identifier: Montreuil, V. (2014). Vers un prototype d'outil d'évaluation subjective de l'expérience utilisateur avec des produits interactifs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le domaine de l'interaction humain-machine continue d'évoluer, et au-delà de l'utilisabilité on s'intéresse désormais à l'expérience utilisateur (EU) avec les systèmes, produits ou services. Celle-ci est plus riche et holistique que l'utilisabilité car elle tient compte des émotions, de l'esthétique et du plaisir des utilisateurs au cours de leurs interactions avec différents produits ou services. L'EU est subjective, multidimensionnelle, dynamique, temporelle et contextuelle.  Le défi à l'heure actuelle est de savoir comment créer une EU positive et optimale avec des artéfacts. Pour relever ce défi, on doit pouvoir évaluer l'EU, d'où notre recherche. Celle-ci a pour objectifs de concevoir un premier prototype d'outil d'évaluation subjective de l'EU avec des produits qui puisse évaluer l'EU dans sa totalité et de le tester auprès d'un groupe de répondants. Nous avons fait une revue de littérature sur l'EU et les dimensions qui la composent. Cette revue nous a permis d'identifier sept dimensions de l'EU comprenant 21 indicateurs qui peuvent être regroupés sous deux pôles : Produit et Utilisateur. Le pôle Produit comprend les dimensions Caractéristiques de base, Possibilités d'utilisation, Caractéristiques secondaires et le pôle Utilisateur comprend les dimensions Psychologique positif, Psychologique négatif, Attrait et Sensoriel. Par la suite, nous avons classifié et évalué un grand nombre d'outils d'évaluation de  l'EU. De tous les outils existants recensés, aucun ne semble permettre l'évaluation de l'EU dans sa totalité, c.-à-d. selon les 21 indicateurs. Le modèle d'évaluation de l'EU que nous avons suivi est calqué sur le modèle d'évaluation du NASA-TLX, un outil d'évaluation subjective de la charge mentale de travail très connu et très utilisé. La raison pour laquelle nous avons pris ce modèle est que les concepts d'EU et de charge mentale ont plusieurs points communs : tous deux sont multidimensionnels, subjectifs, holistiques et situés dans un contexte. Nous avons suivi l'approche de développement d'échelles SAFE (Scale Adoption Framework for Evaluation).   Le prototype d'outil d'évaluation que nous avons construit prend la forme d'un questionnaire en cinq parties qui portent sur les activités suivantes : définir le profil du répondant, décrire une EU avec un produit spécifique, attribuer une cote entre 1 et 10 à chacun des 21 indicateurs de l'EU, attribuer un poids à chacun des 21 indicateurs (échelle de 1 à 10), et évaluer l'outil. Le questionnaire a été mis en ligne par le biais de la plateforme de sondage QuestionPro.com marque de commerce de QuestionPro Online Survey Software qui nous a permis de rejoindre facilement les répondants et qui leur laissait une grande flexibilité pour remplir le questionnaire.   Nous avons testé le questionnaire avec 35 répondants à qui il était demandé de décrire leur EU avec un produit interactif spécifique parmi cinq produits (les sites Amazon.ca, Facebook.com, l'application LaPresse+, le site de La Presse et la borne d'enregistrement de compagnie aérienne), d'évaluer cette EU selon les indicateurs qu'ils considéraient applicables à leur EU parmi les 21 faisant partie du questionnaire, de pondérer chaque indicateur, et d'évaluer l'EU globale sur une échelle unidimensionnelle. Après le nettoyage des données, il restait 30 évaluations d'EU utilisables : deux EU négatives (une négative, une plutôt négative), une EU neutre, 27 EU positives (neuf plutôt positives, 11 positives et sept très positives). Le traitement des données nous a permis de produire des cotes pondérées (multiplication de la cote d'un indicateur par le poids qui lui a été attribué) pour les indicateurs évalués, une cote globale pondérée (la somme de toutes les cotes pondérées) et une cote moyenne pondérée (division de la cote globale pondérée par le nombre d'indicateurs cotés puis divisé par 10) pour chaque répondant. L'analyse des résultats a montré qu'il n'y a pas nécessairement de lien entre la qualité de l'EU globale telle qu'établie par les répondants lors de leur description de l'EU au début du questionnaire, et la cote moyenne (pondérée ou non) qui ressort de l'évaluation des indicateurs. Il sera nécessaire de mener davantage d'études afin de comprendre pourquoi il y a une absence de lien entre la qualité de l'EU globale fournie par le participant et la cote moyenne pondérée. Nous voyons plusieurs améliorations à apporter au prototype : modifier l'attribution d'un poids individuel à chaque indicateur par l'ordonnancement exclusif des 21 indicateurs du plus important au moins important, revoir les descriptions de certains indicateurs qui pourraient avoir généré de la confusion, modifier les mécanismes interactifs de réponses pour améliorer l'utilisabilité et l'EU avec notre outil, et procéder à des tests d'utilisabilité. Dans sa forme actuelle le prototype d'outil permet d'identifier quels indicateurs de l'EU vont bien et quels indicateurs posent problème, mais sans plus de détail. Avec les améliorations que nous proposons, nous pourrons en savoir davantage. Une étude subséquente avec un plus grand nombre de participants par produit interactif sera nécessaire pour tester ces améliorations et les questions soulevées par nos résultats.  ABSTRACT: The Human-Machine Interaction field is in constant evolution, beyond usability, user experience (UX) with systems, products or services is now at the forefront. UX is richer and more holistic than usability because it considers emotions, aesthetics and pleasure users have during their interaction with different products or services. UX is multidimensional, dynamic, temporal, contextual and subjective. Today the challenge resides in knowing how to design for an optimal and positive UX with artefacts. To rise to the challenge, we need to be able to evaluate UX, which is consequently the basis of our research.  Our objectives are to create a first prototype of a subjective evaluation tool of UX with products, capable to evaluate UX in its entirety, and to test it with a group of participants. We started with an extensive literature review on UX and its dimensions. Our review allowed us to identify seven dimensions comprised of a total of 21 indicators, regrouped under two poles: Product and User. The Product pole includes the dimensions: Basic Characteristics, Usage Possibilities and Secondary Features; and User pole includes: Positive Psychological, Negative Psychological, Attractiveness and Sensory.  After this literature review, we classified and evaluated a large number of existing tools for the evaluation of UX on various levels.  Of all the tools we assessed, none covered the evaluation of UX in its entirety, encompassing its 21 indicators. The evaluation model we used for evaluating UX is founded on the NASA-TLX evaluation model, a well-known and proven tool used for the evaluation of mental workload. We chose this model because the concepts of UX and mental workload share many similarities: both are multidimensional, subjective, holistic and situated in a context. We followed the SAFE scale development approach (Scale Adoption Framework for Evaluation). The prototype we created takes form as a questionnaire divided in five steps that cover the following activities: participant profile definition, UX global description, evaluation of the 21 indicators on a scale of 1 to 10, weighing of the 21 indicators, also on a scale of 1 to 10, and evaluation of the tool itself. The questionnaire was deployed on a survey Web platform, QuestionPro.com, a trademark of QuestionPro Online Survey Software, which allowed us to easily reach participants and provided them with flexibility to fill the questionnaire at their leisure. Our study allowed us to collect the UX evaluations of interactive products from 35 people who described their UX with one of five products (Amazon.ca, Facebook.com, LaPresse+ iPad application, LaPresse.ca and airline check-in kiosk at the airport), evaluated the indicators they considered applicable to their UX from the 21 indicators presented, weigh-in each indicator and evaluate their global UX on a one-dimensional scale. After the clean-up of the data, 30 evaluations remained: two negative UX (one negative and one somewhat negative) one neutral UX and 27 positive UX (nine somewhat positive, 11 positive and seven very positive).  The treatment of the data allowed us to produce weighted scores (the multiplication of the score for an indicator by the attributed weight) for each indicator as well as a global weighted score (the sum of each weighted score) and a weighted average score (the division of the global weighted score by the number of rated indicators, then divided by 10) for the UX of each participant. The analysis of the results showed there seems to be no direct link between the overall quality of UX defined by the participants provided during their overall description of their UX and the average score (weighted or not) produced from their evaluation of the indicators. It would be necessary to carry out further studies to understand the absence of direct link between the overall quality of UX and the average weighted score.  Our study allowed us to identify many improvements for the tool: modify the way we gather the weights for individual indicators to move to an exclusive sorting of the 21 indicators, from the most important to the least, review indicator descriptions which may have been confusing, modify the interactive response mechanisms to improve usability and UX, proceed with usability tests. The format of the current prototype allows us to identify which indicators can be considered as going well and which are problematic, but without additional information. With our proposed improvements, we should be able to know more. A subsequent study with a larger group of participants per evaluated product will be necessary to test these improvements and the questions raised by our results.


