identifier: Nikfal, B. (2015). Towards Radio Analog Signal Processing  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

title: Towards Radio Analog Signal Processing

abstract: RÉSUMÉ: La demande insatiable pour les services de radio et communication à large bande, stimule les fabricants à chercher des nouvelles façons d'augmenter la largeur de bande spectrale des systèmes. Traitement numérique du signal (DSP) comme la technologie la plus commune des radios d'aujourd'hui est souple, reproductible, compact, et fiable en basse fréquence. Cependant,le système digital est plage dynamique limitée, le largeur de bande du système DSP est limité par la fréquence d'échantillonnage. A haute fréquence, telles que la fréquence d'onde millimétrique, le système DSP a un manque de performance et une consommation de puissance excessive. En outre, la complexité et le coût de système augmente aux fréquences plus élevées. Contrairement à DSP, les systèmes traitement radio-analogique du signal (R-ASP) sont bonnes performances à haute fréquence. Les systèmes R-ASP manipulent des signaux à large bande, temporellement sous leur forme analogique d'origine. Donc, ils n'ont pas besoin des convertisseurs A/D et D/A, et des convertisseurs haut/bas, résultant complexité inférieure à vitesse plus élevée, ce qui peut offrir des solutions sans précédent dans le domaine de l'ingénierie de radio. Phaser comme une structure de délai dispersive (DDS) contrôlable est le noyau d'un système R-ASP. Les composantes des fréquences du signal dans le temps se différencient après avoir traversé un phaser. Cette caractéristique du phaser le rend pratique pour l'application radio analogique haute vitesse, comme renifleur de spectre, multiplexage par division de fréquence (FDM), et impulsion radio. Cette thèse par articles présente les concepts et les améliorations R-ASP, sur la base du phaser, comme une alternative potentielle au traitement basé sur DSP, pour l'application de radio haute fréquence et haute vitesse. Le premier Chapitre traite de la motivation R-ASP, contributions de la thèse et de l'organisation. Les concepts et les caractéristiques du phaser,les nouvelles techniques pour améliorer la dispersion des phasers ainsi que la performance du système R-ASP, en fonction des applications sont proposées dans le Chapitre 2. Les Chapitres 3 à 6 sont les articles qui introduisent des nouvelles applications du R-ASP. Dans le Chapitre 3, une nouvelle technique de loop afin d'améliorer la résolution du phaser est proposé. En plus des fréquence mètres et les discriminateurs de fréquence, cette technique peut facilement appliquer à divers autres systèmes en temps réel, tels que les transformateurs de Fourier en temps réel, convolveurs, corrélateurs, et les radars compressifs.  ABSTRACT: Insatiable demand for broadband radio and communication services spurs the manufacturers to seek new ways to increase the spectral bandwidth of the systems. Digital Signal Processing (DSP) as the most common technology of Today's radios is flexible, reproducible, compact, and reliable at low spectral bandwidth. However, digital system is limited precision and dynamic range, the bandwidth of the DSP system is limited by sampling rate. At high frequency, such as millimeter-wave frequency, the DSP system is poor performance and power hungry. Moreover, the complexity and cost of the system increase at higher frequency. In contrast of DSP, Radio-Analog Signal Processing (R-ASP) systems have a good performance at high frequency. R-ASP systems manipulate broadband signals, temporally in their original analog form. So, They don't need A/D and D/A, and up/down converters, resulting lower complexity at higher speed, which may offer unprecedented solutions in the major areas of radio engineering. Phaser as an engineerable dispersive delay structure (DDS) is the core of an R-ASP system. The component frequencies of the signal differentiate in time after passing through a phaser. This characteristic of the phaser makes it convenient for high speed analog radio application, such as frequency sniffer, frequency division multiplexing (FDM), and impulse radio. This paper based dissertation introduces R-ASP concepts and enhancements, based on the phaser, as a potential alternative to DSP-based processing, for high speed and high frequency radio applications. The first Chapter discusses R-ASP motivation, thesis contributions and organization. The concepts of the phaser and phaser characteristics, new techniques to enhance the dispersion of the phasers as well as performance of the R-ASP system, depending on the applications are proposed in Chapter 2. Chapters 3 to 6 are the articles that introduce new applications of ASP. In Chapter 3, a novel loop technique to enhance the resolution of the phaser is proposed. In addition to frequency meters and frequency discriminators, this technique may readily by applied to various other real-time systems, such as real-time Fourier transformers, convolvers, correlators, and compressive radars. The radio-analog signal processing system has a lot of applications in the impulse regime. However, UWB pulse generation is complex and high cost. This issue is addressed in Chapter 4, proposing a low-cost analog pulse compression technique for UWB pulse generation. In Chapter 5, a stepped group delay phaser is introduced for real-time spectrum sniffing application. The system listens to its radio environment through an antenna, and determines, in real time, the presence or absence of active channels in this environment.


identifier: Tahmooresnejad, L. (2015). Impact of Public Funding on the Development of Nanotechnology : A Comparison of Quebec, Canada and the US  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La nanotechnologie est la haute technologie la plus prometteuse de ce siècle. L'investissement mondial dans cette technologie a augmenté rapidement dans les deux dernières décennies. En outre, cet investissement va probablement contribuer de façon non négligeable à la croissance économique future. La recherche dans cette nouvelle technologie basée sur la science nécessite un financement public important pour faciliter la production de connaissances, réduire les incertitudes et les risques connexes, et assurer le succès du développement de la nanotechnologie. Compte tenu de son potentiel dans une large variété de domaines, les gouvernements et les décideurs politiques ont cherché à allouer efficacement des fonds, afin de maximiser les avantages économiques. Il est donc essentiel d'améliorer et d'approfondir notre compréhension concernant la façon dont les financements publics pourront influencer la performance de la recherche. Le but principal de cette thèse consiste à analyser l'impact du financement public sur le développement de la nanotechnologie, avec un accent tout particulier sur les résultats de la recherche scientifique et technologique. Les objectifs de la recherche portent sur deux volets : Tout d'abord, nous cherchons à examiner l'influence du financement. Le deuxième volet consiste à explorer l'impact de la collaboration et des réseaux innovants sur le développement de la nanotechnologie. Ensuite, notre but est de comparer l'impact du financement et des réseaux de collaboration de nanotechnologie entre le Canada et les États-Unis. Cette recherche porte sur les extrants importants de la recherche académique : les publications et les brevets. Elle permet de caractériser les réseaux de collaboration en utilisant les liens de co-publication et de co-invention entre les scientifiques et les inventeurs. Cette thèse contribue de manière significative aux questions de recherche suivantes : Comment l'augmentation du financement public pour les scientifiques œuvrant en nanotechnologie peut améliorer les publications et les brevets liés aux nanotechnologies en terme de nombre (a) et en terme de qualité (b)? Est-ce que les chercheurs qui détiennent une position plus influente au sein des réseaux de co-publication/co-invention sont plus productifs et plus cités? Est-ce que l'influence du financement public sur les recherches en nanotechnologie est différente au Canada par rapport aux États-Unis? Pour répondre à ces questions, des informations sur les articles de nanotechnologie, les brevets et le financement ont été extraites à partir de diverses bases de données au Canada et aux États-Unis. De plus, cette information a été utilisée pour construire les réseaux scientifiques et technologiques, et pour analyser l'influence du financement par des analyses économétriques. En ce qui concerne la première question de recherche, nos résultats montrent que le financement public fait augmenter généralement le nombre et la qualité des publications et brevets. Toutefois, cet impact positif est plus important aux États-Unis. Le financement est également moins susceptible d'influencer les brevets de nanotechnologie au Canada. En ce qui concerne l'analyse du financement de l'industrie au Québec, les fonds privés sont moins susceptibles de faire augmenter la qualité des publications. Quant à notre deuxième question de recherche, les études montrent que les résultats scientifiques et technologiques sont en corrélation avec la position des chercheurs dans les réseaux de collaboration. Les résultats de la recherche en nanotechnologie, particulièrement au Canada, montrent que le rendement est plus élevé au niveau des publications, des brevets et des réseaux de collaboration. Enfin, bien que l'impact entre le Canada et les États-Unis soit légèrement différent, cette recherche suggère que le financement et les réseaux de collaboration jouent un rôle important dans la stimulation de la quantité ainsi que de la qualité de la recherche académique.  ABSTRACT: Nanotechnology is considered to be the most promising high technology of this century. Worldwide investment in this technology has rapidly increased in the past two decades, and it will likely drive future economic growth. Research in this new science-based technology requires significant public funding to facilitate knowledge production, reduce related uncertainties and risks, and ensure the success of nanotechnology development. Given its potential in a wide range of domains, governments and policymakers have sought to efficiently allocate funding to maximize economic benefits. It is therefore essential to further our understanding of how public funding influences research performance. The main purpose of this thesis is to analyze the impact of public funding on nanotechnology development, with a special focus on scientific and technological research outputs. The research objectives are twofold: we first seek to examine this funding influence, and second to explore the impact of collaboration and related scientific and innovative networks on nanotechnology development. Afterwards, our goal is to compare the impact of funding and of nanotechnology collaborative networks between Canada and the US on scientific and technological research outputs. This research deals with the prominent outputs of academic research, publications and patents, and characterizes collaborative networks using the co-publication and co-invention links between scientists and inventors. This thesis contributes significantly to the following research questions: how increased public funding to nanotechnology scientists enhances nanotechnology-related publications and patents in terms of (a) number and (b) quality? Are researchers who hold a more influential network position in co-publication/co-invention networks more productive and more cited? Is the influence of public funding on nanotechnology research different in Canada compared with the US? To answer these questions, information about nanotechnology articles, patents and funding was extracted from various databases in Canada and in the US and was used to build the scientific and innovation networks, and to analyze the influence of funding by econometric analyses. Regarding the first research question, our results show that public funding generally increases the number and quality of these outputs. However, this positive impact is more significant in the US and funding is less likely to influence nanotechnology patents in Canada. Regarding the analysis of industry funding in Quebec, private funds are less likely to increase the quality of publications. Concerning our second research question, results show that scientific and technological outputs are correlated with the position of researchers in collaborative networks. Nanotechnology research outputs particularly in Canada show greater returns on publications and patents on network collaborations. Finally, although the impacts are somewhat different between Canada and the US, this research suggests that both funding and collaborative networks play an important role in boosting the quantity and quality of academic research.


