identifier: Ramdani, A. (2014). Revue systématique de la littérature sur les mesures de la collaboration inter-organisationnelle dans un contexte d'innovation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La collaboration est aujourd'hui considérée comme l'un des facteurs les plus importants dans la réussite de projets d'innovation. Que ce soit dans un contexte d'innovation interfirmes (ex. : entre firmes indépendantes de l'industrie aérospatiale) ou au sein de grands groupes industriels (ex. : entre filiales d'une même multinationale), la collaboration est devenue essentielle compte tenu de la complexité croissante de la technologie. Innover pour développer des nouveaux produits, offrir de nouveaux services ou investir des marchés inexplorés exige donc un effort concerté de mobilisation et de coordination d'acteurs variés. Or, malgré un fort intérêt des chercheurs pour mieux comprendre la collaboration, la littérature scientifique n'a toujours pas fourni de définition claire et unanime de ce concept. De plus, l'absence d'indicateurs génériques validés (mesures) constitue un handicap sérieux dans la poursuite de travaux empiriques fiables pouvant servir de repère à la fois aux théoriciens et aux praticiens. En somme, la collaboration reste, malgré une multitude d'études réalisées à ce jour, un concept vague assorti de très peu d'instruments de mesure. Le défi de ce travail consiste à effectuer une analyse critique de la littérature afin d'en dégager les aspects abordant le concept de la collaboration, ainsi que ses instruments de mesure. Les objectifs de cette recherche sont de répertorier les nombreuses définitions de la collaboration se trouvant dans la littérature et d'en analyser les convergences et les divergences, d'observer et d'analyser l'existence de mesures de la collaboration et d'en dresser une cartographie illustrant clairement les volets de ce concept. Cette étude servira de guide et de référence à tout individu ou groupe voulant collaborer dans le but d'innover. Ce travail mettra en lumière et clarifiera le concept de collaboration dans l'innovation et apportera une contribution significative dans ce domaine.  ABSTRACT: Nowadays, collaboration is considered as one of the most important factors in the success of innovation projects. Whether it is in an inter-firm innovation context (eg. Between independent firms in the aerospace industry) or within large industrial groups (eg. Between subsidiaries of the same multinational), collaboration has become essential given the increasing complexity of the technology. Innovate to develop new products, introduce new services or invest unexplored markets, therefore require a concerted effort of mobilization and coordination of various actors. However, despite strong interest from researchers to better understand collaboration, the scientific literature has not provided clear and unanimous definitions of this concept. Moreover, the lack of validated indicators (measures) is a serious handicap in the pursuit of reliable empirical work that can serve as a benchmark for both theorists and practitioners. In short, ollaboration remains despite a multitude of studies conducted to date, a vague concept that has very few measure instruments. This work aims to perform a critical analysis of the literature to identify areas that address the concept of collaboration and its instruments. The objectives of this research are to identify the many definitions of collaboration found in the literature and analyze their similarities and differences, to observe and analyze the existence of measures of collaboration and to draw up a map that clearly shows the components of this concept. This study will serve as a guide and reference to any individual or group wishing to collaborate for innovation. This work will highlight and clarify the concept of collaboration in innovation and make a major contribution in this area.