identifier: Geheniau, N. (2014). Évaluation expérimentale de la performance d'un jardin de pluie et d'un toit vert en climat froid  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les eaux de ruissellement des zones urbaines sont des sources importantes de pollution des cours d'eau récepteurs. C'est pourquoi les municipalités et les entreprises privées soucieuses de l'environnement tentent de réduire leurs impacts sur l'environnement en favorisant des pratiques de gestion optimales (PGO) des eaux de pluie. Ces pratiques sont mises en place pour répondre à trois objectifs principaux. Premièrement, il faut réduire le volume d'eau de ruissellement à traiter. Deuxièmement, il faut diminuer les débits de pointe pendant les fortes averses pour éviter les débordements au niveau des stations d'épuration. Troisièmement, il faut améliorer la qualité des eaux de ruissellement à la source pour améliorer la qualité de l'eau rejetée dans les cours d'eau. En 2009, la norme montréalaise de génie conseil Vinci Consultants a conçu un système de bio-rétention, un jardin de pluie, sur un stationnementsitué à Longueuil, Québec, Canada. De novembre 2012 à février 2014, deux phases d'étude ont été menées pour suivre sur le terrain les performances du jardin de pluie vis-à-vis des trois objectifs précédemment cités pendant l'hiver québécois. Par ailleurs, en 2005 l'École Polytechnique de Montréal s'est munie d'un nouveau bâtiment sur lequel il a été construit un toit végétalisé, ou toit vert. Ce toit vert a pour but de répondre aux deux premiers objectifs concernant la quantité de ruissellement des eaux pluviales. Le but de ce projet est de réaliser le suivi expérimental de ces deux ouvrages et d'évaluer leur performance en hiver. Le suivi hydrologique du jardin de pluie à Longueuil (au sud de Montreal, Quebec, Canada) a montré que la capacité de rétention (V) en hiver est plus faible qu'en été avec respectivement des capacités de rétention de 35,0% 4,5% et 59,7% 1,2%. L'étude a montré que la hauteur de précipitation totale pendant un événement n'a pas uneet très important sur la capacité de rétention du jardin de pluie. Par contre, la durée de la période sèche avant l'événement ainsi que la quantité d'eau initialement stockée dans le substrat ont un effet important sur la capacité de rétention de l'ouvrage.  ABSTRACT: Runoff from urban areas are major sources of pollution of the receiving water bodies. That is why municipalities and environmentally friendly private companies are trying to reduce their environmental impacts by promoting storm water best management practices (BMPs). These practices are in place to meet three main objectives. Firstly, the runo volume to be treated by waste water treatment plants must be reduced. Secondly, peak ows during heavy rains must be mitigated to prevent over ows at waste water treatment plants. Thirdly, the quality of stormwater should be improved at the source to decrease pollutant loads  ischarged into watercourses. In 2009, the Montreal consulting rm Vinci Consultants developed a bioretention system, a rain garden, on a car park located in Longueuil, Quebec, Canada. From November 2012 to February 2014, a two-phase study was conducted to monitor eld performance of the rain garden relative to the previous three objectives during the Quebec winter. Moreover, in 2005 the Ecole Polytechnique of Montreal is equipped with a new building on which it was built a vegetated roof, also called green roof. This green roof was to meet the rst two goals on the amount of stormwater runo. The aim of this project is to achieve the experimental results of both green structures and evaluate their performance in winter.


identifier: Gil, A. (2014). Log Classification in the Hardwood Timber Industry: Method and Value Analysis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les industries avec différentes entrées, telles que : l'industrie des produits forestiers (FPI), l'industrie minière ou l'industrie du recyclage, doivent faire face à l'incertitude de matière primaire, ce qui affecte leur capacité à prévoir le rendement de sortie. Pour régler ce problème, les industries peuvent réduire l'incertitude à la source, ou de planifier les opérations en tenant compte de l'incertitude. Dans le FPI, la première approche est généralement utilisée. Par exemple, l'industrie du bois d'œuvre a implémenté des technologies de transformation sophistiquées pour adapter le processus du sciage aux caractéristiques des billes en utilisant la technologie de numérisation pour obtenir des informations précises sur l'état des travaux en cours de fabrication. Une autre approche pour réduire l'incertitude est la classification de matière primaire. Certaines caractéristiques spécifiques peuvent être mesurées à l'entrée pour classer la matière primaire et en conséquence, augmenter la certitude des attentes de production dans chaque classe. Toutefois, si le processus implique les journaux, les minerais des mines ou des papiers recyclés, la classification de matière primaire a une valeur et un coût selon le degré de détail effectué. Cette recherche propose d'abord une méthode basée sur l'analyse des arbres de classification pour classer les billes de feuillus. Ensuite, en utilisant la simulation à base d'agents, nous analysons la valeur des différentes stratégies de classification, de la plus détaillée, à aucune classification. Les résultats montrent dans le cadre de l'industrie du bois de feuillus que l'avantage de classification détaillée est compensé par son coût, tandis qu'une classification relativement simple permet d'améliorer considérablement le rendement de la production.  ABSTRACT: Industries with variable inputs, such as the forest product industry (FPI), the mining industry or the recycling industry, must cope with material uncertainty, which affects their ability to predict output yields. To deal with this, one can either reduce uncertainty at the source, or plan operations taking uncertainty into account. In the FPI, the first approach is generally used. For instance, the softwood lumber industry has adopted sophisticated transformation technologies that adapt sawing patterns to the log characteristic using scanners technology to acquire accurate information about work-in-process status. Another approach to reduce uncertainty is input material classification. Specific characteristics can be measured to classify input material and therefore reduce uncertainty within each class. However, whether the process involves logs, mining ores or recycled papers, material classification has a value and a cost according to how detailed it is performed. This research first proposes a method based on classification tree analysis to classify hardwood logs. Next, using agent-based simulation, it analyses the value of different classification strategies, from detailed, to no classification at all. Results show in the context of the hardwood lumber industry that the benefit of detailed classification is offset by its cost, while a relatively simple classification dramatically improves output yield. Keywords: hardwood timber industry; material classification; classification tree analysis; agent-based simulation.


identifier: Geagea, M. (2014). Déploiement et mise à jour de coupes de concavité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cadre de minimisation concave, un type de problème d'optimisation quadratique, nommé bilinéaire disjoint (BILD), peut se reformuler en deux problèmes linéaires symétriques MinMax (LMM). Comme les solutions optimales de BILD et de ses reformulations LMM sont liées par une simple bijection, la question de notre travail de recherche s'agit profiter de cette reformulation pour résoudre BILD. Dans la littérature, une technique de calcul, appelée coupe de concavitée, proposée par Tuy [39] en 1964, s'avère importante afin de résoudre les BILD. L'algorithme basé uniquement sur cette technique n'est pas sûrement de convergence finie. Cela est dû à plusieurs problèmes, parmi lesquels nous citons : le problème de dégénérescene et le problème de cumul des coupes. Depuis, des chercheurs tentent d'améliorer la convergence de l'algorithme des plans coupants. Pour ce faire, ils ont intégré cet algorithme avec d'autres techniques de calcul. En effet, Konno [23] a introduit la technique Mountain Climbing en 1971 pour évaluer à chaque itération une solution locale. Avec l'usage des pseudo-sommets, Marcus [34] a developpé en 1999 des coupes similaires à celles de Tuy en décomposant le cône polyèdral. En 2001, Alarie et al. ont traité le problème de dégénérescence et ont exploité la technique de "Branch and Bound" pour les instances BILD de grande dimension. La recherche proposée dans ce mémoire se situe dans la continuation de ces travaux. Nous proposons deux nouvelles stratégies pour la génération de coupes de concavité. Dans la première, nous avons élaboré une mise à jour dynamique des coupes après qu'une améioration de la valeur objectif soit faite. Dans la seconde, au lieu que les coupes soient associées à des sommets, nous les avons associées aux pseudo-sommets. Ces deux nouvelles stratégies sont testées numériquement sur un ensemble de problèmes tests tirés de la littérature ainsi que sur une collection de problèmes générés aléatoirement.  ABSTRACT: In the context of concave minimisation, a type of quadratic optimization problem, called BILD problem, can be reformulated into two symmetrical linear MinMax problems LMM. As there is a simple bijection between the optimal solution of BILD and their reformulations LMM, our research question is to take advantage of this reformulations for solving BILD. In the litterature, a computation technique , called concavity cut, proposed by Tuy [39] in 1964, has been shown to be useful solving the BILD problem. However, it is still unknown whether the nite convergence of a cutting planes algorithm can be enforced by the concavity cut itself or not. This is due to several problems, among which we mention : the degeneracy problem and the accumulation of cuts. Since then, researchers have attempted to improve the convergence of the cutting planes algorithm. To achieve this, they have integrated the algorithm with other computation techniques. Indeed, Konno [23] introduced in 1971 the mountain climbing (MC) technique to evaluate in each iteration a local optimal solution. In 1999, Marcus [34] used the pseudo-vertices to developed similar Tuy cuts by decomposing the polyhedral cone. Alarie and al. treated in 2001 the degeneracy problem ant they have exploited the "Branch and Bound" technique for solvign BILD instances with large dimensions. The proposed research in this project is the continuation of this works. Thus, we proposed two ways for deploying cuts. In the rst one, we dynamically update previously generated cuts after an improvement of the objective function value. In the second, instead rooting the cuts at vertices, we root them at pseudo-vertices. These two new strategies are tested numerically on a set of test problems issued from the literature as well as on a collection of randomly generated instances.