identifier: Bigot, A. (2015). Navigation multi-bifurcations de corps ferromagnétiques avec un scanner d'imagerie par résonance magnétique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le nombre de personnes atteintes par le carcinome hépatocellulaire (CHC), un type de cancer du foie, est en progression croissante. Mondialement, le CHC est la seconde cause de mortalité chez les patients atteints par le cancer, à cause du taux de survie extrêmement faible. Le pronostic du CHC est très mauvais : aux USA et au Canada, le taux de survie à cinq ans est de 12% et 20% respectivement. Pour les personnes à un stade très avancé, les traitements possibles sont très limités. Un des traitements possibles est la chimioembolisation hépatique qui consiste à injecter des microparticules médicamenteuses dans le foie. L'objectif de ces particules est double : d'une part, elles embolisent les vaisseaux sanguins qui nourrissent les cellules tumorales et, d'autre part, libèrent des médicaments anti-cancer qui vont détruire les cellules malades. Malheureusement, en l'absence de tout contrôle, ces vecteurs thérapeutiques détruisent aussi des cellules saines de l'organe, en général en nombre limité.  Pour ainsi améliorer les soins de ces patients, nous proposons d'utiliser le scanner d'imagerie à résonance magnétique (IRM) pour diriger ces microparticules dans la circulation sanguine dans le but de cibler uniquement les cellules malades. Les retombées de ce projet sont multiples pour le patient : entre-autres, diminution des effets secondaires, et procédures moins invasives et plus efficaces. Pas uniquement limitée au foie, la navigation par résonance magnétique (NRM) a réellement le potentiel de révolutionner certaines pratiques médicales et d'améliorer grandement la prise en charge et les soins pour les patients touchés par le cancer.  Cette thèse décrit les stratégies à mettre en place afin de réaliser la NRM sur plusieurs canaux consécutifs afin de rendre les procédures de navigation plus ciblées et plus localisées. Pour atteindre cet objectif, plusieurs expériences ont été menées. Tout d'abord, nous avons prouvé qu'il était possible de guider une bille de 1 mm sur 4 canaux consécutifs à l'aide d'une bobine imagerie. Nous avons donc conçu un prototype microfluidique (fantôme) sous la forme d'un arbre, où chaque canal père se divise en deux canaux fils. Nous obtenons alors huit chemins possibles avec trois bifurcations (deux choix possibles à chaque jonction). Nous avons ainsi démontré que le guidage d'une bille sur trois bifurcations était possible, avec des gradients magnétiques inférieurs à 40 mT/m et donc équivalents à ceux utilisés par des IRM cliniques. Des vitesses de déplacement de 14 cm/s ont été mesurées. Suite à ces expériences de guidage, nous avons présenté quelques résultats sur la problématique de l'augmentation de la température : en effet, les bobines de gradient, lorsqu'utilisées pour faire de la navigation, chauffent rapidement et nécessitent des temps de refroidissement. Le ratio durée de guidage sur durée de refroidissement peut ainsi être faible sans stratégie de guidage adaptée. Ainsi, nous suggérons d'utiliser le temps de refroidissement de la bobine de propulsion afin de réaliser des séquences d'imagerie pour, par exemple, évaluer la dose injectée et réévaluer les paramètres de guidage. Expérimentalement, les séquences d'imagerie n'ont pas induit d'augmentation de la température et peuvent donc être exécutées sans perte de performance.  ABSTRACT: The number of new cases of Hepatocellular Carcinoma (HCC), one type of liver cancer, is on the rise. HCC is the second leading cause of cancer death worldwide, due to extremely low survival rate. Prognosis is very poor: the overall 5-year relative survival rate is 12% in the USA and 20% in Canada. The number of available treatments for patients diagnosed at distant stages of the disease is low. A possible treatment is the transarterial chemoembolization (TACE). TACE consists in a combined injection of embolic material and chemotherapeutic drugs. The benefit of TACE is two-fold: embolisation of tumor feeding arteries and local release of anti-cancer drugs directly to the tumoral cells. Unfortunately, without any control, these vectors may reach and kill surrounding healthy liver cells. To increase patient care, we propose to use the Magnetic Resonance Imaging scanner (MRI) as an actuator to navigate therapeutic microparticules into the bloodstream toward liver lesions. Potential outcomes for the patient are, among others, a reduction of side effects and a less invasive intervention. Not restricted to liver, Magnetic Resonance Navigation (MRN) shows promises to drastically change some medical procedures and to increase cancer patient care and management.  This thesis decribes strategies to achieve MRN along multiple consecutive channels. In this objective, several experiments have been conducted. Firstly, we showed that a 1-mm bead can be navigated along four consecutives microfluidic channels using an imaging coil. A microfluidic phantom has been designed to obtain eight paths with three bifurcations (two possible choices at every junction). Using magnetic gradient amplitudes lower than 40 mT/m, which are equivalent to clinical MR scanners performance, we successfully steered a bead in all the eight paths. The velocity of the bead reached 14 cm/s. Following these experiments, we worked on potential issues regarding heat rise in the coil. Indeed, imaging coils heats up very quickly when used for MRN and therefore require some time to cool. Without any temperature management strategies, the navigation time over cooling time ratio can be low and thus the procedure duration may be longer. We therefore suggested using the cooling deadtime to apply imaging sequences and acquire information about injected dose or to re-assess navigation parameters. Experimentally, since no temperature rise was measured during the imaging sequences, there is no performance loss.  From these observations, more characterisation tests were conducted on the imaging coil to find the most critical parameters regarding the heat rate. We measured an average time of two minutes before the coil reaches its critical temperature. In the worst-case scenario, where at least two gradients are applied simultaneously, less than one minute of propulsion at maximum power is available. From these results, a temperature model has been derived to predict heat rise according to the characteristics of the propulsion sequence. These equations will be integrated within a broad MRN model.  Lastly, the inherent design of MRI only allows the application of a single force vector upon all magnetic bodies within a volume. It is therefore impossible to steer a continuous stream of particles along multiple consecutive vessels. One requirement for multiple-bifurcation navigation is therefore to create a discrete injection of particles (bolus) such that only one bolus is navigated at a time. Furthermore, a second requirement for multiple-bifurcation navigation is the synchronisation of the release of the bolus from the catheter with the start of the propulsion sequence.


identifier: Olamaei, N. (2015). 3D Visualization of Microvascular Networks Using Magnetic Particles: Application to Magnetic Resonance Navigation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les différentes modalités d'imagerie médicales fournissent des images cliniques de structures internes du corps humain à des fins diagnostiques et curatives. Leur première application en clinique remonte à trois décennies et depuis, grâce aux découvertes technologiques continues, de nouvelles fonctionnalités ont été intégrées aux systèmes d'imagerie. Aujourd'hui, des informations anatomiques et fonctionnelles précises peuvent être prélevées à partir de ces images dont la dimensionnalité a évolué du bidimensionnel au tridimensionnel incluant la dynamique. Une des modalités d'imagerie qui a largement profité de ces découvertes technologiques est l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Par rapport aux autres techniques d'imagerie, l'IRM présente beaucoup d'avantages tels que la haute résolution spatiale et temporelle, le manque d'exposition aux rayonnements X et une pénétration tissulaire illimitée. Ceux-ci ont rendu l'IRM l'une des modalités les plus utilisées en clinique. Malgré des améliorations récentes dans le fonctionnement des bobines de réception d'IRM et aussi des algorithmes de reconstruction, des progrès supplémentaires sont requis afin d'améliorer la visualisation des microstructures en clinique. La visualisation des microvaisseaux avec un diamètre de 200 µm, reste au-delà des capacités des modalités d'imageries cliniques actuelles.  Dans le traitement du cancer, une telle capacité pourrait fournir les informations nécessaires pour les nouvelles méthodes de délivrance ciblée de médicaments comme la navigation par résonance magnétique (NRM). Dans cette technique, afin d'améliorer l'indice thérapeutique, les microporteurs, chargés avec des agents thérapeutiques et des particules magnétiques, sont guidés le long d'une trajectoire qui mènerait vers une zone cancéreuse. Notre objectif est de telle trajectoire qui débuterait du bout du cathéter d'injection jusqu'à la destination finale, soit à proximité d'une zone tumorale. Le contraste de susceptibilité magnétique dans l'IRM fournit un moyen pour prononcer l'effet d'une particule magnétique même si sa taille est beaucoup plus petite que la résolution spatiale de l'IRM. En raison de leur susceptibilité magnétique élevée, les matériaux magnétiques provoquent une inhomogénéité dans le champ magnétique local de l'IRM dans une mesure beaucoup plus importante que leur taille réelle. L'inhomogénéité apparaît dans les images de gradient écho pondéré en T2* sous forme d'une perte de signal. Cette approche présente un moyen de visualisation de microstructures en exploitant leur artefact de susceptibilité.  ABSTRACT: Medical imaging modalities strive to provide clinical images of the human body's internal structures for diagnosis and treatment purposes. Their first application in clinical trial services goes back to three decades and owing to continuous technological inventions, new capabilities have ever since been incorporated into the imaging systems. Today, anatomical and functional data with finer details and larger image sizes can be achieved and dimensionality of the images has been increased from 2D to dynamic 3D fields. One of the imaging modalities that have probably profited the most from technological findings is the magnetic resonance imaging (MRI). Compared to the other imaging techniques, MRI has various advantages such as high spatial and temporal resolution, lack of radiation exposure and unlimited tissue penetration. These have turned the MRI to one of the most available modalities clinically.  Despite recent improvements in the MRI's receiver coils and reconstruction algorithms, further progress is yet sought to improve the visualization of the microstructures using the clinical MR scanners. Visualization of microvessels with an inner overall cross-sectional area of approximately less than 200 µm, remains beyond capabilities of the current clinical imaging modalities. In cancer therapy, such capability would provide the information required for the new delivery methods such as magnetic resonance navigation (MRN). In the MRN, to enhance the therapeutic index, microcarriers loaded with therapeutic agents and magnetic particles are navigated along a planned trajectory in the vicinity of the treatment region. Our objective is to provide such a trajectory map within an area covering the location of the catheter tip for the injection site up to the extremity of the particles' path i.e. vicinity of the treatment region such as a tumor site.  Susceptibility-based negative contrast in the MRI provides a way to enlarge the effect of a magnetic particle whereas its actual size is much smaller than the MRI's visualization capability. Due to their high magnetic susceptibility, magnetic materials cause an inhomogeneity in the local magnetic field of the MRI to an extent which is much larger than their actual size. The inhomogeneity appears in the T2*-weighed gradient echo images in the form of a signal void. This approach presents a method for visualization of microstructures through the susceptibility artifact.