identifier: Ahmadpour, N. (2014). Aircraft Passenger Comfort Experience: Subjective Variables and Links to Emotional Responses  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les buts principaux de cette thèse étaient de connaître les aspects subjectifs de l'expérience de confort du passager en contexte de vol. De tels aspects sont décrits en termes des perceptions subjectives du passager ainsi que de sa réponse émotionnelle aux stimulis de l'environnement. Plusieurs études furent menées afin d'aborder les fondements théoriques de ces aspects ainsi que leur pertinence à l'égard du concept de l'expérience de confort passager en vol. Pour débuter, des descriptions libres d'expérience de vol furent collectées de la part de 155 participants. De l'analyse de leur contenu sont ressortis huit thèmes décrivant les perceptions subjectives de l'intérieur de l'avion en lien avec l'expérience de confort passager : « paix d'esprit », « bien-être physique », « proxémie », « satisfaction », « plaisir », « social », « esthétique » et « association ». Les préoccupations des passagers ainsi que le contexte (siège, espace pour les jambes, température, pression, etc.) associés à chaque thème furent aussi soulignés. Au cours d'une étude de suivi avec un groupe de concepteurs d'intérieur de cabine passager, il fut démontré que les huit thèmes et leurs préoccupations associées pourraient être utilisés afin d'améliorer la communication au sein de l'équipe de conception. De plus, ces thèmes pourraient clarifier la définition des objectifs au cours du processus de conception. Par la suite, la possibilité de distinguer les perceptions subjectives de confort passager des perceptions d'inconfort a été étudiée. 27 participants ont soumis la description d'une expérience de vol confortable ainsi que d'une expérience de vol inconfortable tout en classant par ordre d'importance pour chaque expérience les huit thèmes déterminés dans la première étude. Ces descriptions écrites furent suivies d'entrevues en profondeur. L'analyse n'a donné aucune différence significative entre les classements de thèmes, à part pour ceux de « plaisir » et « bien-être physique ». De surcroît, le thème « plaisir » a obtenu un plus haut classement en lien avec l'expérience de confort alors que le thème « bien-être physique » fut le plus haut classé en lien avec les descriptions d'inconfort. Il fut donc conclu que bien qu'il soit nécessaire d'éliminer les sources d'inconfort physique et d'améliorer les aspects plaisants du vol afin d'atteindre le confort, les huit thèmes s'appliquent autant aux états d'inconfort que de confort. Une autre conclusion suggère que l'évaluation de l'expérience de confort du passager dans son ensemble devrait couvrir le spectre se situant entre l'inconfort extrême et le confort extrême.  Les huit thèmes soulevés furent validés par une série d'études. En premier lieu, 161 descripteurs liés à divers aspects de l'expérience de confort passager furent recueillis grâce à études précédentes et une revue de littérature. En outre, les évaluations des participants sur ces descripteurs ont été utilisés pour mettre en évidence les descripteurs les plus pertinents, sélectionnez 58 descripteurs qui étaient plus d'impact sur le confort des passagers, et enfin les classer en huit facteurs qui visiblement correspondaient aux huit thèmes. Finalement, les réponses émotionnelles des passagers au contexte de vol et à l'environnement de la cabine furent recueillies en utilisant la méthode d'échantillonnage d'expérience (ESM: Experience Sampling Method). 16 répondants ont complété un questionnaire évaluant leur niveau de confort ainsi que leurs émotions en trois moments au cours d'un vol long courrier et en deux moments au cours d'un vol court. Ces répondants ont aussi réalisé une évaluation rétrospective de leur confort global ainsi que du confort associé à chacun des huit thèmes 24 et 48 heures suivant le vol. L'analyse n'a révélé aucune différence significative entre les niveaux de confort et les réponses émotionnelles à différents moments au cours du vol. Aussi, l'évaluation au cours du vol et l'évaluation rétrospective du confort n'ont présenté aucune différence significative. L'évaluation globale rétrospective du confort en vol fut corrélée avec tous les huit thèmes pour les vols courts et avec six thèmes pour les vols long-courrier. Les deux thèmes n'ayant pas été associés à ces vols sont « social » et « esthétique ». Toutefois, ceci serait sans doute du au manque de diversité dans l'échantillon de population. Sept émotions furent identifiées comme significatives lors de l'expérience de confort passager : la satisfaction, la frustration, le soulagement, la joie, le reproche, la gratitude et la haine. Elle furent classifiées en cinq groupes, chacun décrivant le mode d'appréciation et d'observation du passager. Ces modes d'appréciation sont la logique employée par les passagers pour l'évaluation des situations de vol, menant aux réponses émotionnelles et ultimement à l'expérience de confort. Cette connaissance met en lumière autant les aspects psychologiques que les aspects perceptifs de l'expérience de confort d'intérieur de cabine passager.  