identifier: Ouedraogo, B. (2013). Développement de couches absorbantes à base de composites Al2O3-NiO pour des applications en énergie solaire thermique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une conversion efficace du rayonnement solaire en chaleur utile est caractérisée par la capacité du dispositif de conversion solaire à capter et absorber la plus grande quantité du rayonnement solaire tout en minimisant les pertes par émission thermique. Les performances d'un capteur solaire dépendent de plusieurs paramètres dont les procédés d'élaborations, les propriétés optiques et thermiques des matériaux utilisés. Divers procédés d'élaborations sont employés et des revêtements de composite sont largement étudiés dans le but d'améliorer les rendements et en raison de l'intérêt accru pour le développement et l'utilisation efficace des sources d'énergie renouvelables. Cependant les rendements thermiques des capteurs solaires restent faible ( 40 %) par rapport aux rendements optiques ( 80 %) et doivent être améliorés. De plus leurs durabilités doivent être prises en compte car les performances thermiques et chimiques de certains capteurs solaires sur le marché sont médiocres dû à la qualité des matériaux utilisés. L'objectif principal de cette thèse était de développer des couches absorbantes à base de composites dans le but d'améliorer les performances optiques et thermiques et éventuellement la durabilité des technologies de conversion de l'énergie solaire en chaleur et/ou électricité. Ces couches absorbantes ont été développées par la technique de dépôt électrophorétique (EPD) en dispersant des nanoparticules d'oxyde de nickel (NiO) dans une matrice d'alumine (Al2O3) sur des substrats en nickel (Ni), aluminium (Al) et acier inoxydable (SS). L'EPD est basée sur la migration des particules chargées en suspension dans un milieu fluide sous l'influence d'un champ électrique (l'électrophorèse) et la formation du dépôt sur l'électrode de signe contraire à leur charge (dépôt). Les études des mécanismes d'apparition des charges (les particules ne migreront que si elles possèdent une charge suffisante) et de stabilité de la suspension seule une suspension parfaitement stable permet d'obtenir des dépôts de microstructures denses et homogènes) sont des étapes primordiales pour toute expérience d'électrophorèse. Le mécanisme d'apparition des charges électriques: La surface des particules d'oxydes dans l'air se couvre généralement par des groupes hydroxyles amphotères (H + et OH –). Ces particules en suspension dans un solvant subissent une réaction avec les ions du solvant, et la charge de surface formée autour des particules peut être positive ou négative selon la valeur du pH de la suspension. vii Le mécanisme de stabilité de la suspension: La présence des charges de surface autour des particules entraîne la formation d'une atmosphère ionique appelée «double couche» (couche de Stern et couche diffuse). La mesure expérimentale du potentiel à la limite de la couche de Stern donne la valeur du potentiel zêta des particules et permet de prédire la stabilité d'une suspension. Le premier modèle utilisé pour décrire le processus de l'EPD est attribué à Hamaker [1] qui proposa que la masse déposée par unité de surface soit proportionnelle aux paramètres liés aux propriétés de stabilité de la suspension dont la concentration et la mobilité électrophorétique des particules et aux paramètres liés aux conditions physiques et électriques fixées du dépôt dont la tension et le temps de dépôt. La mobilité électrophorétique (vitesse des particules) est proportionnelle au potentiel zêta et à certains paramètres liés au solvant dont la permittivité et la viscosité. Le solvant a donc une influence directe sur la masse déposée et doit être judicieusement choisi. En EPD, les solvants aqueux (l'eau) et organiques (l'éthanol) sont utilisés. L'eau offre une bonne stabilité et une cinétique de dépôt rapide mais l'électrolyse de l'eau qui accompagne interfère avec les qualités des films déposés [2]. Les solvants organiques comme l'éthanol ont l'avantage d'une densité élevée et conductivité appropriée [3, 4]; cependant la charge électrique sur les particules dans ces solvants est extrêmement faible si bien qu'une suspension stable s'obtient difficilement pour le dépôt des poudres d'oxydes [5]. Dans la première étape de notre étude et dans le but d'atteindre notre objectif global, nous avons jugé nécessaire d'expérimenter deux solvants dont l'éthanol pur et le mélange éthanol-eau. Des films monolithiques de Al2O3 et NiO ont été déposés sur du Ni par l'EPD à partir des suspensions de l'éthanol pur et du mélange éthanol-eau, stabilisées avec de l'acide acétique afin de déterminer les paramètres optimums de stabilité et de dépôts de chaque poudre, conditions nécessaires pour synthétiser leurs composites. Les résultats ont montré les microstructures des dépôts d'Al2O3 et de NiO homogènes; aussi leurs masses déposées ont augmentées linéairement avec les temps de dépôt et les tensions appliquées en accord avec la loi de Hamaker. Cependant l'étude de comparaison des suspensions a montré le mélange éthanol-eau plus avantageux pour Al2O3 et NiO en termes de suspension plus stable, de mobilité électrophorétique plus élevée et des dépôts plus denses et homogènes. C'est donc tout naturellement que ce solvant a été retenu pour la suite de nos travaux. De plus dans ce solvant, à faible pH les particules d'Al2O3 et de NiO étaient chargées positivement et les valeurs de leur mobilité électrophorétique étaient proches. Ces résultats ont été très viii intéressants pour la suite de nos travaux, car une condition nécessaire pour commander le processus de dépôt des composites de particules à partir du mélange de deux poudres est la même mobilité électrophorétique des deux constituants dans la suspension. Dans la seconde étape de notre étude, des composites de particules de Al2O3-NiO contenant 0 à 100 % de NiO ont été fabriqués à partir du mélange des poudres et de l'éthanol-eau en ajustant les paramètres optimums précédents. Tous les films ont été déposés sur la cathode et leurs épaisseurs pouvaient être contrôlées en ajustant la teneur en NiO, le temps de dépôt ou le potentiel de déposition. Ce qui illustre clairement l'avantage de l'EPD pour la synthèse des composites de Al2O3-NiO. Les microstructures ont montré les particules de NiO uniformément dispersées dans la matrice d'Al2O3. La distribution devenait plus symétrique avec l'augmentation de NiO, formant une matrice interconnectée qui inhibe ainsi la croissance des grains d'Al2O3 et suscite l'intérêt d'étudier la relation microstructure et propriétés mécaniques. Une augmentation de la tension électrique au-delà de 150 V a engendré des microstructures poreuses et une réduction des masses déposées à NiO ≤ 40 %, probablement due à la formation du spinelle NiAl2O4 révélée par XRD. Dans la troisième étape de notre étude, nous avons étudié les influences de la teneur en NiO, des températures de frittage et des tensions appliquées sur les densités, les propriétés mécaniques et électriques de ces composites. Les résultats ont révélé que contrairement à l'Al2O3 monolithique, l'ajout de nanoparticules de NiO ≥ 50 % a favorisé le frittage des revêtements à des températures relativement moyennes et une augmentation sensible des densités, des conductivités électriques ainsi que la ténacité des dépôts. La micro-dureté a été trouvé inversement dépendante de la ténacité. Dans la dernière étape de notre thèse, nous avons caractérisé les propriétés optiques et thermiques des composites de Al2O3-NiO contenant 60 à 85 % NiO sur des substrats en Ni, Al et SS. Leurs coefficients d'absorptions solaires et émissivités thermiques ont été déterminés et comparés à partir des mesures de réflectances dans le spectre solaire et dans l'infrarouge respectivement. Les influences du choix du substrat, de la teneur en NiO, des températures de frittage, des tensions électriques et les durées de dépôts sur les propriétés sélectives ont été étudiées et comparées. Les tests de durabilité et de stabilités thermiques ont été effectués. Les résultats expérimentaux de tous ces travaux présentés dans les chapitres V, VI, VII et VIII font l'objet des articles publiés et soumis.  ABSTRACT: Efficient conversion of solar radiation into useful heat is characterized by the ability of the thermal solar conversion systems to capture and absorb the largest amount of solar radiation while minimizing losses by thermal emission. The solar collector performances depend on several parameters such as the elaboration processes, the optical and thermal properties of materials. Various elaborations methods are employed and the composite coatings based on various materials are widely studied in order to improve yields. This is due to the increased interest in the development and efficient use of renewable energy sources. However, thermal efficiency of solar collectors is low ( 40 %) compared to optical yields ( 80 %). These efficiencies, in particular the thermal one, should be significantly improved. In addition their durability should be taken into account, because the thermal and chemical performance of some solar collector on the market are middling due to the poor quality of the materials which are used. The main objective of this study is to develop layers absorbents based on composites in order to improve the optical and thermal performance and possibly the sustainability of the solar energy conversion technologies into heat and / or electricity. The layers have been developed using electrophoretic deposition technique (EPD) of dispersed nickel oxide (NiO) nanoparticles in alumina (Al2O3) matrix on nickel (Ni), aluminum (Al) or stainless steel (SS) substrates. EPD process is based on migration of charged particles suspended in a fluid medium under the influence of an electric field (electrophoresis process) and the formation of deposit onto the oppositely charged electrode (deposition process). The mechanism studies of charges appearance and the suspension stability are primordial for any electrophoresis experience. Effectively, it is important to determine these aspects because the particles in suspension migrate only if they carry sufficient charge and only a very stable suspension is able to produce uniform deposits with high microstructural homogeneity. Mechanism of creating the charge on particles surface: Oxide particle surfaces in air are usually covered by amphoteric hydroxyl groups. These suffer reaction with the H+/or OH- of a suspension liquid, which ion depending on the suspension pH and depending on pH, the particles surface charge can be positive or negative. x Mechanism of suspension stability: The presence of this surface charge around particles leads to the formation of the ionic atmosphere called the double-layer (Stern and diffuse layer). The measure of the potential at boundary of the Stern layer gives the value of the particles zeta potential is the magnitude characteristic of the state of particles surface charge. The particles zeta potential measurement could predict the stability of the suspension (high zeta potential is the sign of a suspension stability). The first model used to describe EPD process is attributed to Hamaker [1] who proposed that, the deposited mass per unit area is proportional to the parameters related to the suspension stability properties, which are the suspension concentration and the electrophoretic mobility and those related to the physical and electrical fixed conditions of the deposition which the applied electric field strength and the deposition time. Electrophoretic mobility is proportional to the parameters related to the zeta potential and some parameters related to the solvent properties which the permittivity and the viscosity. The solvent has therefore a direct influence on the deposited mass and must be carefully chosen. Usually in EPD, organic (ethanol) and aqueous (water) solvents are used. Water is benefic because it provides a good stability and a fast kinetic but the disadvantages of electrolysis interferes with the quality of the film deposited [2]. Organic solvents (ethanol) have the advantage of high density and appropriate conductivity [3, 4]. However, the electric charge on the particles in these solvents is very low so that it's difficultly to obtain a stable suspension for oxide powders deposition [5]. In the first step of our study and in order to achieve our overall aim, we found it necessary to experiment two solvents whose pure ethanol and mixture ethanol-water. Monolithic Al2O3 and NiO films were deposited separately on Ni substrate by EPD from pure ethanol and mixture ethanol-water suspensions, stabilized with acetic acid in order to determine the optimum parameters of stability and deposits of each powder. However it was found from these studies that ethanol-water was more advantageous than pure ethanol for the electrophoretic deposition of Al2O3 and NiO suspensions. This was due to the higher stability and electrophoretic mobility of the powders suspension in this solvent than in pure ethanol. Denser and more homogeneous deposits are also obtained with the ethanol-water solvent than in ethanol. Furthermore the Al2O3 and NiO particles were positive electrical charges and their electrophoretic motilities are similar in this solvent. Accordingly the ethanol-water solvent will be used in the following works of this thesis to optimize xi the EPD deposition of the Al2O3-NiO composites. Therefore these results are very useful for a proper achievement of the following works of the thesis. In particular the similar electrophoretic mobility of Al2O3 and NiO particles obtained in the ethanol-water solvent made possible these studies. In the second step of our study, Al2O3-NiO composite containing 0 to 100 % NiO have been fabricated from the mixture powder in ethanol-water suspensions by adjusting the previous optimum parameters. All films were deposited on the cathode and theirs thickness could be controlled by adjusting the NiO content and the deposition time. Our experimental results illustrated clearly the advantage of EPD for the synthesis of Al2O3-NiO composites. The microstructures showed that the NiO particles were uniformly dispersed in the matrix of Al2O3. If the NiO content increases the particles distribution becomes more symmetrical, forming an interconnected matrix which inhibit Al2O3 grain growth. These different aspects spark our interest to study the relationship between the microstructures of the Al2O3-NiO composites and their mechanical properties. It was found that increasing the voltage beyond 150 V have generated the porous microstructures and reduced the deposited yield at NiO ≤ 40 %, probably due to the formation of spinel NiAl2O4 revealed by the XRD analysis. In the third step of our study, we investigated the effects of NiO content, the sintering temperature and the applied voltage on the relative density, mechanical and electrical properties of these composites. The results revealed that, in contrast to the dense monolithic Al2O3, the addition of NiO ≥ 50 % nanoparticles has promoted sintering of composite coatings at relatively medium temperatures and a marked increment in the density, electrical conductivity and toughness of deposits. The micro-hardness was found inversely dependent of fracture toughness. In the last step of our work, we have characterized the optical and thermal properties of Al2O3-NiO composites containing 60-85 % NiO on Ni, Al and stainless steel substrates. The comparison of their coefficients of solar absorption and thermal emissivity was determined using reflectance measurements in the solar spectrum and in infrared respectively. The effects of the nature of the substrate, the NiO content, the sintering temperature, the applied voltage of the EPD process and the deposition times on the optical properties of the fabricated composites were studied and xii analyzed. Durability and thermal stability tests were performed. These various aspects studied in this thesis are presented in chapters V, VI, VII and VIII as four articles published or submitted.