identifier: Pigeon, A. (2015). Développement d'une méthode d'accélération par grilles virtuelles récursives pour l'assemblage de maillages chimères  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les technologies numériques permettant de calculer des écoulements fluides sont aujourd'hui très répandues dans les domaines de la recherche et de l'industrie. Elles permettent de réduire les coûts et les risques associés à la conception d'aéronefs modernes. Quoique très efficaces, ces technologies nécessitent encore d'être améliorées pour être capable de modéliser correctement les conditions du fluide et les caractéristiques géométriques du modèle à l'étude. Pour faire face à la problématique géométrique, le concept de superposition de grilles fut introduit vers la fin des années 1980. Mieux connue comme la méthode chimère, cette approche offre au concepteur une flexibilité accrue lors de la phase de génération de grille ce qui permet d'augmenter la qualité des grilles produites et conséquemment des résultats d'une simulation. La méthode est aussi très bien adaptée aux simulations d'éléments en mouvement relatif puisqu'elle élimine la nécessité de générer un maillage à chaque fois qu'un élément solide est déplacé permettant ainsi de réduire significativement le temps de calcul de ce type de simulation. La méthode chimère est couramment utilisée au sein de groupes de recherche et est aujourd'hui suffisamment mature pour être introduite dans les pratiques industrielles. L'utilisation de la technique requiert d'assembler un système de grilles superposées de sorte à établir un lien de communication entre l'ensemble des grilles du système. Cette communication existe grâce aux zones de superpositions dans lesquelles l'information est transmise d'une grille à l'autre via des interpolations. À la suite de l'assemblage, chacune des cellules du système de grilles obtient un des trois statuts mutuellement exclusifs suivants : calculée, interpolée ou invalide. L'assemblage produit peut ensuite être utilisé par un solveur de fluide capable de traiter la structure de communication ainsi générée. Le présent projet contient deux objectifs principaux. D'abord, la démonstration de la technologie sera réalisée grâce à une implémentation de la méthode chimère au sein de la plateforme de recherche NSCODE. Cette première phase vise à développer les outils de base de la technique de façon à minimiser les risques de développement. Ainsi, le module aura la capacité de traiter des géométries bidimensionnelles et sera basé sur une architecture mémoire simple. La deuxième phase du projet consiste à démontrer que la méthode est adaptée aux requis industriels en améliorant le programme développé. Pour cela un module indépendant, capable d'opérer avec un solveur fluide industriel, sera développé. Ce module offrira trois capacités supplémentaires par rapport à la première phase ; la faculté d'analyser des géométries tridimensionnelles, une architecture mémoire partagée et le traitement de fichiers d'entrée et de sortie standardisés. Dans la première phase d'implémentation, les techniques permettant de déterminer le statut des cellules sont développées. La procédure retenue implique de parcourir l'ensemble des superpositions et d'établir une relation de domination entre les cellules superposées. Les cellules invalides, contenues à l'intérieur de géométries solides, sont identifiées grâce à une procédure d'élimination. Une technique répandue au sein de la communauté et basée sur l'utilisation de grilles virtuelles est implémentée afin d'accélérer le processus d'assemblage. Les limites de cette technique sont repoussées en ajoutant une composante de récursivité. Afin d'accélérer davantage l'assemblage, le programme est parallélisé sous mémoire partagée grâce à l'interface OpenMP. L'ensemble du module est intégré au solveur de fluide NSCODE afin de valider les capacités d'assemblage du programme.  ABSTRACT: Computational fluid dynamics is nowadays widespread in research domains and industrial practices. The technology allows for drastic cost and risk reduction during the design phase of modern aircrafts. Though they provide great capabilities, the technology still requires improvements regarding its ability to accurately model the fluid state as well as the geometric characteristics of the physical body being studied. To deal with the issue of the geometry, the concept of grid overlapping was introduced at the end of the 80's to provide an increased flexibility during the grid generation process allowing for an increase in the quality of the produced grids and simulations results. The method is especially well suited to simulations where solid elements are in relative motion since it eliminates the need to generate a new grid each time a solid body is displaced which reduces significantly the time required to perform those simulations. Also known as the chimera approach, the technique is well known amongst research groups and is now sufficiently mature to be introduced into industrial practices. The technique requires to assemble a system of overlapping grids in a way to establish a communication link between the grids. This communication can only exists in overlap zones in which information is transferred from one grid to another via interpolations. Following the assembly process, each cell of the component grids retains one of the following three mutually exclusive status: computed, interpolated or invalid. The grid assembly can then be used by a flow solver equipped with the capability of using the communication structure. The current project entails two main objectives. First the demonstration of the technology will be performed by implementing the chimera technique into the research platform NSCODE. This first phase intends to develop the basic functionalities of the technique in order to minimize the associated risks. The module will have two-dimensional capabilities and will be based on a simple memory architecture, a shared memory. The second phase of the project aims at demonstrating the maturity of the technology for industrial needs and will thus improve on the first phase. For this, an independent module, capable of operating in conjunction with industrial flow solvers, will be developed. The module will offer the following three major upgrades: three-dimensional capabilities, a distributed memory architecture and the ability to treat standardized input and output files. In the first implementation phase, the techniques used to determine the status of the mesh cells will be developed. The chosen procedure involves searching for all possible overlaps and establish a dominance relation between the overlapping cells. The invalid cells, contained inside a solid element geometry, are identified via an elimination procedure. To accelerate the assembly process, the technique of virtual grids, well known by the community, is implemented. The limits of this technique are further pushed by considering a novel approach based on recursive virtual grids. Parallelization of the program is achieved via the shared memory OpenMP interface. The entire module is then integrated into the flow solver NSCODE to validate the assembling capabilities of the program.


identifier: Nouri, S. (2015). Improving the Processability of Polylactide for Film Blowing Application  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le polylactide (PLA) est l'un des biopolymères les plus importants ayant suscité des intérêts dans de nombreux domaines; non seulement en raison de sa production à partir de ressources renouvelables et compostable, mais aussi parce qu'il a une résistance élevée, un module élastique élevé et possède de bonnes propriétés optiques. Cependant, le PLA souffre des faiblesses qui limitent son développement pour diverses applications. Le manque de groupes latéraux réactifs, une faible cristallinité, une faible résistance à l'impact, une basse température de fléchissement sous charge (HDT), ainsi que des problèmes de mise en œuvre, c'est à dire la sensibilité à la chaleur et à l'humidité et une faible élasticité à l'état fondu sont les défis principaux à surmonter. L'objectif de cette recherche est de faciliter la transformation et la mise en forme de la résine PLA. Plus précisément, sa faible élasticité à l'état fondu limite l'usage du PLA dans les procédés de soufflage de film, de moulage par soufflage, de moussage à faible densité, etc. Il n'y a pas assez d'informations au sujet de ce problème dans la littérature scientifique. Basé sur notre revue de la littérature et en comparant le PLA avec d'autres polymères linéaires tels que le polyéthylène basse densité linéaire (LLDPE) et le polypropylène (PP) pour qui les améliorations d'élasticité à l'état fondu ont été fait par l'incorporation de polymère ramifié, il a été décidé d'utiliser des analogues ramifiés pour améliorer le comportement d'écoulement du PLA à l'état fondu. En outre, il a été observé que l'incorporation de poly (D-lactide) (PDLA) en poly (L-lactide) (PLLA) résulte en leur co-cristallisation ce qui améliore les propriétés rhéologiques en extension; cependant, ce comportement n'a pas encore été étudié en détail. Par conséquent, les principales approches de cette recherche sont basées sur l'emploi de le PLA ramifié, le stéréocomplexe de PLA et leur combinaison. Après avoir examiné différentes méthodes de ramification de PLA, la synthèse directe du PLA a été choisie en raison de sa flexibilité pour produire différentes architectures de chaîne, du contrôle sur la masse moléculaire et le potentiel d'augmenter l'élasticité à l'état fondu sans formation de gel. Différentes structures ramifiées ont été synthétisées et caractérisées afin de montrer un comportement rhéologique et une cristallinité plus intéressants que ceux du PLA linéaire. Les PLA branchés avec différentes stéréochimies ont été mélangés avec le PLA linéaire selon différents rapports de mélange pour explorer l'effet de l'architecture de branchage et leur contenu ainsi que du stéréocomplexe sur la rhéologie de polymère linéaire en cisaillement et en extension. Une viscosité plus élevée, en cisaillement et en extension, et un durcissement par déformation ont été observés par l'application de ces stratégies. Par ailleurs, une étude détaillée a révélé des modifications importantes au comportement de cristallisation suite à l'addition de ramifications. La cinétique de cristallisation en modes isotherme et dynamique a été considérablement améliorée en comparaison avec le PLA linéaire et le rôle de la nucléation des points de branchement a été démontré par des moyens différents. La formation de cristallites de stéréocomplexe entre le PDLA ramifié et le PLLA linéaire ainsi que le rôle de nucléation de cristallites de stéréocomplexe ont été étudiés et différentes morphologies internes de sphérulites de cristallites de stéréocomplexe et d'homocristaux ont été illustrées. En outre, la facilité de mise en œuvre des mélanges modifiés a été examinée dans un procédé de soufflage de film, présentant une large fenêtre de traitement et le taux de production plus élevé en comparaison avec la résine commerciale de référence. En outre, la cristallisation et les propriétés mécaniques et optiques des films produits ont été étudiées, révélant l'effet significatif des modifications de la structure sur les propriétés finales du film.  ABSTRACT: Polylactide (PLA) is among the most important biopolymers that has raised interests in many areas; not only because of its production from renewable resources and compostability, but also because it has high strength, high modulus and good optical properties. However, PLA suffers weaknesses that restrict its development for different applications. Lack of reactive side groups, low crystallization rate, impact resistance and heat deflection temperature (HDT) as well as processability problems, i.e. heat and moisture sensitivity and low melt strength are the main challenges. The objective of this research is to overcome the processability problem of PLA. More specifically, its low melt strength has limited its applications in film blowing, blow molding, low density foaming, etc., and there is not much information regarding this problem in the open literature. Based on our review and comparing PLA with other linear polymers such as linear low density polyethylene (LLDPE) and polypropylene (PP) for which melt strength improvements were done by incorporation of branched polymer, branched PLA is used for this purpose. Besides, it was observed that incorporation of poly(D-lactide) (PDLA) into poly(L-lactide) (PLLA) results in their co-crystallization that also improves the extensional rheological properties; however, it has not been studied in detail. Therefore, the main approaches in this research were based on employing branched PLA, PLA stereocomplex and their combination. After reviewing different PLA branching methods, direct synthesis of branched PLA was selected because of the flexibility to produce different chain architectures, more control on molecular weight and its potential to increase melt strength without gel formation. Different branched structures were synthesized and characterized, showing interesting rheological and crystallization behavior compared to linear PLA. Branched PLAs with different stereochemistry were blended with linear PLA at different blending ratios to explore the effect of branch architecture and content as well as stereocomplex structure on shear and elongational rheology of linear polymer. Higher shear and extensional viscosities and strain hardening behavior were observed by applying these strategies. In addition, a detailed study revealed significant changes to crystallization behavior as a consequence of branched chain architecture. Crystallization kinetics in isothermal and dynamic mode was considerably enhanced in comparison with linear PLA and the nucleation role of branching points was demonstrated by different means. Stereocomplex formation between branched PDLAs and linear PLLA as well as the nucleation role of stereocomplex crystals for homocrystallization were studied and different internal spherulite morphologies for stereocomplex and homocrystal was illustrated. Furthermore, processability of the modified blends was examined through film blowing process, showing a wider processing window and higher production rate in comparison with the reference commercial resin. In addition, mechanical, crystallization and optical properties of the produced films were investigated, revealing the significant effect of structure modification on final film properties.