ABSTRACT: The main goal of this thesis was to create knowledge about the subjective aspects of passenger comfort experience in the flight context. Those aspects are characterized in terms of passengers' subjective perceptions and their emotional responses to the contextual stimuli. Several studies were performed to address the theoretical underpinning of those aspects and their relevance to the concept of aircraft passenger comfort experience. First, open descriptions of flight experience were collected from 155 participants. A content analysis yielded eight themes signifying passengers' subjective perceptions of the aircraft interior in relation to their comfort experience. Those were ‘peace of mind', ‘physical wellbeing', ‘proxemics', ‘satisfaction', ‘pleasure', ‘social', ‘aesthetics', and ‘association'. Passengers' concerns and the contextual inputs (e.g. seat, legroom, temperature, pressure, etc.) associated with each theme were also highlighted. In a follow up study with a group of aircraft cabin interior designers, it was shown that the eight themes and their subsequent concerns could be potentially used for improving the communication within the design team as well as for setting the goals in the design process. Furthermore, a study examined the possibility of differentiating the subjective themes of passenger comfort from those of discomfort. 27 participants submitted reports of one comfortable and one uncomfortable flight experience and rated the importance of the eight elicited themes for each of those experiences. The written reports were followed by in-depth interviews. The analysis yielded no significant difference between those ratings, except for the themes ‘pleasure' and ‘physical wellbeing'. In addition, the theme ‘pleasure' achieved higher ratings in reports of comfort experience while the theme ‘physical wellbeing' was rated the highest in discomfort reports. It was concluded that while it is necessary to eliminate sources of physical discomfort and improve the pleasurable aspects of the fight experience to achieve comfort, the eight comfort themes generally apply to both states. Another conclusion suggests that the evaluation of overall passenger comfort experience, as a whole, should employ one spectrum ranging from extreme discomfort to extreme comfort. The eight elicited themes were validated in a series of studies. First a set of 161 descriptors, underlying various aspects of passenger comfort experience, was compiled based on above studies as well as literature reviews. Furthermore, participants' ratings on those descriptors were used to highlight the most relevant descriptors, select 58 descriptors that were most impact on passenger comfort, and finally categorize them into eight factors which visibly corresponded to the eight themes. Finally the emotional responses of passengers to the flight context and the cabin environment were collected using Experience Sampling Method (ESM). 16 respondents submitted 57 completed questionnaires addressing their real-time comfort level and emotions at three times during the long-haul and two times during the short-haul flights. They also rated their overall comfort and the comfort associated with each of the eight themes within the 24 to 48 hours after their flight, accounting for their retrospective evaluation. The analysis revealed no significant differenced between comfort levels or emotional responses at different times during the flights. Moreover, the real-time and retrospective evaluations of comfort were not significantly different. The overall retrospective evaluation of flight comfort correlated with all the eight themes for short flights and six themes for long flights, with an exception of ‘social' and ‘aesthetics'. However, this was argued to be due to the lack of diversity in the recruited sample. Seven emotions were identified as significant for the experience of passenger comfort: satisfaction, frustration, relief, joy, reproach, gratitude, and hate. Those were classified into five groups, each characterized by a unique appraisal pattern depicting passengers' concerns and focus. Those appraisal patterns signify the logic employed by passengers for the assessment of the in-flight situation that lead to emotional responses and ultimately comfort experience. This knowledge sheds light on the psychological aspects of passenger comfort experience and the perceptual stimuli in relation to an experience of comfort in the cabin interior.