identifier: Gagnon, D. (2014). Détermination expérimentale des critères de chaulage pour la rétention du phosphore du surnageant de bassin d'épaississement et de stockage de boues piscicoles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'activité piscicole produit une eau contenant notamment des matières en suspension (MES) qui renferment du phosphore (P) sous forme de phosphore particulaire (Pp). Des zones de décantation ou des tamis rotatifs, utilisés pour traiter les eaux de procédés de productions piscicoles intensives, retiennent des MES, mais dans un volume de boue trop important pour être stocké durant les six mois d'hiver précédant l'épandage printanier. Conséquemment, les boues brutes très liquides sont dirigées vers un bassin d'épaississement et de stockage des boues (BESB). Ce BESB permet d'obtenir une siccité des boues supérieure à 4 %, mais environ 50 % du phosphore total (Pt) des boues brutes initiales peuvent s'échapper dans le surnageant. Une partie des pertes du phosphore est associée à l'incapacité usuelle d'un épaississeur à retenir la totalité des particulaires. Toutefois, la majorité des pertes en phosphore au BESB est due à la solubilisation du Pp, sous forme de phosphore dissous (Pd), des suites de la baisse de pH engendrée par la fermentation des boues épaissies. Le Pd, qui contient les d'orthophosphates (o-PO4), migre alors vers le surnageant en excès et s'additionne aux Pp, non retenues lors de l'épaississement, pour s'écouler au milieu récepteur si rien d'autre n'est fait. Les o-PO4, à pH élevé, peuvent réagir avec le calcium (Ca) pour former des composés insolubles comme l'hydroxyapatite « Ca5(PO4)3OH ». La chaux vive « CaO » ou hydratée « Ca(OH)2 » contient du calcium et peuvent hausser à plus de 10 le niveau de pH, soit deux éléments nécessaires à la réduction du phosphore à pH alcalin.  ABSTRACT: Fish farming generates effluent water containing total suspended solids (TSS) that include phosphorus (P) in form of particulate phosphorus (Pp). Settling zones and rotary screens are used in intensive fish production farms to retain some TSS, but the volume of raw liquids slurries produced is too large to be six months of winter storage until spreading. Consequently, these raw liquid slurries are sent to thickening and sludge storage tanks (TSST), “BESB” in French. This TSST thickens the sludge to more than 4% dryness, but an average of 50% of the total phosphorus (Pt) of the initial sludge sent to TSST can escape into the supernatant as dissolved phosphorus (Pd) or orthophosphate (o-PO4) as a result of anaerobic sludge hydrolysis. Moreover, some particulate phosphorus losses are associated with the limited solids capture efficiency of a thickener. At a high pH, o- PO4, can react with calcium (Ca) to form precipitates such as hydroxyapatite, Ca5(PO4)3OH. Quick lime, CaO, or hydrated lime, Ca(OH)2, contains calcium and can increase the pH level which are the two necessary elements to precipitate phosphate.


identifier: Bayatpour, S. (2014). Blending Ionic Liquids to Ir Complexes for Applications in Light-Emitting Electrochemical Cells (LEECs)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À l'heure actuelle, la recherche de nouvelles sources de lumière efficaces à bas cout connaît une progression impressionnante. Les cellules électrochimiques émettrices de lumière (LEECs) sont des sources de lumière à deux électrodes à base de complexes de métaux de transition ioniques (iTMCs) ou bien de polymères organiques, en tant que matériau pour l'émission. Le matériau émetteur peut être mélangé avec des électrolytes. Les électrolytes sont ajoutés pour diminuer la tension de fonctionnement du dispositif, à travers l'amélioration de l'efficacité du processus d'injection de porteurs de charge. Les avantages des polymères sont : faible coût, facilité de mise en oeuvre, possibilité dé dépôt sur des grandes surfaces, flexibilité, et, surtout, possibilité de moduler la couleur d'émission en modifiant la structure moléculaire du polymère au moyen de la synthèse chimique. Néanmoins, les LEECs à base de iTMCs montrent une plus grande efficacité en raison de l'émission de lumière par phosphorescence en plus du processus de fluorescence. L'un des principaux défis dans le domaine des LEECs est leur long temps de commutation, en raison du transport ionique, relativement long, qui a lieu dans les dispositifs. Ce temps peut être réduit en utilisant, en tant qu'électrolyte, un liquide ionique (IL). Par rapport aux sels conventionnels, les liquides ioniques présentent une mobilité ionique plus élevée conduisant à son tour à un temps de commutation plus court. Cependant la présence de liquides ioniques dans la couche est accompagnée par une diminution de la stabilité du dispositif. Des études fondamentales sont nécessaires pour mieux comprendre le mécanisme de travail de LEECs et en améliorer les performances. A cette fin, l'architecture idéale est celle planaire, car elle permet la mesure directe de l'intensité de la lumière émise, par des sondes optiques. En plus de cela, la fabrication du dispositif planaire est beaucoup plus simple que la fabrication d'un dispositif analogue vertical. Des dispositifs LEECs planaires à base de iTMC n'ont jamais été construits. Dans ce travail, des couches minces de Ir(ppy)2(bpy)+PF6 – ou bien de mélanges de Ir(ppy)2(bpy)+PF6/BMIm+PF6 - ont été déposées par méthode spin-coating sur des substrats différents, y compris des motifs d'Au sur SiO2, Au sur verre, verre conducteur, et verre conducteur modifié avec le polymère conducteur PEDOT : PSS. Nous avons étudié l'effet de la nature du substrat et des conditions de dépôt de la couche mince sur la morphologie de la couche mince, pour avancer les connaissances sur le mécanisme de fonctionnement de LEECs.  ABSTRACT: At present, the search for novel efficient and low cost solid state light sources is experiencing impressive progress. Light emitting electrochemical cells (LEECs) are two-electrode light sources made of ionic transition metal complexes (iTMCs) or organic polymers as the light emitting material, in some cases blended with electrolytes. Electrolytes are intended for lowering the operating voltage of the device by improving the efficiency of the charge carrier injection process. The advantages of polymer semiconductors include low cost, easy processing in solution for use in large area and flexible devices, different colors of light emission tailorable by molecular synthesis. Nevertheless, LEECs based on iTMCs show higher efficiency due to light emission via phosphorescence in addition to fluorescence processes. One of the main challenges in the field of LEECs is their long turn on time, due to ionic transport in the cell. The turn on time can be decreased by using as the electrolyte an ionic liquid (IL). Compared to conventional salts, ionic liquids exhibit higher ion mobility leading to lower turn on times. However, the presence of ILs in the film is unfortunately accompanied by a decrease in the stability of the device. Fundamental studies are needed to better understand the LEEC working mechanism and improve device performance. For this purpose, the ideal architecture for LEECs is a planar one since it enables the direct measurement of the intensity of the emitted light by optical probes as well as the imaging of the emission. In addition to that, planar device fabrication is much simpler than vertical. LEECs with a planar configuration based on Ir complexes have not been reported. In this work, thin films of Ir(ppy)2(bpy)+PF6 - and blends of Ir(ppy)2(bpy)+PF6 -/BMIm+PF6 –were spin coated on different substrates, including Au-patterned SiO2, Au-patterned glass, ITO, and PEDOT:PSS covered-ITO. The effect on the film morphology of the nature of the substrate and the film processing conditions was investigated, to shed light in to the LEEC working mechanism. Film formation was studied using fluorescence hyperspectral imaging and Atomic Force Microscopy (AFM).