identifier: Qian, J. (2015). Tribo-Mechanical and Electrical Properties of Boron-Containing Coatings  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de nouveaux revêtements protecteurs durs ayant une performance de pointe est très important pour le progrès scientifique relié à de plusieurs domaines industriels. L'application de revêtements protecteurs durs peut augmenter significativement la performance de pièces et composantes, étendre leur durée de vie ainsi que sauver de l'énergie dans maintes industries incluant l'aérospatial, l'automobile, les manufactures et bien d'autres. De plus, la multifonctionnalité des revêtements représente une valeur ajoutée dans d'autres domaines tels que l'optique, la microélectronique, le biomédical, le stockage magnétique de données, etc. Ainsi, les revêtements protecteurs avec des propriétés tribo-mécaniques améliorées et une résistance à la corrosion augmentée sont très en demande. Les caractéristiques des revêtements peuvent être ajustées en contrôlant leur microstructure sur une échelle répandue dans différents ordres de grandeur. Par exemple, les films avec des nanostructures, comme les super-réseaux, les nanocolonnes et les systèmes nanocomposites, montrent des caractéristiques très distinctes par rapport aux matériaux à une seule phase. Ils montrent des propriétés tribo-mécaniques supérieures grâce à la présence d'interfaces internes rigides et différentes fonctions peuvent être accomplies avec un matériau multi-phase. Les matériaux contenant du bore ont d'excellentes propriétés mécaniques et des caractéristiques électroniques très intéressantes, ce qui en fait de bons candidats pour les revêtements protecteurs fonctionnels durs. Par exemple, le nitrure de bore cubique (c-BN), le carbure de bore (B1−xCx) et le diborure de titane (TiB2) sont très connus pour leur grande dureté, leur haute stabilité thermique et leur caractère chimique inerte. Un exemple intéressant est le nitrure de carbure de bore (BCN) qui possède plusieurs propriétés attrayantes grâce à la similarité structurale avec le carbone (graphite et diamant) ainsi que le nitrure de bore (BN en phase hexagonal ou cubique). L'objectif principal de cette recherche est de développer plus en détail la famille de revêtements contenant du bore, incluant le B1−xCx, le Ti−B−C et le BCN déposés par pulvérisation magnétron, pour améliorer leur performance sur mesure et obtenir de nouvelles fonctions en contrôlant leur microstructure à l'échelle nanométrique.  ABSTRACT: The development of new hard protective coatings with advanced performance is very important for progress in a variety of scientific and industrial fields. Application of hard protective coatings can significantly improve the performance of parts and components, extend their service life, and save energy in many industrial applications including aerospace, automotive, manufacturing, and other industries. In addition, the multifunctionality of protective coatings is also required in many other application fields such as optics, microelectronics, biomedical, magnetic storage media, etc. Therefore, protective coatings with enhanced tribo-mechanical and corrosion properties as well as other functions are in demand. The coating characteristics can be adjusted by controlling the microstructure at different scales. For example, films with nanostructures, such as superlattice, nanocolumn, and nanocomposite systems, exhibit distinctive characteristics compared to single-phase materials. They show superior tribo-mechanical properties due to the presence of strong interfaces, and different functions can be achieved due to the multi-phase characteristics. Boron-containing materials with their excellent mechanical properties and interesting electronic characteristics are good candidates for functional hard protective coatings. For instance, cubic boron nitride (c-BN), boron carbide (B1−xCx), and titanium diboride (TiB2) are well known for their high hardness, high thermal stability, and high chemical inertness. An interesting example is the boron carbon nitride (BCN) compound that possesses many attractive properties because its structure is similar to that of carbon (graphite and diamond) and of boron nitride (BN in hexagonal and cubic phases). The main goal of this work is to further develop the family of Boron-containing films including B1−xCx, Ti−B−C, and BCN films fabricated by magnetron sputtering, and to enhance their performance by controlling their microstructure on the nanoscale. Their tribo-mechanical, corrosion, and electrical properties are studied in relation to the composition and microstructure, aiming at enhancing their performance for multi-functional protective coating applications via microstructural design.