identifier: Matte-Deschênes, G. (2014). Modélisation de l'efficacité de capture de filtres particulaires pour moteur diesel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour réduire les émissions de suie d'un moteur diesel, des filtres particulaires diesel (FPDs) sont ajoutés au système de traitement des gaz d'échappement. Étant donné que les normes régissant ces émission sont de plus en plus strictes, il est nécessaire de comprendre de mieux en mieux les phénomènes ayant lieux dans un FPD pour en concevoir des plus performants. Un de ces phénomènes n'ayant reçu que peu d'attention est la thermophorèse. L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension de l'effet de la thermophorèse sur la capture des particules de suie dans un FPD. Pour évaluer l'importance de ce phénomène et ses effets sur la capture de la suie, un modèle numérique a été développé. Il se compose de trois étapes : (1) la reconstruction numérique d'un fragment de mur poreux de cordiérite à l'aide du recuit simulé, (2) le calcul du champ de vitesse au travers du mur poreux par la méthode de Boltzmann sur réseau, et (3) la résolution des trajectoires des particules de suies calculées par une équation modifiée de Langevin prenant en compte la thermophorèse. Les effets de l'intensité et de l'orientation de la force thermophorétique sur des particules aérosols de diverses tailles et pour trois vitesses d'écoulement du gaz. Il a été démontré que la thermophorèse peut affecter jusqu'à 27% du volume total des particules de suies entrant dans le FPD. De plus, la force thermophorétique a eu pour impact d'affecter l'efficacité de capture de ±2% et la profondeur moyenne de capture de ±10μm en fonction de son orientation par rapport à celle de l'écoulement. Un critère sur l'importance de la force thermophorétique dans le modèle basé sur le nombre de Stokes et de Reynolds a été trouvé. Il s'agit du premier travail portant sur l'effet de la thermophorèse dans un FPD.  ABSTRACT: To reduce soot particle emissions from diesel engines, harmful for the environment and the human health, Diesel Particulate Filters (DPFs) are used in the exhaust gas system. Since the regulations are increasingly stringent, a better understanding of capture in DPFs is necessary to improve them. The purpose of the present study was to investigate the impact of thermophoresis on soot capture in the cordierite porous wall of a diesel particulate filter (DPF). A three-step numerical model was developed, that consists of: (1) the numerical reconstruction of a representative volume of the cordierite porous wall, (2) the computation of gas flow through the porous wall using the lattice Boltzmann method, and (3) the prediction of DPF capture efficiency based on the resolution of a modified Langevin equation that takes thermophoresis into account. The impact of the magnitude and orientation of the thermophoretic force on the capture of soot particles of various sizes under different flow conditions was investigated. The thermophoretic force applied in or against the flow direction affected the particle capture significantly, depending on particle size and flow velocity. It is shown that thermophoresis has a statistically significant impact on up to 27% of the soot volume entering a DPF. The effects are observed on both the capture efficiency (±2%) and average capture depth (±10μm). A criteria for the thermophoresis significance based on the Stokes and Reynolds numbers has been found. It is the first work on the effects of thermophoresis in a DPF.


identifier: Plouffe, G. (2014). Intégrer la spéciation des métaux en écotoxicité terrestre pour l'analyse du cycle de vie : le cas du zinc  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse du cycle de vie (ACV) est une méthode comparative globale qui vise à déterminer les impacts environnementaux d'un produit, service ou procédé. Dans cette méthode des scores d'impacts obtenus pour chacune des catégories d'impacts considérées (ex. changements climatiques, occupation des terres, toxicité humaine et écotoxicité) en multipliant la masse totale d'une substance par un facteur de caractérisation (FC) correspondant sont comparés. Ces facteurs, propres à chaque substance et à chaque