identifier: Rajotte, F. (2014). Analyse de systèmes temps-réel par traçage  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le traçage est une technique qui permet de récupérer de l'information très précise sur l'exécution d'un système avec un impact minime. Afin de mieux comprendre l'exécution d'une application, la technique habituelle consiste à y attacher un débogueur et interrompre l'application, afin d'inspecter la valeurs de certaines variables, par exemple. Cette approche est mal adaptée aux applications qui ont des interactions fréquentes avec le système lui-même ou avec d'autres applications. Les applications temps réel  sont un type d'application qui possède ce genre d'interactions. L'aspect temporel de leur exécution rend l'utilisation d'un débogueur inutile dans plusieurs cas. L'impact minimal du traçage sur l'exécution d'une application lui confère un atout important pour mieux comprendre les interactions complexes qui peuvent agir au sein d'un système temps réel. Afin de minimiser l'impact de l'instrumentation, il est souhaitable de réduire la quantité d'information récupérée. Il est donc important de bien identifier l'information minimale nécessaire à l'analyse, qui ne causera pas de latences indues. Dans un même ordre d'idées, le traceur ne peut pas se permettre d'effectuer un traitement coûteux avant l'enregistrement des informations. Les événements récupérés devront donc contenir une information brute sur l'exécution du système. L'objectif de cette recherche est de montrer que l'information récupérée lors du traçage d'un système temps réel peut être utilisée pour extraire de l'information permettant de mieux comprendre des comportements propres aux systèmes temps réel. L'hypothèse de ce travail est que le traçage permet de récupérer de l'information sur l'exécution d'une application temps réel et que les informations de traçage ainsi récupérées peuvent être utilisées pour diagnostiquer des problèmes difficilement observables. Nous étudions d'abord les différents outils de traçage en fonction de leurs fonctionalités et de leur impact sur les systèmes temps réel. Ensuite, nous comparons les différents outils d'analyse de trace selon deux grandes catégories: les approches algorithmiques et les techniques de visualisation. Des problèmes typiques des applications temps réel sont initialement identifés et serviront de base pour guider notre recherche. Un algorithme est développé afin d'analyser la trace et retrouver ces problèmes typiques. L'algorithme est testé sur des traces générées à partir de cas de tests et sa performance sera évaluée. La première contribution de ce travail consiste en la mise au point d'un algorithme permettant de générer un modèle à haut niveau d'une application temps réel à partir de la trace de son interaction avec le noyau du système d'exploitation. Ce modèle utilise la sémantique particulière des événements afin de produire une machine à états simple et rapide. Les événements nécessaires et minimaux à l'analyse sont identifiés de façon à limiter l'impact du traçage sur l'application. La deuxième contribution consiste en l'élaboration d'un outil de visualisation permettant de comparer directement les différentes phases d'exécution d'une application temps réel. Cet outil utilise le modèle généré à partir des informations de traçage afin d'identifier les différentes phases et d'extraire plusieurs statistiques utiles à la compréhension globale de l'exécution. Finalement, une structure de stockage des statistiques est améliorée de façon à récupérer efficacement des statistiques qui évoluent de façon continue dans le temps. Le résultat final est un outil qui permet de diagnostiquer les problèmes des applications temps réel grâce aux informations contenues dans une trace noyau, en plus de faciliter la découverte de patrons d'intérêt.  ABSTRACT: Tracing is a technique to gather precise information about the execution of a system with minimal impact. In order to better understand the execution of an application, the usual technique consists in attaching a debugger and interrupting the application, to inspect the value of certain variables, for example.  This approach is ill-suited for applications that are tightly coupled with the system itself. Real-time applications are a type of applications that exhibit this sort of interactions. The temporal aspect of their execution nullifies the use of a debugger. The low impact of a tracer on the execution of an application is therefore an important aspect  providing better understanding of complex interactions in real-time systems. Even then, it is important to minimize even further the impact of tracing by reducing the amount of gathered information. It is therefore important to identify the minimal information that is necessary for the analysis that will not cause undue latency. Similarly, the tracer cannot afford complex processing while collecting the information. It must write the raw events as fast as possible. The objective of this research is to show that the information gathered during the tracing of a real-time system can be used to extract additional information that can be used to better understand the behaviour of real-time systems. We will first study the different tracing tools according to their functionalities and impact on real-time systems. Then, we will compare different trace analysis tools according to two main categories : algorithmic approaches and visualization techniques. Typical real-time application problems will be identified and used as a baseline to guide our research. An algorithm will then be developed to analyse the trace and find these typical problems. The algorithm will be tested on traces generated from test cases and its performance evaluated. The hypothesis of this work is that tracing allows gathering information about the execution of real-time applications and that this tracing information can be used to diagnose problems that are otherwise difficult to observe. The result of this work is the creation of a model allowing the extraction of statistics and the generation of visualizations from kernel traces gathered on a real-time system. This model uses event semantics to produce a finite-state machine that is both simple and fast. The minimal and necessary events for the analysis are identified in order to limit the impact of tracing on the application. Finally, a statistics storage structure is improved in order to retrieve efficiently statistics that are continuously variable through time. The final result is a tool to diagnose real-time application problems using the information stored inside a kernel trace and aid in the discovery of interesting patterns.


identifier: Lemamou, E. A. (2014). Planification globale des réseaux mobiles de la quatrième génération (4G)  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le contexte actuel où l'information est la clé du succès, peu importe le domaine où l'on se place, les réseaux de télécommunications sont de plus en plus sollicités. D'énormes quantités d'informations circulent sur les réseaux à chaque seconde. Il est primordial d'assurer la disponibilité de ces réseaux afin de garantir la transmission de ces données en toutes circonstances. Le problème de la planification des réseaux de télécommunications consiste à déterminer, parmi un ensemble de sites potentiels, ceux à utiliser afin de couvrir une zone géographique donnée. Il convient également de choisir les équipements à installer sur ces sites et de faire le lien entre eux en fonction de certaines contraintes bien définies. Depuis des dizaines d'années, plusieurs auteurs se sont penchés sur la résolution de ce problème dans le but de minimiser le coût d'installation du réseau. Ces auteurs se sont intéressés à divers aspects du problème sans le considérer dans sa globalité. Certaines études ont été effectuées récemment sur la planification globale des réseaux mobiles. Les auteurs se sont intéressés aux réseaux de la troisième génération et ont proposé un modèle pour résoudre le problème de façon globale. Cependant, ils n'ont pas pris en compte la tolérance du réseau aux pannes qui pourraient survenir. Cette thèse propose un cadre de planification globale pour les réseaux de la quatrième génération (la nouvelle génération des réseaux mobiles). La survivabilité du réseau est prise en compte dans cette étude. Le travail a été effectué en trois phases. Dans la première phase, un modèle global incluant la tolérance aux pannes a été conçu pour la planification des réseaux 4G (WiMAX) et résolu de manière optimale avec un solveur mathématique, en utilisant la programmation linéaire en nombres entiers. L'objectif du modèle consiste à minimiser le coût du réseau, tout en maximisant sa survivabilité. Afin de montrer la pertinence de la résolution globale, le modèle a été comparé à un modèle séquentiel avec les mêmes contraintes. Le modèle séquentiel consiste à subdiviser le problème en trois sous-problèmes et à les résoudre successivement. Un modèle global qui n'intègre pas les contraintes de fiabilité a également été conçu afin de vérifier l'effet des pannes sur le réseau. Les résultats obtenus par le modèle global proposé sont, en moyenne, 25% meilleurs que ceux des deux autres modèles. Le problème de planification globale des réseaux et le problème de survivabilité des réseaux de télécommunications sont deux problèmes NP-difficiles. La combinaison de ces deux problèmes donne un problème encore plus difficile à résoudre que chacun des problèmes pris séparément. La méthode exacte utilisée dans la première phase ne peut résoudre que des instances de petite taille. Dans la deuxième phase, nous proposons une métaheuristique hybride afin trouver de "bonnes solutions" en un temps "raisonnable" pour des instances de plus grande taille. La métaheuristique proposée est une nouvelle forme d'hybridation entre l'algorithme de recherche locale itérée et la méthode de programmation linéaire en nombres entiers. L'hybridation de ces deux méthodes permet de bénéficier de leurs avantages respectifs, à savoir l'exploration efficace de l'espace de recherche et l'intensification des solutions obtenues. L'intensification est effectuée par la méthode exacte qui calcule la meilleure solution possible à partir d'une configuration donnée tandis que l'exploration de l'espace est faite à travers l'algorithme de recherche locale itérée. Les performances de l'algorithme ont été évaluées par rapport à la méthode exacte proposée lors de la première phase. Les résultats montrent que l'algorithme proposé génère des solutions qui sont, en moyenne à 0,06% des solutions optimales. Pour les instances de plus grande taille, des bornes inférieures ont été calculées en utilisant une relaxation du modèle. La comparaison des résultats obtenus par l'algorithme proposé avec ces bornes inférieures montrent que la métaheuristique obtient des solutions qui sont, en moyenne à 2,43% des bornes inférieures pour les instances qui ne peuvent pas être résolues de manière optimale, avec un temps de calcul beaucoup plus faible. La troisième phase a consisté à la conception d'une métaheuristique multi-objectifs pour résoudre le problème. En effet, nous essayons d'optimiser deux objectifs contradictoires qui sont le coût du réseau et sa survivabilité. L'algorithme proposé permet d'offrir plus d'alternatives au planificateur, lui donnant ainsi plus de flexibilité dans la prise de décision.  ABSTRACT: In the current context where information is the key to success in any field where one stands, telecommunications networks are increasingly in demand. Huge amounts of information circulates on the networks every second. It is essential to ensure the availability of these networks to ensure the transmission of these data at any time.  The problem of planning of telecommunication networks is to determine, from a set of potential sites, those to be used to cover a given geographical area. One should also choose the equipment to be installed on these sites and to link them according to certain well-defined constraints. For decades, several authors have focused on solving this problem in order to minimize the cost of network installation. These authors were interested in various aspects of the problem without considering it in its entirety. Some studies have recently been performed on the global planning of mobile networks. The authors were interested in the third generation networks. They proposed a model to solve the problem entirely, without breaking it down into sub-problems. However, they did not take into account the fault tolerance of network. This thesis proposes a global planning framework for the fourth generation (4G) networks (the new generation of mobile networks). The survivability of the network is taken into account in this study. The work was conducted in three phases. In the first phase, a global model including survivability has been designed for the planning of 4G (WiMAX) networks and solved optimally with a mathematical solver using the integer linear programing method. The objective of the model is to minimize the network cost while maximizing its survivability. To show the relevance of the global resolution, the model was compared to a sequential model with the same constraints. The sequential model is to divide the problem into three sub-problems and solve them successively. A global model which does not include survivability constraints has also been designed to test the effect of failures on the network. The results show that the proposed model performs on average 25% better than the two other models. The problem of global network planning and the problem of survivability of telecommunications networks are two NP-hard problems. The combination of these two problems provides a problem even more difficult to solve than each problem taken separately. The exact method used in the first phase can only solve small instances. In the second phase, we propose a hybrid metaheuristic to find `good solutions' in a `reasonable time' for instances of larger size. The proposed metaheuristic is a new form of hybridization between the iterated local search algorithm and the integer linear programing method. The hybridization of these two methods can benefit from their respective advantages, namely the efficient exploration of the search space and the intensification of the solutions obtained. The intensification is performed by the exact method that calculates the best possible solution from a given configuration while the exploration of the search space is made through the iterated local search algorithm. The performance of the algorithm have been evaluated with respect to the exact method given in the first phase. The results show that the proposed algorithm generates solutions that are on average 0,06% of the optimal solutions. For the larger instances, the lower bounds are calculated using a relaxation of the model. The comparison of the results obtained by the proposed algorithm with the lower bounds show that the metaheuristic obtains solutions that are on average 2,43% from the lower bounds, for the instances that cannot be solved optimally, within a much less computation time.  The third phase involved the design of a multi-objective metaheuristics to solve the problem. Indeed, we try to optimize two conflicting objectives which are the cost of network and its survivability. The proposed algorithm allows us to offer more alternatives to the planner, giving him (her) more exibility in the decision making process.