identifier: Pourmonet, H. (2015). Étude de l'évasion tarifaire dans un réseau de transport collectif à l'aide de données de carte à puce et de comptage à bord  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de transports en commun des grandes villes mondiales ont besoin de s'améliorer en permanence. En effet, qu'il soit question de satisfaction des utilisateurs, d'amélioration de la fluidité des réseaux routiers, ou encore de la réduction des gaz à effet de serre, les enjeux du développement de ces réseaux sont immenses. Dans cette optique, les agences de transport n'ont alors pas d'autres choix que de suivre l'évolution technologique. On appelle systèmes de transports intelligents (STI), l'ensemble des technologies de communication et d'information que l'on retrouve dans les transports. Depuis quelques années, ces technologies connaissent un véritable essor et ont pour objectif de rendre plus efficaces et plus fiables les infrastructures et systèmes existants. La plupart des outils STI sont basés sur la collecte, le traitement et la diffusion de l'information. Une large quantité de données peut alors être exploitée afin de fournir des informations sur la planification, la gestion du trafic, la sûreté ou encore l'évasion tarifaire. Les systèmes de carte à puce sont un bon exemple de technologie visant à améliorer les réseaux de transport en commun. En effet, de nombreuses études ont déjà prouvé l'étendue des possibilités que peuvent offrir les cartes à puces. Cependant, il existe d'autres outils STI aussi efficaces. C'est le cas des systèmes de comptage à bord qui peuvent permettre aux agences de transport d'avoir une meilleure connaissance de la fréquentation en vue d'une meilleure gestion de leurs réseaux. C'est dans ce sens que nous développons dans ce mémoire un état de l'art sur ces deux STI afin d'y voir les réels intérêts que les agences peuvent y trouver. La revue de littérature s'oriente ensuite vers l'objectif de cette recherche en faisant un bilan des connaissances sur le phénomène d'évasion tarifaire dans les transports en commun. Ce mémoire s'inscrit dans un projet de recherche impliquant la compagnie Thalès, grand fournisseur de systèmes de perception par cartes à puces, et la Société de transport de Montréal, le tout cofinancé par le Conseil national de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG).  Il  est basé sur l'étude de données provenant du système de perception par carte à puce et du système automatisé de comptage à bord fournies par la Société des Transports de Montréal (STM). Celle-ci équipe ses autobus de ces technologies depuis 2008 pour la carte à puce et 2013 pour les comptages à bord. L'objectif principal de ce mémoire est d'exploiter ces données afin d'analyser le phénomène l'évasion tarifaire. Plusieurs pistes exploratoires ont alors été étudiées afin de mieux appréhender ce phénomène relativement complexe, qui peut causer des pertes de plusieurs millions de dollars par an pour les agences de transport. Autrement dit, nous nous sommes intéressés aux différents paramètres exploitables grâce aux données qui nous permettraient de mettre en lumière l'évasion tarifaire. Il s'avère que l'on observe des variations du ratio du nombre de validations sur le nombre de montants en fonction des heures de la journée. On ne peut pas affirmer hors de tout doute qu'un ratio plus faible est causé par l'évasion tarifaire, mais cela reste notre hypothèse d'étude. En prenant cela en compte, nous trouvons que les heures creuses semblent alors être plus sensibles à ce phénomène. De plus, les études par arrêts et par ligne nous laissent croire que ce phénomène a réellement une composante récurrente. Globalement, nous trouvons un ratio moyen d'environ 0.97 entre le nombre de validations et le nombre de montants sur l'ensemble du réseau de bus. Cependant, nous avons relevé des écarts entre ce ratio moyen et celui de certaines lignes ou arrêts. En effet, des ratios plus faibles de 4 points de pourcentage par rapport à la moyenne sont mis évidence à plusieurs reprises sur une même ligne ou un même arrêt. Le deuxième objectif de ce mémoire consiste à étendre l'étude de ce phénomène en proposant un outil dynamique visant à améliorer les contrôles sur le réseau. Cet outil s'appuie à la fois sur le traitement des données, mais aussi sur les observations du personnel de terrain (guichetiers, conducteurs de bus) afin de devenir un véritable outil d'aide à la décision pour le personnel d'inspection. Les perspectives du projet sont ensuite exposées et résident dans la continuité et l'élargissement de l'outil dynamique à d'autres problématiques comme la maintenance ou la sécurité. Des méthodes mathématiques telles que le Bayésien pourraient aussi être implantées dans l'outil pour lui donner un aspect prévisionnel. Le transfert de ces résultats de recherche permettra éventuellement à la STM de mettre en place une solution permettant de mieux appréhender ce phénomène.  Quant à Thalès, cette recherche pourra leur fournir une première marche vers la mise en place d'une solution clef en main pour la réduction de l'évasion tarifaire. Cette solution pourrait être pour eux un atout non négligeable concernant la vente de leurs technologies aux agences de transports.  ABSTRACT: Public transport systems of major world cities have an ongoing need to improve. Indeed, whether it is a question of user satisfaction, improve the fluidity of road networks, or the reduction of greenhouse gases, the issues of development of these networks are immense. With this in mind, transportation agencies have no other choice but to follow technological developments. Called intelligent transport systems (ITS), all technologies of communication and information that can be found in transportation. In recent years, these technologies are currently booming and  are intended to make existing infrastructure and systems more efficient and reliable. Most tools are based on the collection, processing and dissemination of information. A large amount of data can be exploited to provide information on planning, traffic management, safety or fare evasion. Smart card systems are a good example of technology to improve public transport services. Indeed, many studies have already demonstrated the extent of the possibilities offered smartcards. However, there are other tools that have the ability to make more efficient transport networks. This is particularly true for automatic passengers counting systems (APC) that can allow transport agencies to have a better understanding of traffic in order to better manage their networks. This is what we develop in this paper a state of the art on both ITS to see the real interests that agencies may have to use them. The literature review then turned toward the goal of this research by making a state of knowledge on the fare evasion phenomenon in transport. This thesis is part of a research project involving the company Thales, a leading provider of smart card systems for perception and the Montreal transit corporation (STM), all financed by the national research council, the Natural Sciences and Engineering Canada (NSERC). The study of this thesis is performed based on data from the collection system based on smart card and the automatic passenger counting system provided by the Montréal transit corporation (STM), which equips its buses with these technologies since 2008 for the smart card and 2013 for on-board counting. The main goal of this paper is to use these data to analyze the phenomenon of fare evasion. Several exploratory tracks were studied to better understand this fairly complex phenomenon that can cause loss of several million dollars per year for transport agencies. In other words, we looked at different settings through data that allowed us to highlight the fare evasion. It turns out that there are variations concerning the ratio between number of validations and  number of passengers depending to time of day. We can not claim that a lower ratio is caused by the fare evasion, but this is our hypothesis of study. Taking this into account, we find that the peak hours then seem to be more sensitive to this phenomenon. In addition, studies by stops and lines of buses lead us to believe that this phenomenon actually has a recurring component. Indeed, lower ratios of 4 percentage points from the average are repeatedly highlighted several times on the same line or even stop. The second objective of this paper is to extend the study of this phenomenon by offering a dynamic tool to improve controls over the network. This tool is based on data processing, but also on field staff observations (tellers, bus drivers) to become a true decision support tool for the inspection staff. The project's prospects are then exposed and reside in the continuation and expansion of the dynamic tool to other issues such as maintenance or safety. Mathematical methods such as bayesian could also be implemented in the tool to give it a forward look. The transfer of research results to the STM will eventually implement a solution to better understand this phenomenon. As for Thales, this research will provide a first step towards the establishment of a turnkey solution for the reduction of fare evasion. This solution could be for them an important asset for the sale of their technologies to transportation agencies.


identifier: Jacques, L. (2015). Influence des erreurs de modèle et de mesure sur les résultats d'interprétation d'un essai de réponse thermique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Préalablement à la conception d'un système de chauffage et de climatisation géothermique,les paramètres thermiques du milieu géologique sont établis par la réalisation d'un essai de réponse thermique. Diverses sources d'erreurs entraînent des incertitudes sur les données d'essai et les résultats d'interprétation. Parmi les sources d'erreurs, l'influence des erreurs de modèle et de mesure n'a jamais été complètement démontrée. Pour évaluer l'incertitude d'une interprétation, les vrais paramètres thermiques du milieu doivent être exactement connus. Puisque cette dernière affirmation empêche l'utilisation des données provenant d'un essai de réponse thermique réel, des données d'interprétation synthétique exemptes de bruits sont produites par une étude géostatistique et par la simulation numérique d'un modèle d'éléments finis en trois dimensions. Plusieurs inversions stochastiques ont été effectuées permettant d'obtenir une distribution statistique pour chacun des paramètres thermiques inconnus. Les inversions sont effectuées avec le modèle de la source linéique finie (SLF) et le modèle de résistances et capacités thermiques (RCT), inclus dans l'outil d'interprétation TRT-SInterp. Pour chacune des expériences, 100 inversions ont été réalisées à partir des mêmes solutions initiales. Le biais et la précision d'un paramètre thermique sont obtenus en comparant le paramètre de référence avec la moyenne et l'écart type des résultats d'une expérience. Pour analyser l'influence de l'erreur de modèle, un critère d'arrêt assure que tous les résultats d'une expérience possèdent une erreur d'ajustement inférieure à l'erreur de modèle. Une expérience supplémentaire montre l'effet d'une phase de restitution thermique sur le biais et la précision des résultats d'interprétation. En ce qui concerne l'impact de l'erreur des sondes de température, le biais de la sonde est ajouté dans le critère d'arrêt. Pour le wattmètre, une erreur systématique différente et un bruit aléatoirement construit sont greffés au signal de puissance à chacune des inversions.  ABSTRACT: Prior to the design of a geothermal system for heating and cooling purposes, the thermal parameters in the vicinity of the borehole are established through the completion of a thermal response test. Various sources of error are causing uncertainties on the interpretation outcome. Among the sources of error, the impact of the interpretation model and the measurement errors had never been thoroughly demonstrated. To evaluate the accuracy of an interpretation, the real borehole thermal parameters need to be exactly known, which hinder use of real thermal response test data. Noiseless synthetic interpretation data is then produced through a geostatistical study and a numerical simulation of a three dimensional finite element model. Several stochastic inversions were performed in order to obtain statistic distribution for each unknown thermal parameters. The inversions are carried out with the finite line-source model (FLSM) and the thermal resistance and capacity model (TRCM), included in the interpretation tool TRT-SInterp. For each experiment, 100 inversions were realized with the same initial seed. The bias and precision of thermal parameters are obtained by comparing the average and the standard deviation of the posterior distributions with the reference thermal parameters. To analyze the model error, a stopping criteria is utilized to keep only the results allowing an error of adjustment under the model error. An additional experiment shows the influence of the recovery phase during the test. To consider the temperature probe error, the bias of the probe is included within the stopping criteria. For the watt-transducer, systematic errors and random noises are added to the signal at each inversion. The use of a stopping criteria for the model's error demonstrated a reduction of the uncertainty of the parameters for the TRCM and the identification error for the FLSM.


identifier: Lavoie, T. M. (2015). Leveraging Software Clones for Software Comprehension: Techniques and Practice  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le corps de cette thèse est centré sur deux aspects de la détection de clones logiciels: la détection et l'application. En détection, la contribution principale de cette thèse est un nouveau détecteur de clones conçu avec la librairie mtreelib, elle-même développée expressément pour ce travail. Cette librairie implémente un arbre de métrique général, une structure de donnée spécialisée dans la division des espaces de métriques dans le but d'accélérer certaines requêtes communes, comme les requêtes par intervalles ou les requêtes de plus proche voisin. Cette structure est utilisée pour construire un détecteur de clones qui approxime la distance de Levenshtein avec une forte précision. Une brève évaluation est présentée pour soutenir cette précision. D'autres résultats pertinents sur les métriques et la détection incrémentale de clones sont également présentés. Plusieurs applications du nouveau détecteur de clones sont présentés. Tout d'abord, un algorithme original pour la reconstruction d'informations perdus dans les systèmes de versionnement est proposé et testé sur plusieurs grands systèmes. Puis, une évaluation qualitative et quantitative de Firefox est faite sur la base d'une analyse du plus proche voisin; les courbes obtenues sont utilisées pour mettre en lumière les difficultés d'effectuer une transition entre un cycle de développement lent et rapide. Ensuite, deux expériences industrielles d'utilisation et de déploiement d'une technologie de détection de clonage sont présentés. Ces deux expériences concernent les langages C/C++, Java et TTCN-3. La grande différence de population de clones entre C/C++ et Java et TTCN-3 est présentée. Finalement, un résultat obtenu grâce au croisement d'une analyse de clones et d'une analyse de flux de sécurité met en lumière l'utilité des clones dans l'identification des failles de sécurité. Le travail se termine par une conclusion et quelques perspectives futures.  ABSTRACT: This thesis explores two topics in clone analysis: detection and application. The main contribution in clone detection is a new clone detector based on a library called mtreelib. This library is a package developed for clone detection that implements the metric data structure. This structure is used to build a clone detector that approximates the Levenshtein distance with high accuracy. A small benchmark is produced to assess the accuracy. Other results from these regarding metrics and incremental clone detection are also presented. Many applications of the clone detector are introduced. An original algorithm to reconstruct missing information in the structure of software repositories is described and tested with data sourced from large existing software. An insight into Firefox is exposed showing the quantity of change between versions and the link between different release cycle types and the number of bugs. Also, an analysis crossing the results from pattern traversal, flow analysis and clone detection is presented. Two industrial experiments using a different clone detector, CLAN, are also presented with some developers' perspectives. One of the experiments is done on a language never explored in clone detection, TTCN-3, and the results show that the clone population in that language differs greatly from other well-known languages, like C/C++ and Java. The thesis concludes with a summary of the findings and some perspectives for future research.


