreaks worldwide (Karanis et al., 2007). Given these alarming statistics, Cryptosporidium oocysts quickly attracted the attention of health authorities. Their persistence in the environment, their resistance to disinfection and their high infectivity rates (WHO, 2006) made Cryptosporidium oocysts one of the main targets when developing water treatment strategies (MDDEP, 2006; USEPA, 1998a, 2006b). In the United States, the total Cryptosporidium oocysts counts from surface water are used as the main parameter to determine the stringency of microbial removal and disinfection for drinking water suppliers. The increasing costs attributed to these new requirements have been estimated to range from 92 to 133 million dollars per year (USEPA, 2005a). The study that lead to these upgrades overestimated the infectious fraction as it was based on the less relevant number of total counts of oocysts and not the actual number of infectious oocysts. Even when corrected for infectivity, these total counts do not reflect the real treat of this pathogen in light of the limited subset of Cryptosporidium species that infect humans (Xiao and Ryan, 2004) and their limited survival in natural environments (King and Monis, 2007). To draw a more accurate assessment of the risk posed by Cryptosporidium oocysts to human health, the infectious fractions of environmental oocysts must be determined. Water suppliers can then develop better treatment strategies which will ultimately lead to wiser investments in public health.