identifier: Houari, M. (2014). Estimateur d'état basé sur les courants pour les réseaux de distribution  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente le développement d'un estimateur d'état général pour les réseaux de distribution basé sur les courants comme variables d'état, et modélisé comme étant un problème des moindres carrés pondérés avec un ensemble de contraintes qui  forme  un système surdéterminé et non linéaire. Dans la littérature d'aujourd'hui les recherches se limitent à des réseaux triphasés balancés et à des mesures triphasées.  L'apport significatif du présent travail est d'intégrer dans l'estimateur d'état toutes les mesures de tension, y compris  les mesures de tension monophasées et biphasées, les différentes contraintes liées aux lois de l'électricité  ainsi que les transformateurs et les régulateurs de tension quelques soit leur emplacement dans le réseau, sur la branche principale ou dans les boucles. Le modèle mathématique associé à l'estimateur d'état en question est un problème d'optimisation  non linéaire avec contraintes d'inégalités et d'égalités. Avec l'intégration des positions des prises, le modèle devient un problème d'optimisation en nombres entiers. Un tel problème est difficile à résoudre surtout pour des systèmes de grande taille. Au début, pour simplifier le problème, les positions des prises sont considérées continues et par la suite la solution peut être raffinée en discrétisant les positions des prises moyennant des algorithmes simples. Le problème est résolu par la méthode Hachtel augmentée. Celle-ci repose sur un processus itératif et à chaque itération, un système d'équation linéaire est résolu. Comme toute méthode itérative, la performance dépend très fortement de la solution de départ.  ABSTRACT: This paper presents the development of a general state estimator for distribution networks based on current as state variables , and modeled as a weighted least squares problem with a set of constraints that form a nonlinear overdetermined system. In today's literature search is limited to balanced three-phase systems and three-phase measurements. The significant contribution of this work is to integrate into the state estimator all voltage measurements, including single-phase and two-phase voltage measurements, the various constraints of the laws of electricity. Also transformers and voltage regulators must be treated regardless to their location in the network, in the main branch or in loops. The mathematical model of the branch current state estimator is a constrained nonlinear optimization problem (equality and inequality constraints). With the integration of tap positions, the model becomes a discrete optimization problem. Such problem is extremely hard to solve; especially for large systems. To simplify the problem, the tap positions are initially considered continuous and then the solution can be refined in order to get discrete tap positions by applying simple algorithms. The problem is solved by the augmented Hachtel method increased. This is based on an iterative process and at each iteration, a system of linear equation is solved. As with any iterative method, the performance is highly dependent on the starting solution.


identifier: Roy, M. (2014). Évaluation de l'impact du vent et des manoeuvres hydrauliques sur le calcul des apports naturels par bilan hydrique pour un réservoir hydroélectrique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le débit d'apport naturel qui alimente un réservoir hydroélectrique est une donnée très importante pour un gestionnaire de ressources hydriques. En effet, Hydro-Québec utilise les apports naturels historiques pour effectuer une prévision journalière de la quantité d'eau qui sera reçue à chacun des réservoirs de son parc hydroélectrique. Cette prévision permet d'établir des règles de gestion des centrales hydroélectriques dans le but d'optimiser la production sans toutefois compromettre la sécurité des ouvrages. Afin d'obtenir une prévision d'apport naturel précise, les apports naturels des jours précédents doivent être précis. Cependant, il peut s'avérer très difficile de mesurer adéquatement ces apports naturels à cause des nombreux ruisseaux et rivières qui alimentent les réservoirs. Par conséquent, Hydro-Québec utilise une méthode indirecte pour le calculer. Cette méthode indirecte consiste à évaluer l'équation du bilan hydrique. Or, cette équation n'est pas à l'abri des erreurs et des incertitudes. Un des intrants de cette équation est le niveau d'eau mesuré par un ou plusieurs limnimètres. Plusieurs sources d'erreurs, dont l'effet du vent et des manoeuvres hydrauliques, peuvent affecter la lecture de ces instruments. Les fluctuations du niveau d'eau causées par ces effets se répercutent jusque dans l'équation de bilan hydrique faisant en sorte que le signal d'apport naturel devient bruité et entaché d'erreurs.  ABSTRACT: Natural inflow is an important data for a water resource manager. In fact, Hydro-Québec uses historical natural inflow data to perform a daily prediction of the amount of water that will be received in each of its hydroelectric reservoirs. This prediction allows the establishment of reservoir operating rules in order to optimize hydropower without compromising the safety of hydraulic structures. To obtain an accurate prediction, it follows that the system's input needs to be very well known. However, it can be very difficult to accurately measure the natural supply of a set of regulated reservoirs. Therefore, Hydro-Québec uses an indirect method of calculation. This method consists of evaluating the reservoir's inflow using the water balance equation. Yet, this equation is not immune to errors and uncertainties. Water level measurement is an important input in order to compute the water balance equation. However, several sources of uncertainty including the effect of wind and hydraulic maneuvers can affect the readings of limnimetric gages. Fluctuations in water level caused by these effects carry over in the water balance equation. Consequently, natural inflow's signal may become noisy and affected by external errors.


identifier: Koubaa, Z. (2014). Acquisition de données à haute résolution et faible latence dédiée aux capteurs avioniques de position  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réseau de communication et les mécanismes de détection sont des systèmes critiques dans un avion. Leurs performances ont un impact direct sur celles de l‟aéronef. Cela suscite l‟intérêt des concepteurs avioniques qui s‟investissent de plus en plus dans le développement de ces éléments. Dans le cadre d‟un projet couvrant ce domaine, nous proposons la conception et le développement d‟une interface générique pour les capteurs de position dédiés aux avions (Smart Sensor Interface - SSI). Cette interface permet de connecter les capteurs de position de différentes technologies (Électromagnétique, Microelectromechanical System (MEMS) et optique) au nouveau réseau de communication AFDX (Avionics Full DupleX). Son rôle consiste à générer un signal d‟excitation approprié pour certains types de capteurs (Variable Differential Transformer VDT) et à acquérir, démoduler et numériser leurs signaux de sortie. Ainsi, l‟interface présentée est composée d‟un Chemin d‟Acquisition des Données (CAD) et d‟un générateur de signaux d‟excitation (GSE). En adoptant une architecture modulaire (Integrated Modular Avionics, IMA), nous pouvons minimiser les dimensions de l‟interface utilisée actuellement, réduire sa consommation d‟énergie et améliorer sa fiabilité et ses performances. On s'intéresse dans ce mémoire en particulier au Chemin d'Acquisition des Données (CAD). Une architecture à haute résolution (14 bits) et de faible latence (1.2 ms) de ce module y est proposée et réalisée. Cette architecture a été élaborée suite à une étude des solutions déjà existantes dans la littérature de même qu‟une analyse des problèmes actuellement présente dans la conception et la réalisation de ce Chemin d'Acquisition des Données (CAD). La conversion du signal analogique reçu du capteur en un signal numérique est l‟étape la plus importante dans l‟acquisition des données puisqu‟elle définit la résolution des informations acquises tout en engendrant la majeure partie de la latence. Ce module peut aussi affecter la fiabilité et la stabilité du système. Parmi différents modèles (différentes architectures), le choix d‟un convertisseur analogique-numérique (CAN) de type ΣΔ est privilégié pour cette application (meilleure résolution et plus simple à intégrer que les autres CAN concurents). Il est formé par un circuit analogique (modulateur) suivi par des filtres numériques. La complexité de l‟implémentation, le délai de traitement de même que la résolution à la sortie sont susceptibles au changement selon l'architecture de ces filtres.  ABSTRACT: The communication network and the detection mechanisms are two critical systems in a plane. Their performance has a direct impact on aircrafts. This is of particular interest for avionics designers, who have increasingly invested more and more in the development of these elements. As a part of a project in this domain, we introduce the design and the development of a smart interface for position sensors dedicated to flights (Smart Sensor Interface - SSI). This interface will serve to connect sensors of different technologies (electromagnetic, optical and MEMS) to the new communication network, AFDX. The role of this interface is to generate an appropriate excitation signal for certain types of sensors (R/LVDT), and to treat, demodulate, and digitize their output signals. The proposed interface is thus composed of a Signal Acquisition Path (SAP) and an Excitation Signal Generation (ESG). By adopting the Integrated Modular Avionics architecture (IMA), we can minimize the size of the classic interface, reduce its energy consumption and improve its reliability and its performance. The focus of our design is particularly on the Data Acquisition Path (DAP). An Architecture characterized by a high resolution (14 bits) and a low latency (1.2 ms) of this module is introduced and developed in this prestigious work. This architecture was developed after a well-conducted study of existing solutions found in literature work and a detailed analysis of the problems arise in the design and implementation of this system (DAP). The conversion of the sensor signal into a digital signal is the most important step in acquiring data, as it sets the resolution of the acquired information and generates the majority of its latency. This module can also affect the reliability and stability of the system. Among different models and architectures, the Delta-Sigma analog-to-digital converter (ADC) is preferred for this application (for better resolution). This converter is formed by an analog circuit (modulator) followed by digital filters. The complexity of the implementation, the processing delay and the output resolution are all susceptible to change depending on the architecture of these filters. Thus, the main problem while designing such a system arises in the opposing evolution of the resolution and latency parameters; the improvement or evolution of one, results in the destruction of the other. Therefore, our work aims to provide one or more method to optimize the latency caused by the CAN while maintaining the same resolution of the desired data (14 bits).