identifier: Pontes Lima, R. J. (2015). Synthesis of Metal-Polymer Nanocomposites for Fuel Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les particules métalliques ont été d'intérêt comme combustibles et additifs de combustibles pour des propergols et explosifs, car ils possèdent une énergie à haute densité. En général, la densité d'énergie volumétrique est supérieure à celui de carburant conventionnel à base d'hydrocarbure. Cet avantage est clairement bénéfique pour les systèmes de propulsion fusée à volume limité, dans lequel le paramètre le plus important est l'impulsion spécifique. Il est bien connu que la réactivité des particules métalliques dépend de la taille des particules qui augmente lorsque la taille des particules diminue. Des améliorations significatives dans les comportements de combustion du propergol ont été attribuées à l'utilisation de particules métalliques de taille nanométrique, par exemple l'augmentation du taux de combustion et la réduction du temps de retard à l'allumage. Pour cette raison, l'application de particules de taille nanométrique comme combustible pourrait être préférable que les particules plus larges. Cependant, plusieurs difficultés limitent l'utilisation des particules ultrafines dans les applications de combustibles et carburants. La plupart d'entre eux sont attribuées à la formation d'une couche d'oxyde sur les particules qui empêchent un bon rendement dans le processus de combustion. Dans les applications de bore comme carburant, ces difficultés pratiques d'allumage et de la complète combustion ont jusqu'à présent limité l'utilisation extensive de bore pour la demande de carburant. L'application des revêtements non oxydés sur les particules a été indiquée pour les protéger contre l'oxydation prématurée et à améliorer leurs propriétés de combustion. Un certain nombre de méthodes ont été proposées pour enrober des particules de métal avec une variété de composés organiques ou d'autres métaux. Les applications courantes suggèrent les enrobages par des hydrocarbures saturés ou des acides gras, tels que l'acide oléique, en tant que moyen de passivation des particules. Récemment, le broyage de haute énergie en combinaison avec des réactions chimiques a été appliqué à fabriquer des particules métalliques de taille nanométrique, enrobés par des composés organiques. Des avantages de cette technique c'est que la passivation est intégrée à la production de particules dans une seule étape. Par exemple, le broyage réactif de poudres de bore dans une solution d'acide oléique a causé une amélioration de leur réactivité. Toutefois, la polyvalence de la technique de broyage mécanique suggère la possibilité d'enrobage de particules avec des composés organiques variés. Ainsi, le changement de revêtement organique traditionnel par de nouvelles molécules qui peuvent encore améliorer les propriétés des particules est un exceptionnel défi. La première contribution de ce travail est d'étudier le processus de broyage réactif de poudres métalliques, tels que le bore et l'aluminium, pour une meilleure compréhension de la méthode expérimentale, qu'on propose comme moyen d'obtenir des particules métalliques enrobées par de polymères énergétiques. À cet effet, une étude expérimentale comparative a été réalisée afin d'évaluer deux variantes du broyage mécanique. Dans une procédure typique, les poudres métalliques et les réactifs sont versés dans le flacon de broyeur au démarrage. Les réactions organiques se produisent en même temps que le procédé de broyage. Au contraire, dans la procédure alternative, les poudres sont broyées au préalable avant l'addition du réactif organique, donc un processus pas à pas est effectué. Pour les deux méthodes, un composé organique fonctionnalisé a été greffé sur les particules, par la suite ils ont été incorporés dans une matrice de polymère énergétique pour fabriquer le composite métal-polymère. Les résultats mettent en évidence les différences dans la forme et la taille des particules, l'identification des inconvénients pour les deux applications, ainsi que, l'analyse des effets sur les propriétés de combustion des poudres organiques enrobées et des métaux composites à base de liants. Le polymère de l'azoture de glycidyl a été choisi le candidat pour enrober les particules en raison de ses bonnes propriétés énergétiques. Comme la viscosité du mélange augmente lorsque la taille des particules diminue, les réactifs de faible viscosité sont recommandés pour éviter la viscosité très élevée. Le poids moléculaire du GAP peut varier de 700 à 5500 et le nombre de groupes hydroxyles terminaux de 0 (GAP plastifiant) à 3. Parmi ces polymères, le GAP plastifiant (700 g mol-1, à faible viscosité) possède de bonnes propriétés qui facilitent son emploi dans un procédé de broyage réactif. Toutefois, certains groupes fonctionnalisés sont nécessaires pour greffer le polymère sur les particules métalliques et le GAP plastifiant ne portent pas de groupes hydroxyle téléchélique. Pour obtenir une meilleure réactivité de ce polymère et la surface du métal frais, le GAP plastifiant a été modifiée chimiquement pour apporter quelques branches de fonction acides supplémentaires dans la chaîne principale. La méthode directe pour l'enrobage des particules métalliques avec le polymère de l'azoture de glycidyl modifié a montré plus d'efficacité pour former la couche énergétique, qui a influencé la dispersion des poudres dans des polymères et accrut la libération totale d'énergie par la combustion de composite métal-polymère. La dernière phase de cette recherche concerne la production de composites bore polymère à des fins de combustion. Le bore a un très haute pouvoir calorifique sur un base massique, (58 kJ/g)  mais aussi, et surtout,  par unité de volume  (136 kJ/ cc). Cela dépasse clairement l'autre métaux ou autres combustibles hydrocarbonés classique en masse et volumétrique production de l'énergie. Malgré cette favorable énergie potentielle, le bore a rarement atteint son potentiel dans les systèmes de propulsion alors que l'aluminium est le métal le plus couramment employé dans la préparation des propergols solides composites. Un certain nombre d'études consacrées à la combustion de bore attribuent sa performance réduite à quelques propriétés du métal. La couche d'oxyde de bore (B2O3) sur les particules est très stable, ce qui conduit à longue durée de retard d'allumage. Ainsi, le bore élémentaire s'enflamme en deux étapes. La première étape correspond à la combustion de bore revêtue d'une couche d'oxyde, dans un second stage se donne l'achèvement de la combustion du bore particule nu. L'utilisation de métaux légers, tels que le magnésium et l'aluminium en tant qu'additifs dans des formulations de bore ont été indiquée comme un moyen pour améliorer son efficacité de combustion. Récemment, des améliorations de l'efficacité de la combustion de bore ont été associées à l'utilisation du magnésium et de l'aluminium ajoutés à des formulations. Le mécanisme proposé pour ces améliorations est l'enlèvement de l'oxyde de bore par la réaction avec de l'aluminium et les dégagements de chaleur supplémentaires apportés par l'allumage rapide du magnésium. Dans ce travail, il a été proposé l'application d'une couche de polymère énergétique sur les particules de bore, qui en plus de la libération d'une quantité importante d'énergie apporte d'autres avantages sur le plan de l'application finale des particules comme carburant (par exemple, la dispersion de particules dans un liant de polymère).  ABSTRACT: Metal particles have long been of interest as fuel and fuel additives for propellants and explosives because their high-density energy. In general, their volumetric energy density is higher as compared to conventional hydrocarbon-based fuel. This advantage is clearly beneficial for volume-limited rocket propulsion systems, in which the most important parameter is the density-based specific impulse. It is widely known that the reactivity of metal particles increases when particle size decreases. Significant improvements in combustion behaviors of propellant have been attributed to the use of nanosize metal particles, for example faster burning rates and shorter ignition delay time. For this reason the application of nanosize particles as fuel could be preferable than large particles. However, several difficulties limit the use of ultrafine particles in fuel applications and propellants. Most of them are attributed to the oxide layer formation on the particles that prevents good combustion performance. In boron applications, practical difficulties such as poor ignition and combustion performance, have so far limited extensive use of boron for fuel applications. Indications are that application of non-oxide coatings on particles protects them against premature oxidation and enhances their combustion properties. A number of methods have been proposed to coat metal particles with a variety of organic compounds or other metals. Common applications provides coatings of saturated hydrocarbons or fatty acids, such as oleic acid as a means to passivation the particles. Recently, high-energy ball milling, in combination with chemical reactions, was applied to fabricate nanostructured metal particles coated with organic compounds. One of the advantages of this technique is that the passivation be integrated into the production of particles as a single step. For example, the reactive milling of boron in oleic acid solution showed an improved reactivity of as-milled powders. However, the versatility of the mechanical milling technique suggests that a vast range of organic compounds could be applied to the capping of particles. Thus, developing a new method to obtain metal nanosized particles coated with chemical substances that can further improve the properties of particles is a great challenge. The first contribution of this work is to investigate the reactive milling process of metal powders, such as boron and aluminum, to better understand the experimental methodology as a means to obtain energetic-capped metal particles. To this end, a comparative experimental study was performed to evaluate two variations of the mechanical milling. In a typical procedure, metal powders and the reagents are poured into the mill vial at the start of milling. The organic reactions occur simultaneously in the milling process. In the alternative procedure, the powders are milled prior the addition of the organic reagent, thus a stepwise process is done. For both methods, an organic functionalized compound was grafted onto the particles, followed by their incorporation into an energetic polymer matrix to create a metal-polymer composite. The results highlight the differences in shape in size of particles, identifying some drawbacks for both applications, as well as analyzing the effects on combustion properties of the organic-capped powders and the binder composites.  The analysis of the first results of the reactive milling showed that this way might lead to by-products and self-polymerization of organic coatings. That is the main drawback for the simultaneous milling process, preventing a better performance of as-milled powders. Considering this problem, it was necessary to modify the milling procedure to further improve the capping of metal particle. Thus, the second part of experiments applies an energetic polymer direct grafted onto particles as a means to further improvements in the energetic properties of powders.  Glycidyl azide polymer (GAP) was chosen as candidate to coat the particles because of its good energetic properties. Since the mixture viscosity increases as the size of particles decreases, low-viscosity reagents are recommended to avoid very high viscosity. The molecular weight of GAP can range from 700 to 5500 and the number of hydroxyl end groups from 0 (GAP plasticizer) to 3. Among these polymers, the GAP plasticizer (700 g mol-1, low viscosity) has good properties to be applied in reactive milling. However, some functionalized groups are necessary to graft the polymer onto metal particles and the GAP plasticizer does not carry telechelic hydroxyl groups. To achieve a better reactivity of this polymer and the fresh metal surface, the GAP plasticizer was chemically modified to make some additional acid-functionalized branches in the main chain of the polymer. The direct method for coating the metal particles with the modified GAP was more effective in forming the energetic layer, which has influenced the dispersion of powders into polymers and increased the total energy release by the combustion of metal-polymer composites. The last phase of this research addressed the production of boron-polymer composites for combustion purposes. Boron has a very high gravimetric (58 kJ/g) and volumetric (136 kJ/cc) heating value. This clearly exceeds other metal or other conventional hydrocarbon fuels in both mass and volumetric energy production. Despite of this great potential energy, boron has rarely achieved its potential in propulsion systems, whereas the aluminum is the most common metal employed in the preparation of composite solid propellants. A number of studies addressed to the boron combustion attribute its reduced performance to a certain combustion property of the metal. The boron oxide (B2O3) layer, normally found on the particles is highly stable and leads to long ignition delay times. Therefore, the elemental boron ignites in a two-stage process. The first stage corresponds to the burning of boron covered with an oxide layer, and the second stage involves the completion of the combustion of the bare boron particle.  The use of light metals, such as magnesium and aluminum as additives in boron formulations, has been indicated as a means to enhance its combustion efficiency. Recently, improvements of the combustion efficiency of boron were associated with the use of magnesium and aluminum as additives. The mechanism proposed for these improvements was boron oxide removal by reaction with aluminum and the additional heat release by the easy ignition of magnesium.  In this work, it was proposed to apply of a layer of energetic polymer on the boron particles, which, in addition to releasing a significant amount of energy, brings other benefits in terms of the final application of the particles as fuel (i.e., the dispersion of particles into a polymer binder).