catégorie d'impacts sont issus de la modélisation. Pour la catégorie d'impact écotoxicité, les modèles tiennent compte du devenir de la substance émise dans différents compartiments environnementaux et de l'effet écotoxique de cette substance sur des récepteurs écologiques en découlant. L'évaluation des impacts écotoxicologiques des métaux pose problème en ACV, puisque les modèles développés initialement pour les composés organiques sont appliqués sans distinction aux métaux, alors que leurs propriétés diffèrent grandement. En effet, contrairement aux composés organiques, les métaux se répartissent sous plusieurs formes en fonction des conditions physicochimiques de l'environnement. Cette spéciation détermine la fraction biodisponible qui est susceptible d'engendrer un effet écotoxique. Or la spéciation des métaux n'est pas prise en compte dans les modèles en ACV, ce qui engendre une domination des impacts liés aux métaux en écotoxicité non reliée à une toxicité réelle. En réponse à cela, les analystes ACV tendent à écarter les émissions de métaux ou les impacts écotoxicologiques de leurs résultats, entraînant, par le fait même, un sérieux problème de crédibilité. Dans la dernière décennie, les lacunes de l'ACV concernant le traitement des métaux ont été reconnues par deux groupes de travail de l'initiative sur le cycle de vie du Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE) et de la Society of Environemental Toxicology and Chemistry (SETAC). Ces groupes ont notamment proposé un cadre méthodologique permettant d'inclure la spéciation des métaux dans les eaux douces dans la définition du FC en insérant un facteur de biodisponibilité (FB), qui représente la fraction biodisponible obtenue par l'utilisation d'un modèle géochimique de spéciation, et en tenant compte de la variabilité spatiale des paramètres physicochimiques influençant la spéciation par la création d'archétypes d'eaux douces de mêmes propriétés. Ces recommandations ont permis l'obtention de FC pour l'écotoxicité aquatique des eaux douces regroupées en 7 archétypes pour 14 métaux cationiques. vi L'utilisation de modèle géochimique de spéciation n'est pas forcément applicable aux sols, les modèles étant développés pour les milieux aquatiques et les hypothèses ne s'appliquant pas nécessairement à des milieux aussi hétérogènes que les sols. De plus, la complexité des sols et l'interconnexion des paramètres physicochimiques d'influence peuvent compliquer l'utilisation d'archétypes. Pour cette raison, une autre méthode, soit l'emploi de relations empiriques pour obtenir le FB, a été proposée pour les sols pour intégrer la spéciation du nickel (Ni) et du cuivre (Cu) dans les FC. Or, les relations empiriques sont généralement applicables uniquement aux sols ayant servi à les obtenir, ce qui limite leur généralisation et leur applicabilité dans une méthode globale comme l'ACV. De plus, la définition d'archétypes de sols n'a pas encore été testée pour ce contexte. L'objectif de ce projet est donc de générer des nouveaux FC régionalisés pour le zinc (Zn) qui tiennent compte de la spéciation pour l'écotoxicité terrestre. Le projet vise à remplir les objectifs spécifiques suivants : 1. Déterminer la biodisponibilité du Zn dans les sols à l'échelle globale avec des données sur les sols limitées à celles présentes dans les bases de données mondiales sur les sols. 2. Calculer des FCs régionalisés pour le Zn qui illustrent à la fois la variabilité spatiale de la biodisponibilité du Zn et qui puissent être directement intégrés aux méthodes ACV. 3. Tester l'importance d'intégrer la spéciation de Zn en écotoxicité terrestre en ACV en réalisant une étude de cas. Le Zn a été choisi dans ce projet notamment parce qu'il est l'un des principaux contributeurs à l'empreinte écologique du Canada et du monde pour l'écotoxicité terrestre et aussi en raison de la disponibilité des données de terrain sur sa spéciation dans les sols. 1. Calculer la fraction biodisponible de Zn à l'échelle globale avec des données limitées sur les sols Le premier objectif spécifique de ce projet visait à obtenir la biodisponibilité du Zn dans les sols à l'échelle globale en utilisant uniquement les propriétés physicochimiques des sols disponibles dans