identifier: Magloire, A. (2014). Renforcement de la passivité des modèles de lignes et câbles à l'aide du repositionnement des pôles et de la perturbation des résidus  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le modèle WB des lignes de transmission et des câbles utilise des approximations des fonctions H et Yc obtenues par lissage vectoriel. Ces fonctions produisent parfois des modèles qui violent l'une des caractéristiques fondamentales des lignes : la passivité. Dans ce mémoire, nous proposons une méthode qui a pour but de s'assurer que le modèle lissé respecte le critère de passivité.  Cette méthode combine un repositionnement des pôles, un ajustement des données tabulées et une perturbation des résidus pour le renforcement de la passivité. La méthode proposée est testée avec succès à l'aide de cas tirés d'une banque. À l'exception de cas extrêmes (câbles très courtes ou configurations complexes), des solutions passives ont toujours été trouvées. Mots clés : Passivité, modèle WB, ULM, repositionnement des pôles, perturbation matricielle, lissage vectoriel.  ABSTRACT: In the WB model, to calculate currents and voltages at the terminals of a power transmission medium (transmission line or cable), two parameters must be evaluated in frequency domain: the propagation function matrix H and the characteristic admittance matrix YC. Time domain simulations require the conversion of all core equations from frequency domain into time domain. To facilitate the calculations of convolution integrals, the two parameters are approximated using rational functions using the vector fitting process. The approximation process introduces fitting errors which can induce numerical explosions in the time domain simulation. So it is advisable to test the passivity of the fitted model and if there are violations, it is necessary to correct the model. In this thesis, we propose a new method to enforce passivity by relocation of starting poles, input data adjustments and matrix perturbation. The new method is thoroughly tested using several cable and transmission lines configurations. MATLAB and EMTP-RV platforms are used to implement and test the proposed method. Index Terms—Vector Fitting, Passivity enforcement, line model, WB model, ULM, pole relocation, matrix perturbation.


identifier: Cartier, G. (2014). Classification de kits d'exploitation avec l'utilisation d'explorateurs de pages  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré l'avancement technologique des systèmes informatiques, la sécurité de ceux-ci demeure un problème récurrent. Plus spécifiquement, dans le cas des virus informatiques, les techniques de protection utilisées permettent seulement des détections a posteriori notamment grâce à l'utilisation de signatures des binaires. De plus, avec l'arrivée marquée des kits d'exploitation et du paradigme de logiciel malveillant en tant que service, un écosystème de collaborations s'est créé, rendant la tâche de compréhension des pirates encore plus difficile. Nous avons émis l'hypothèse qu'il existe beaucoup d'associations qui permettent de déterminer des groupes comportementaux distincts nous aidant à mieux comprendre l'environnement dans lequel les pirates travaillent. Pour ce faire, nous avons développé un système d'exploration de pages web qui permet de récupérer une multitude d'informations sur le site web, le contenu de la page, le binaire utilisé et bien d'autres informations lors d'une attaque. Nous avons réalisé trois expériences d'exploration qui se sont étendues sur une période de près de 3 semaines où plus de 10,000 explorations ont été réalisées sur près de 3000 URL durant lesquelles nous avons récolté près de 200 GO de données. Notre premier test tentait de déterminer si un mécanisme de géolocalisation permettait aux pirates d'infecter différemment leurs victimes en se basant sur l'emplacement de ceux-ci. L'expérience nous a permis de déterminer que certains mécanismes tel le flux rapide DNS ou la balance de charge modifient le comportement des pages en fonction d'où l'infection a lieu, par contre nous n'avons pu conclure que les infections diffèrent en fonction de la localité de la victime. Le second test voulait établir le temps de vie moyen des pages qui sont utilisées pour l'infection. Grâce à celui-ci, nous avons pu noter deux comportements distincts, soit les virus sont distribués sur des pages légitimes par l'entremise d'une campagne de logiciel malveillant, très souvent de la publicité, sinon les pages sont créées uniquement pour l'infection. Dans le premier cas, les pages restent en vie longtemps, puisqu'une fois l'infection nettoyée, les pages sont légitimes. Sinon, dans le deuxième cas, nous n'avons pu déterminer de temps exact puisque la plupart des pages étaient mortes à leur réception qui est au maximum une heure plus tard. Finalement, notre troisième test cherchait à comprendre si un système de liste noire était utilisé pour limiter les infections. L'expérience a été effectuée en octobre 2013 alors que le visage de la cybercriminalité semblait changer après l'arrestation du développeur du célèbre kit d'exploitation Blackhole. Notre expérience nous a permis de constater que notre flux d'URL avait beaucoup changé et ne semblait plus générer aucune infection. Malgré qu'il soit difficile d'attribuer ceci aux évènements, il n'en est pas moins intéressant. Somme toute, notre système nous a permis de déterminer certains comportements que les pirates utilisent qui ne nous semblaient pas nécessairement évidents. Par contre, le système nécessite encore beaucoup de travail pour augmenter son efficacité et l'amplitude des données recueillies. Certaines solutions à code source ouvert semblent être une excellente option pour faire évoluer le projet.  ABSTRACT: Despite the technological advancement of computer systems, security remains a recurring problem. More specifically, the computer virus protection techniques used allow only detections a posteriori, thanks to the use of binary signatures. Furthermore, the arrival of exploit kits created a new paradigm, namely Malware-as-a-Service where an ecosystem of partnerships is created, making the task of understanding the hackers even more difficult. Our hypothesis was that there are many organizations that work together and that we can identify distinct behavioral groups to help us better understand the environment in which hackers coexist. To do this, we developed a crawling system that allows us to retrieve an important ammount of information on the web pages that deliver viruses. We conducted three experiments spread over a period of about three weeks where more than 10,000 crawls were conducted on nearly 3000 URLs during which we collected nearly 200 GB of data. Our first test was trying to determine whether hackers use geolocation techniques to infect differently their victims. The experience has allowed us to determine that certain mechanisms such as fast flux DNS or load balancing change the behavior of pages depending on where the infection takes place. We could not conclude that the infections differ based on the location of the victim. The second test would establish the average lifetime of pages that are used for the infection. We noted two distinct behaviors: either viruses are distributed on legitimate pages through a campaign of malicious software, very often through advertising, otherwise the pages are created only for infection. In the first case, the pages remain alive long, since once the infection is cleaned from the website, the pages remain active for their legitimate business. In the second case, we could not determine the exact time as most pages were dead upon receipt which has a delay of at most an hour. Finally, our third test sought to understand if a blacklist system was used to limit infections. The experiment was conducted in October 2013 while the face of cybercrime seemed to change after the arrest of the famous hacker operating the Blackhole exploit kit. Our experience has enabled us to see that our URLs' feed had much changed and no longer seemed to generate infections. Although it is difficult to link this to the event, it is no less interesting. All in all, our system has allowed us to identify certain behaviors that hackers use that were not really obvious. Disadvantages include the system still requires a lot of work to increase efficiency and the amplitude of the data. Some open source solutions seem to be an excellent option to continue the project.


identifier: Moradi, H. (2014). Optimization of Cutting Parameters for Pocket Milling on the Skin Plate in Al and Al-Li Materials  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de cette étude est d'optimiser des paramètres de coupes pour l'usinage de poche sur une plaque mince en alliage d'aluminium et en alliage d'aluminium-lithium. Ces plaques minces sont utilisées dans l'industrie aéronautique pour fabriquer le fuselage d'un avion. Présentement, ces poches sur les plaques minces sont fabriquées par usinage chimique. Cette méthode chimique est dite nocive pour l'environnement. La méthode chimique pourrait être remplacée par une méthode mécanique comme l'usinage. En plus, les paramètres de coupes seront optimisés pour l'alliage d'aluminium-lithium. L'effet des paramètres de coupes a été étudié par des expériences utilisant la méthode de Taguchi. L'analyse de rapport signal sur bruit (Signal to Noise ratio) a été menée sur les données recueillies pour illustrer la significativité des facteurs des plans d'expériences et de leur contribution. La rugosité de la surface sur les pièces a été aussi étudiée et des paramètres optimaux ont été définis. Des vérifications ont été accomplies et la poche sur la plaque a été usinée à la satisfaction des exigences de l'ingénierie de l'industrie.  ABSTRACT: In the present work the pocket machining (milling) of the thin skin components made of aluminium and aluminium-lithium (Al-Li) alloys is studied. These milled components are known as principle parts of commercial airplanes. They have significant impacts on the airplane body weight and fuel consumption. Chemical milling is the main method used for pockets machining on these components. However, this method is not considered as an environmentally friendly operation due to severe contamination problems. To remedy these difficulties, this study intends to replace the chemical milling by an alternative machining method capable to do pocket machining. To that end, pocket milling was selected as machining method. Furthermore, in order to reduce the weight of airplane, an alternative material such as Al-Li alloys is proposed to replace the aluminum alloys. In the first phase of this study, a comprehensive literature review was conducted on milling and pocket milling of aluminum and aluminum-lithium alloys. The sample parts required for cutting operations were prepared in accordance with in specified dimensional geometries of the real parts used in industry. A milling fixture was then designed and manufactured in order to perform machining operations on the sample parts. The experimental tests were planned according to the Taguchi method design of experiment. The cutting parameters studied included: RPM, chip thickness (feed rate), depth of cut and lubricant. The one way and profile contouring milling operations were selected as machining strategies. A process failure mode and effect analysis (FMEA) was executed to determine the main failure modes during pocket milling operations and the surface roughness was used as performance criteria. The experimental results were analyzed using Signal to Noise ratio (S/N) strategy though Taguchi method. According to the experimental results, the optimal setting levels of cutting parameters are RPM (10000 rev/min), chip thickness (0.0508 mm), depth of cut (0.45 mm) and lubricant (MQL, 40 ml/min). Finally, the experimental verification tests were performed. According to the literature, a similar machining specification can be applied for conventional aluminium alloys and the Al-Li alloys. Consequently, in order to reduce the experimental cost and time, the optimum setting levels of process parameters proposed in this work could be applied in the machining of Al-Li work pieces.