identifier: Saad, H. A. (2015). Modélisation et simulation d'une liaison HVDC de type VSC-MMC  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le transport d'énergie en courant continu à haute tension (CCHT ou HVDC) est aujourd'hui en pleine expansion dans le monde. Deux principaux facteurs sont à l'origine de cet engouement. Le premier est lié à la difficulté de construire de nouvelles lignes aériennes pour assurer le développement du réseau à haute tension qui fait que le recours à des câbles souterrains est de plus en plus fréquent. Or l'utilisation de ces câbles est limitée en longueur à quelques dizaines de km à cause du courant capacitif généré par le câble lui-même. Au-delà de cette longueur limite, la solution consiste généralement à transporter en courant continu. Le second facteur est lié au développement de l'éolien offshore qui nécessite de raccorder des puissances de plusieurs centaines de MW au réseau continental au moyen de câbles dont les longueurs peuvent atteindre quelques centaines de km et ce qui nécessite donc le transport en HVDC. De façon concrète, plusieurs projets de transmission HVDC ont été planifiés par le gestionnaire du réseau de transport français RTE. Le projet INELFE, par exemple, est une interconnexion HVDC entre la France et l'Espagne, pour la transmission de 2000 MW. Cette thèse est financée par RTE, dans le but de modéliser, simuler en temps réel et étudier les risques d'interaction entre ces liaisons HVDC. La particularité des ouvrages de transport en courant continu est de faire appel à un contrôle commande dédié qui va en grande partie déterminer le comportement dynamique de la liaison tant sur des grosses perturbations (défauts sur le réseau) qu'en régime de petites variations. Il existe différentes topologies VSC (Voltage Source Converter), comme les convertisseurs à deux niveaux, les convertisseurs multi-niveaux avec des diodes et les convertisseurs multiniveaux avec des condensateurs flottants. Toutefois, en raison de la complexité des commandes et des limites pratiques, les installations de système HVDC-VSC ont été limitées à des convertisseurs à deux niveaux et à trois niveaux. Récemment, la mise au point de la technologie modulaire appelé MMC (Modular Multilevel Converter [Siemens]-[Alstom]) ou CTL (Cascaded Two Level topology [ABB]) en fonction des industriels, a permis de surmonter les limites des autres topologies multi-niveaux pour les applications HVDC. Cette topologie est constituée de plusieurs sous-modules connectés en séries. Chaque sous-module contient deux IGBTs avec leurs diodes antiparallèles et un condensateur qui sert comme accumulateur d'énergie.  ABSTRACT: High-voltage direct current transmission systems (HVDC) are rapidly expanding in the world. Two main factors are responsible for this expansion. The first is related to the difficulty of building new overhead lines to ensure the development of high-voltage AC grids, which makes the usage of underground cables more common. However, the use of such cables is limited in length to a few tens of km because of the capacitive current generated by the cable itself. Beyond this length limit, the solution is usually to transmit in DC. The second factor is related to the development of offshore wind power plants that require connecting powers of several hundred of MW to the mainland grid by cables whose lengths can reach several hundreds of km and consequently require HVDC transmission system. Several HVDC projects are currently planned and developed by the French transmission system operator RTE. One of such projects is the INELFE interconnection project, with a capacity of 2,000 MW, between France and Spain. This thesis has been funded by RTE, in order to model and simulate in off-line and real time modes, modern HVDC interconnections. The delivered simulation means are used to examine targeted HVDC system performances and risks of abnormal interactions with surrounding power systems. The particularity of the INELFE HVDC system is the usage of a dedicated control system that will largely determine the dynamic behaviour of the system for both large disturbances (faults on the network) and small perturbations (power step changes). Various VSC topologies, including the conventional two-level, multi-level diode-clamped and floating capacitor multi-level converters, have been proposed and reported in the literature. However, due to the complexity of controls and practical limitations, the VSC-HVDC system installations have been limited to the two-level and three-level diode-clamped converters. Recently, the development of modular technology called MMC (Modular Multilevel Converter [Siemens] - [Alstom]) or CTL (Cascaded Two Level topology [ABB]) has allowed to overcome existing limitations. This topology consists of several sub-modules connected in series. Each submodule contains two IGBTs with antiparallel diodes and a capacitor that act as energy storage. The control of these IGBTs allows connecting and disconnecting the capacitor on the network.