les bases de données mondiales sur les sols. En ACV, les émissions de métaux pouvant se produire partout dans le monde, il est nécessaire d'utiliser une méthode cohérente à l'échelle mondiale. Cet objectif a mené à la rédaction du premier manuscrit intitulé “Assessing the variability of the bioavailable fraction of zinc at the global scale using geochemical modeling and soil archetypes” publié dans la revue The International Journal of Life Cycle Assessment vii (chapitre 3)[1]. La fraction biodisponible du Zn y est déterminée pour l'ensemble des sols du monde en utilisant le modèle géochimique de spéciation WHAM 6.0 (Windermere humic aqueous model) et la base de données Harmonized World Soil Database (HWSD). La première étape consistait à valider avec des données de terrain l'applicabilité du modèle WHAM 6.0 pour les sols en utilisant uniquement les propriétés des sols disponibles à l'échelle globale, soit le pH du sol, la capacité d'échange cationique (CEC), le contenu en matière organique (OM) et en carbonates et la texture du sol. Cette méthode a été comparée avec l'utilisation de relations empiriques. Les résultats associés à cet objectif, présentés au chapitre 3, indiquent qu'il a été possible de prédire la fraction biodisponible du Zn avec une incertitude en deçà de 2 ordres de grandeur pour une majorité de sols en comparaison avec des données de terrain, les prédictions étant dans le même ordre de grandeur pour 41% des échantillons. Les estimations obtenues grâce au modèle WHAM 6.0 se sont avérées plus proches des valeurs mesurées en termes de valeur et de rang que celles déterminées avec des régressions empiriques. Les FB obtenus pour les sols du monde présentent une variabilité de 6 ordres de grandeur lorsque le Zn soluble est considéré comme étant la fraction biodisponible et de 18 ordres de grandeur en utilisant le Zn vraiment dissout (ions et paires d'ions). Les sols du monde ont été regroupés en 231 archétypes définis à partir de propriétés clés influençant la spéciation du Zn qui sont disponibles à grande échelle (texture, pH, CEC, contenus en OM et en carbonates) afin d'évaluer l'étendue du processus de validation. Les données de terrain utilisées pour valider l'utilisation du modèle WHAM 6.0 dans ce contexte couvrent 29 archétypes et représentent 25% des unités de sols de la HWSD. Il a été possible de conclure que l'utilisation du modèle WHAM 6.0 semble fournir une estimation de la fraction biodisponibleplus représentative de la réalité que les régressions empiriques, que le Zn soluble calculé avec le modèle WHAM 6.0 constitue un indicateur plus fiable que le Zn vraiment dissout pour la fraction biodisponible et que, vu l'étendue du processus de validation, cette méthode semble intéressante pour étudier la biodisponibilité du Zn à grande échelle dans les sols. 2. Obtenir des FC régionalisés pour le Zn qui tiennent compte de la spéciation Suite à cette étape, les FB ont été intégrés dans le calcul des FC pour le Zn pour l'écotoxicité terrestre et le niveau de régionalisation requis pour représenter adéquatement la variabilité spatiale des FC a été défini. Ceci a mené à la rédaction du deuxième manuscrit intitulé viii “Characterization factors for zinc terrestrial ecotoxicity including speciation” soumis à la revue The International Journal of Life Cycle Assessment (chapitre 4). Tout d'abord, des facteurs de devenir (FD) ont été déterminés à partir du modèle USEtox et de coefficients de partition (Kd) spécifiques obtenus avec le modèle WHAM 6.0. Puis, des facteurs d'effet (FE) ont été calculés en utilisant la méthode AMI (Assessment of mean impact) avec des données écotoxicologiques terrestres (EC50) disponibles dans les bases de données écotoxicologiques. Pour ce faire, plusieurs scénarios ont été testés afin de rester le plus cohérent possible avec les FB malgré le manque de précision associé aux données écotoxicologiques, notamment en ce qui a trait aux sols utilisés pour les tests écotoxicologiques. La définition des archétypes de sols établie à l'étape antérieure a été précisée afin de mieux représenter la variabilité spatiale des FC obtenus et pour obtenir une résolution spatiale plus facile à gérer pour l'ACV. Afin de prendre en compte aussi les