identifier: Jiang, T. (2014). Six-Port Technology for Millimeter-Wave MIMO Systems  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les taux de transmission des systèmes de communication sans-fil modernes augmentent. De nouvelles bandes de fréquences et de nouvelles technologies sont exploitées pour supporter de hauts taux de transmission. La bande d'ondes millimétriques est une bonne candidate pour supporter des taux de transmission de l'ordre des Gbps. De plus, la technologie à entrées/sorties multiples (MIMO) ouvre la porte à des systèmes de communication à bas coût à haut taux de transmission. Le récepteur hétérodyne standard est utilisé dans plusieurs systèmes de communication, puisqu'il présente une grande sélectivité et une grande sensibilité. Par contre, le récepteur à conversion directe permet un meilleur niveau d'intégration en diminuant le nombre de composants des circuits. Parmi les récepteurs à conversion directe, ceux à six ports ont un circuit passif qui sert d'interferomètre. La diversité additionnelle est produite par les sorties en quadrature, qui sont des combinaisons linéaires du signal d'entrée et du signal de référence. Les guides d'onde intégrés au substrat (SIW) peuvent être facilement intégrés à des circuits planaires. La conception est simplifiée puisqu'il existe des méthodes de conception de guides d'ondes traditionnels. Un système MIMO à six ports de type SIW est présenté dans cette dissertation. Premièrement, un diviseur de puissance et un coupleur hybride de type SIW sont présentés. L'implémentation de ces circuits, basée sur les règles de conception des structures SIW, est réalisée une bande de fréquence d'intérêt. Plusieurs paramètres critiques peuvent être manipulés pour contrôler les performances du diviseur de puissance et du coupleur hybride. Une transition de la structure SIW à la ligne micro-ruban est conçue pour  permettre des mesures. Les résultats de simulation du circuit démontrent que celui-ci offre une bonne performance. Deuxièmement, à partir du diviseur de puissance et du coupleur hybride, le circuit à six ports est présenté. Trois types d'architechtures sont comparées, et l'une d'elles est choisie pour le système de démonstration. Les résultats de simulation et les résultats expérimentaux concordent, et guarantissent une bonne performance du circuit proposé et du système de communication sans-fil dans lequel le circuit est intégré.  Finalement, le système de 2×2 ports est présenté. Il n'y a pas de couplage réciproque entre les deux récepteurs lorsque le critère de propagation de Rayleigh dans la ligne de visée est respecté.  ABSTRACT: Presently, the data rates in modern wireless communication systems are becoming higher and higher and new frequency bands and technologies are being exploited in support of high data transmissions. The millimeter-wave band is a candidate of choice to support Gbps data transmission. In addition, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology will open the way for low-cost reliable communication systems that require even higher data rates.  While the conventional heterodyne receiver has been widely applied in many kinds of communication systems due to its high selectivity and sensitivity, the direct-conversion receiver allows higher-level circuit integration by reducing the number of circuit components. Among these direct-conversion receivers, six-port scheme presents a passive circuit that acts as an interferometer. The additional diversity is produced by the quadrature outputs of the six-port circuit that are linear combinations of the unknown input signal and the reference signal. Substrate integrated waveguide (SIW) can be integrated with planar circuits easily. The design procedure is obviously simplified as a result of the existing typical design methods for the rectangular waveguide. Based on the above techniques and discussions, the millimeter-wave MIMO system based on SIW six-port circuit is presented in this dissertation. First, the SIW power divider and hybrid coupler are presented. The implementation of those circuits is based on the SIW design rules, according to the working frequency band of interest. Several critical parameters can be manipulated to control performances of the SIW power divider and hybrid coupler. An SIW to microstrip line transition is designed for measurement purposes. Simulation results of the circuits show good performances. Second, based on the studied and designed SIW power divider and hybrid coupler, the six-port circuit is presented. Three types of six-port architecture are compared, with one of them chosen to work in our millimeter-wave MIMO system demonstration. Simulation and measurement results agree well and guarantee a good performance of the proposed circuit itself and wireless high-speed communication system in which the circuit is embedded. Finally, the 2×2 millimeter-wave MIMO system is presented.


identifier: Bousfield, G. (2014). Effect of Chain Extension on Rheology and Tensile Properties of PHB and PHB-PLA Blends  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le poly(3-hydroxybutyrate), ou PHB, est un polymère biodégradable synthétisé par voie bactérienne. L'intérêt porté à ce polymère biodégradable est motivé par ses propriétés mécaniques, qui sont fort similaires à celles du polypropylène, un polymère non-biodégradable avec plusieurs applications commerciales. Actuellement, la substitution du polypropylène par du PHB est limitée par les propriétés physiques (?) de ce dernier qui le rendent difficile à traiter. Ces limitations sont liées au fait que le PHB est presque isotactique, ce qui signifie que sa cristallisation est fort favorisée. Cette cristallinité élevée rend le polymère rigide mais fragile, et augmente son point de fusion à 170oC. Par comparaison, le point de fusion de poly(4-hydroxybutyrate) est de 53oC. Ce point de fusion élevé complique le traitement du PHB, qui commence à se dégrader spontanément au-dessus de 170oC, c'est-à-dire dès qu'il est fondu. Étant donné que le polymère doit être fondu afin d'être mélangé ou moulu, il est impossible d'éviter sa dégradation. Dans cette étude, le PHB est mélangé avec différents produits chimiques conçus spécialement pour augmenter le poids moléculaire des polyesters tels que le PHB. Ces produits chimiques sont appelés « chain extender », ou « allongeur de chaine », car ils réagissent avec les embouts des chaines polymériques pour produire une chaine allongée. Quatre allongeurs de chaine (le Joncryl ® ADR 4368-C, le dianhydride pyromellitique, le diisocyanate d'hexaméthylène, et le polycarbodiimide) ont été mélangés avec un copolymère aléatoire de PHB (98 mol%) et de poly(3-hydroxyvalerate) (2 mol%). La concentration d'allongeur de chaine dans le polymère a été variée entre 0.25% et 4% massique. L'évolution du poids moléculaire du polymère résultant de ces différents mélanges est déduite de la viscosité complexe, déterminée par rhéologie à plan parallèle. Il a été observé qu'aucun des allongeurs n'a permis de réduire le taux de dégradation du PHB, et que seul le Joncryl a entrainé une augmentation du poids moléculaire du polymère. Le PHB a également été mélangé avec du poly(L-acide lactique), ou PLA, pour des rapports PHB/PLA de 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, et 0/100. Comme précédemment, la stabilité thermique a été déduite de la viscosité complexe. Lors de ces expériences, il a été observé que les mélanges riches en PHB (100% PHB/0% PLA, 75% PHB/25% PLA) ont continué à se dégrader au même taux que le PHB pur. Le mélange 50% PHB/50% PLA, quant à lui, a présenté un gain initial de viscosité complexe, mais a néanmoins continué à se dégrader au même taux que le PHB pur. Par contre, la viscosité complexe du mélange de 25% PHB/75% PLA était égale à celle du PLA pur. Ces cinq mélanges viii ont ensuite été reproduits mais en présence de 1% massique de Joncryl dans le but d'étudier l'effet de l'allongement des chaines sur les caractéristiques du polymère. Il en a résulté que les mélanges 50% PHB/50% PLA, 25% PHB/75% PLA et 100% PLA présentaient une augmentation de viscosité complexe de plus de dix fois celle de leur homologue sans Joncryl. Cependant, le mélange 75% PHB/25% PLA n'a présenté une augmentation de sq viscosité complexe que de deux fois celle du mélange sans Joncryl. L'effet du Joncryl sur les propriétés mécaniques des mélanges de PHB et PLA a aussi été étudié par essai de traction uniaxial. Les résultats ont indiqué une augmentation de la contrainte au seuil d'écoulement et d'allongement à la rupture avec l'ajout de Joncryl, mais une diminution du module de Young. En conclusion, l'ajout d'allongeurs de chaines n'a qu'un effet marginal sur la dégradation du PHB.  ABSTRACT: Poly(3-hydroxybutyrate), referred to as PHB, is a bacterially-synthesized and biodegradable polymer which is being considered as a substitute for non-biodegradable bulk polymers like polypropylene. PHB is naturally extremely isotactic and naturally has a very high degree of crystallinity, resulting in a stiff but brittle material. The stability of PHB crystals also means that the melting point of the polymer is approximately 170oC, high with respect to similar polymers. For instance, the melting point of poly(4-hydroxybutyrate) is only 53oC (Saito, Nakamura, Hiramitsu, & Doi, 1996). Above 170oC, PHB is subject to a thermomechanical degradation mechanism, meaning that the polymer cannot be melted without degrading. One possible solution to the problem of degradation is to add a chain extender to the molten polymer to increase average molecular weight to counteract the molecular weight lost to degradation. In this work, a variety of chain extenders (Joncryl® ADR 4368-C, pyromellitic dianhydride, hexamethylene diisocyanate, polycarbodiimide) were compounded with a random copolymer of 98 mol% 3-hydroxybutyrate and 2 mol% 3-hydroxyvalerate (referred to as PHB) in concentrations ranging from 0.25% to 4%, to determine which chain extender functionality worked best with PHB. Molecular weight change was inferred from torque monitored during compounding, and from complex viscosity determined from parallel-plate rheology. None of the chain extenders changed the rate of degradation of PHB, although Joncryl increased the complex viscosity of the polymer. PHB was also blended with Poly(L-lactic acid), referred to as PLLA in PHB/PLLA ratios of 100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100, to determine the effect of blending on the thermal stability of PHB. Again, thermal stability was determined by monitoring torque during compounding and by measuring complex viscosity through parallel-plate rheology. Blends in which PHB was the more abundant phase, as well as the 50% PHB/50% PLA blend continued to degrade, and the PLLA did not in these cases significantly increase complex viscosity. By contrast, the 25/75 PHB/PLLA blend had a complex viscosity equal to the neat PLLA blend, and both of the blends remained stable. All five blends were also produced with 1% Joncryl to observe the effect of Joncryl on the blends. In the 50/50 blend and the blends in which PLLA was the major component, complex viscosity increased by at least an order of magnitude, while in the 75/25 PHB/PLLA blend and the neat PHB blend, the effect of Joncryl was to increase complex viscosity only by a factor of 2. The effect of blending and of Joncryl on PHB-PLA blends was further investigated through uniaxial tensile stress testing of compression- vi moulded samples of the blends, neat and with 1% Joncryl. The results showed an increase in tensile stress at yield and tensile strain at break for blends with the addition of Joncryl, although Young's modulus was somewhat diminished for these blends. In conclusion, chain extenders were not effective in reversing the effect of thermomechanical degradation, possibly because they do not change the resistance to bond rotation in PHB chains, or because they are not reactive with acrylates, although the exact cause has not been determined.