identifier: Sadighian, A. (2015). Intrusion Detection from Heterogenous Sensors  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, la protection des systèmes et réseaux informatiques contre différentes attaques avancées et distribuées constitue un défi vital pour leurs propriétaires. L'une des menaces critiques à la sécurité de ces infrastructures informatiques sont les attaques réalisées par des individus dont les intentions sont malveillantes, qu'ils soient situés à l'intérieur et à l'extérieur de l'environnement du système, afin d'abuser des services disponibles, ou de révéler des informations confidentielles. Par conséquent, la gestion et la surveillance des systèmes informatiques est un défi considérable considérant que de nouvelles menaces et attaques sont découvertes sur une base quotidienne. Les systèmes de détection d'intrusion, Intrusion Detection Systems (IDS) en anglais, jouent un rôle clé dans la surveillance et le contrôle des infrastructures de réseau informatique. Ces systèmes inspectent les événements qui se produisent dans les systèmes et réseaux informatiques et en cas de détection d'activité malveillante, ces derniers génèrent des alertes afin de fournir les détails des attaques survenues. Cependant, ces systèmes présentent certaines limitations qui méritent d'être adressées si nous souhaitons les rendre suffisamment fiables pour répondre aux besoins réels. L'un des principaux défis qui caractérise les IDS est le grand nombre d'alertes redondantes et non pertinentes ainsi que le taux de faux-positif générés, faisant de leur analyse une tâche difficile pour les administrateurs de sécurité qui tentent de déterminer et d'identifier les alertes qui sont réellement importantes. Une partie du problème réside dans le fait que la plupart des IDS ne prennent pas compte les informations contextuelles (type de systèmes, applications, utilisateurs, réseaux, etc.) reliées à l'attaque. Ainsi, une grande partie des alertes générées par les IDS sont non pertinentes en ce sens qu'elles ne permettent de comprendre l'attaque dans son contexte et ce, malgré le fait que le système ait réussi à correctement détecter une intrusion. De plus, plusieurs IDS limitent leur détection à un seul type de capteur, ce qui les rend inefficaces pour détecter de nouvelles attaques complexes. Or, ceci est particulièrement important dans le cas des attaques ciblées qui tentent d'éviter la détection par IDS conventionnels et par d'autres produits de sécurité. Bien que de nombreux administrateurs système incorporent avec succès des informations de contexte ainsi que différents types de capteurs et journaux dans leurs analyses, un problème important avec cette approche reste le manque d'automatisation, tant au niveau du stockage que de l'analyse. Afin de résoudre ces problèmes d'applicabilité, divers types d'IDS ont été proposés dans les dernières années, dont les IDS de type composant pris sur étagère, commercial off-the-shelf (COTS) en anglais, qui sont maintenant largement utilisés dans les centres d'opérations de sécurité, Security Operations Center (SOC) en anglais, de plusieurs grandes organisations. D'un point de vue plus général, les différentes approches proposées peuvent être classées en différentes catégories : les méthodes basées sur l'apprentissage machine, tel que les réseaux bayésiens, les méthodes d'extraction de données, les arbres de décision, les réseaux de neurones, etc., les méthodes impliquant la corrélation d'alertes et les approches fondées sur la fusion d'alertes, les systèmes de détection d'intrusion sensibles au contexte, les IDS dit distribués et les IDS qui reposent sur la notion d'ontologie de base. Étant donné que ces différentes approches se concentrent uniquement sur un ou quelques-uns des défis courants reliés aux IDS, au meilleure de notre connaissance, le problème dans son ensemble n'a pas été résolu. Par conséquent, il n'existe aucune approche permettant de couvrir tous les défis des IDS modernes précédemment mentionnés. Par exemple, les systèmes qui reposent sur des méthodes d'apprentissage machine classent les événements sur la base de certaines caractéristiques en fonction du comportement observé pour un type d'événements, mais ils ne prennent pas en compte les informations reliées au contexte et les relations pouvant exister entre plusieurs événements. La plupart des techniques de corrélation d'alerte proposées ne considèrent que la corrélation entre plusieurs capteurs du même type ayant un événement commun et une sémantique d'alerte similaire (corrélation homogène), laissant aux administrateurs de sécurité la tâche d'effectuer la corrélation entre les différents types de capteurs hétérogènes. Pour leur part, les approches sensibles au contexte n'emploient que des aspects limités du contexte sous-jacent. Une autre limitation majeure des différentes approches proposées est l'absence d'évaluation précise basée sur des ensembles de données qui contiennent des scénarios d'attaque complexes et modernes. À cet effet, l'objectif de cette thèse est de concevoir un système de corrélation d'événements qui peut prendre en considération plusieurs types hétérogènes de capteurs ainsi que les journaux de plusieurs applications (par exemple, IDS/IPS, pare-feu, base de données, système d'exploitation, antivirus, proxy web, routeurs, etc.). Cette méthode permettra de détecter des attaques complexes qui laissent des traces dans les différents systèmes, et d'incorporer les informations de contexte dans l'analyse afin de réduire les faux-positifs. Nos contributions peuvent être divisées en quatre parties principales : 1) Nous proposons la Pasargadae, une solution complète sensible au contexte et reposant sur une ontologie de corrélation des événements, laquelle effectue automatiquement la corrélation des événements par l'analyse des informations recueillies auprès de diverses sources. Pasargadae utilise le concept d'ontologie pour représenter et stocker des informations sur les événements, le contexte et les vulnérabilités, les scénarios d'attaques, et utilise des règles d'ontologie de logique simple écrites en Semantic Query-Enhance Web Rule Language (SQWRL) afin de corréler diverse informations et de filtrer les alertes non pertinentes, en double, et les faux-positifs. 2) Nous proposons une approche basée sur, méta-événement , tri topologique et l‘approche corrélation d‘événement basée sur sémantique qui emploie Pasargadae pour effectuer la corrélation d'événements à travers les événements collectés de plusieurs capteurs répartis dans un réseau informatique. 3) Nous proposons une approche alerte de fusion basée sur sémantique, contexte sensible, qui s‘appuie sur certains des sous-composantes de Pasargadae pour effectuer une alerte fusion hétérogène recueillies auprès IDS hétérogènes. 4) Dans le but de montrer le niveau de flexibilité de Pasargadae, nous l'utilisons pour mettre en oeuvre d'autres approches proposées d‘alertes et de corrélation d‘événements. La somme de ces contributions représente une amélioration significative de l'applicabilité et la fiabilité des IDS dans des situations du monde réel. Afin de tester la performance et la flexibilité de l'approche de corrélation d'événements proposés, nous devons aborder le manque d'infrastructures expérimental adéquat pour la sécurité du réseau. Une étude de littérature montre que les approches expérimentales actuelles ne sont pas adaptées pour générer des données de réseau de grande fidélité. Par conséquent, afin d'accomplir une évaluation complète, d'abord, nous menons nos expériences sur deux scénarios d'étude d‘analyse de cas distincts, inspirés des ensembles de données d'évaluation DARPA 2000 et UNB ISCX IDS. Ensuite, comme une étude déposée complète, nous employons Pasargadae dans un vrai réseau informatique pour une période de deux semaines pour inspecter ses capacités de détection sur un vrai terrain trafic de réseau. Les résultats obtenus montrent que, par rapport à d'autres améliorations IDS existants, les contributions proposées améliorent considérablement les performances IDS (taux de détection) tout en réduisant les faux positifs, non pertinents et alertes en double.  ABSTRACT: Nowadays, protecting computer systems and networks against various distributed and multi-steps attack has been a vital challenge for their owners. One of the essential threats to the security of such computer infrastructures is attacks by malicious individuals from inside and outside of the system environment to abuse available services, or reveal their confidential information. Consequently, managing and supervising computer systems is a considerable challenge, as new threats and attacks are discovered on a daily basis. Intrusion Detection Systems (IDSs) play a key role in the surveillance and monitoring of computer network infrastructures. These systems inspect events occurred in computer systems and networks and in case of any malicious behavior they generate appropriate alerts describing the attacks' details. However, there are a number of shortcomings that need to be addressed to make them reliable enough in the real-world situations. One of the fundamental challenges in real-world IDS is the large number of redundant, non-relevant, and false positive alerts that they generate, making it a difficult task for security administrators to determine and identify real and important alerts. Part of the problem is that most of the IDS do not take into account contextual information (type of systems, applications, users, networks, etc.), and therefore a large portion of the alerts are non-relevant in that even though they correctly recognize an intrusion, the intrusion fails to reach its objectives. Additionally, to detect newer and complicated attacks, relying on only one detection sensor type is not adequate, and as a result many of the current IDS are unable to detect them. This is especially important with respect to targeted attacks that try to avoid detection by conventional IDS and by other security products. While many system administrators are known to successfully incorporate context information and many different types of sensors and logs into their analysis, an important problem with this approach is the lack of automation in both storage and analysis. In order to address these problems in IDS applicability, various IDS types have been proposed in the recent years and commercial off-the-shelf (COTS) IDS products have found their way into Security Operations Centers (SOC) of many large organizations. From a general perspective, these works can be categorized into: machine learning based approaches including Bayesian networks, data mining methods, decision trees, neural networks, etc., alert correlation and alert fusion based approaches, context-aware intrusion detection systems, distributed intrusion detection systems, and ontology based intrusion detection systems. To the best of our knowledge, since these works only focus on one or few of the IDS challenges, the problem as a whole has not been resolved. Hence, there is no comprehensive work addressing all the mentioned challenges of modern intrusion detection systems. For example, works that utilize machine learning approaches only classify events based on some features depending on behavior observed with one type of events, and they do not take into account contextual information and event interrelationships. Most of the proposed alert correlation techniques consider correlation only across multiple sensors of the same type having a common event and alert semantics (homogeneous correlation), leaving it to security administrators to perform correlation across heterogeneous types of sensors. Context-aware approaches only employ limited aspects of the underlying context. The lack of accurate evaluation based on the data sets that encompass modern complex attack scenarios is another major shortcoming of most of the proposed approaches. The goal of this thesis is to design an event correlation system that can correlate across several heterogeneous types of sensors and logs (e.g. IDS/IPS, firewall, database, operating system, anti-virus, web proxy, routers, etc.) in order to hope to detect complex attacks that leave traces in various systems, and incorporate context information into the analysis, in order to reduce false positives. To this end, our contributions can be split into 4 main parts: 1) we propose the Pasargadae comprehensive context-aware and ontology-based event correlation framework that automatically performs event correlation by reasoning on the information collected from various information resources. Pasargadae uses ontologies to represent and store information on events, context and vulnerability information, and attack scenarios, and uses simple ontology logic rules written in Semantic Query-Enhance Web Rule Language (SQWRL) to correlate various information and filter out non-relevant alerts and duplicate alerts, and false positives. 2) We propose a meta-event based, topological sort based and semantic-based event correlation approach that employs Pasargadae to perform event correlation across events collected form several sensors distributed in a computer network. 3) We propose a semantic-based context-aware alert fusion approach that relies on some of the subcomponents of Pasargadae to perform heterogeneous alert fusion collected from heterogeneous IDS. 4) In order to show the level of flexibility of Pasargadae, we use it to implement some other proposed alert and event correlation approaches. The sum of these contributions represent a significant improvement in the applicability and reliability of IDS in real-world situations. In order to test the performance and flexibility of the proposed event correlation approach, we need to address the lack of experimental infrastructure suitable for network security. A study of the literature shows that current experimental approaches are not appropriate to generate high fidelity network data. Consequently, in order to accomplish a comprehensive evaluation, first, we conduct our experiments on two separate analysis case study scenarios, inspired from the DARPA 2000 and UNB ISCX IDS evaluation data sets. Next, as a complete field study, we employ Pasargadae in a real computer network for a two weeks period to inspect its detection capabilities on a ground truth network traffic. The results obtained show that compared to other existing IDS improvements, the proposed contributions significantly improve IDS performance (detection rate) while reducing false positives, non-relevant and duplicate alerts.


identifier: Constantin, A. (2015). Résistance mécanique des barrages avec fissuration réparés par injection : étude expérimentale des produits à base d'époxy  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour évaluer la résistance mécanique d'une fissure dans le béton réparée par injection d'époxy, 30 spécimens cylindriques en béton structural de 150mm de diamètre ont été fabriqués. Un montage d'essai expérimental en traction directe a été élaboré afin de (1) fissurer les spécimens cylindriques vierges et (2) déterminer la résistance à la traction directe des fissures réparées par injection d'époxy. Plusieurs paramètres d'injection ont été considérés dans le programme expérimental afin d'évaluer l'influence de ceux-ci sur la qualité de la réparation. Ainsi les paramètres évalués sont des produits d'époxy de 3 fournisseurs différents (produits A, B et C), 2 conditions d'humidité de la fissure lors de l'injection (sèche et humide) et 3 différentes ouvertures (2, 1 et 0mm) et 1 état de contrainte de la fissure lors de l'injection (200kPa).  ABSTRACT: To evaluate the mechanical strength in tension of a concrete crack repaired by epoxy injection, 30 cylindrical structural concrete specimens, 150 mm in diameter, have been built. An experimental testing apparatus for direct tension test has been developed (1) to crack the virgin specimens and (2) to determine the direct tensile resistance of the specimen repaired by epoxy injection. Several injection parameters have been considered in the experimental program to evaluate their effects on the quality of the repair. The evaluated parameters are 3 epoxy products (A, B and C) from different suppliers, 2 moisture conditions of the crack during its injection (dry and moist) and 3 different crack openings (2mm, 1mm and 0mm) and one compressive state of on the crack during its injection (200kPa).