cas où les lieux d'émissions ne sont pas connus, comme c'est souvent le cas en ACV, des valeurs génériques de FC ont été obtenues en utilisant la densité de population comme proxy d'émission de Zn. Les résultats sont ensuite représentés sous forme de carte du monde pour faciliter leur utilisation. Les résultats, présentés au chapitre 4, indiquent qu'une valeur générique de FC pourrait être suffisante pour représenter l'ensemble des sols du monde lorsque le FB est défini en termes du Zn soluble, les FC se situant tous dans un intervalle de 1,76 ordre de grandeur. Ceci n'est pas le cas lorsque le Zn vraiment dissout est utilisé, les FC variant de 14 ordres de grandeur (5,45 ordres de grandeur pour un intervalle de confiance de 95%) pour les sols du monde. Afin de représenter cette variabilité spatiale, les sols ont été groupés en 518 archétypes, la condition pour définir un archétype étant de présenter une variabilité des FC à l'intérieur d'un même archétype inférieure à deux ordres de grandeur. Cette condition est respectée pour 83% des archétypes (85% avec un intervalle de confiance de 95%). Pour faciliter la gestion des archétypes, 13 groupes d'archétypes ont été créés en fonction de la valeur médiane des FC pour chaque archétype. Les valeurs génériques calculées avec le proxy d'émissions sont de 4,7 PAF·m3·d·kg-1 (PAF : potentially affected fraction of species) pour le Zn soluble et 1,45 PAF·m3·d·kg-1 pour le Zn vraiment dissout, ces valeurs étant respectivement 27 et 88 fois plus faibles que le FC terrestre pour le Zn dans IMPACT 2002 (128 PAF·m3·d·kg-1) et utilisé actuellement. Les conclusions de ce manuscrit sont que l'inclusion de la spéciation du Zn permet d'obtenir des FC inférieurs d'environ 2 ordres de grandeur aux FC actuellement utilisés. ix 3. Déterminer l'importance d'inclure la spéciation du Zn en écotoxicité terrestre en ACV Le troisième objectif était de déterminer l'importance d'intégrer la spéciation du Zn dans la définition des FC pour l'écotoxicité terrestre par la réalisation d'une étude de cas où le Zn est un des principaux contributeurs pour les impacts écotoxicologiques terrestres. Ceci a mené à la rédaction du troisième manuscrit intitulé “Case study : Does taking zinc speciation into account in terrestrial ecotoxicity make a difference for LCA results?” et soumis à la revue The Journal of Cleaner Production (chapitre 5). Une étude de cas portant sur la donnée ecoinvent “market for electricity, low voltage CA-QC” a été réalisée avec la méthodologie IMPACT 2002+. Plusieurs scénarios ont été testés, notamment, l'utilisation du FC pour l'écotoxicité terrestre actuel du modèle IMPACT 2002 et un FC pour l'écotoxicité terrestre dérivé à partir du modèle USEtox, pour représenter les scénarios qui ne prennent pas en compte la spéciation. Pour les scénarios qui considèrent la spéciation, les valeurs génériques de FC basées sur le Zn soluble et le Zn vraiment dissout, ainsi que les valeurs minimales et maximales des FC régionalisés ont été testées. L'importance de considérer la spéciation a été déterminée en comparant, pour les différents scénarios, 1) la contribution du Zn émis dans le sol à l'impact écotoxicologique terrestre (PDF.m2.yr) (PDF : potentially disappeared fraction of species) ainsi qu'à l'impact sur la qualité des écosystèmes (PDF.m2.yr), 2) le rang du Zn parmi les substances qui contribuent le plus à l'impact écotoxicologique terrestre et 3) les scores d'impact totaux pour l'écotoxicité terrestre et pour la qualité des écosystèmes. Les résultats, présentés au chapitre 5, indiquent qu'en incluant la spéciation du Zn, la contribution du Zn émis dans le sol à la catégorie d'impact “écotoxicité terrestre” diminue de 26% à au plus 1,27%, les scores d'impacts étant réduits de 1,44 à 14,37 ordres de grandeur; le Zn passe du 2e rang à un rang situé entre la 9e et a 255e position parmi les principaux contributeurs à l'écotoxicité terrestre; et les scores totaux pour l'écotoxicité terrestre et pour la qualité des écosystèmes sont réduits de 25-26% et 21-22% respectivement. Ces résultats illustrent l'importance de considérer la spéciation du Zn dans les sols pour cette étude de cas et l'influence considérable que cette inclusion pourrait avoir sur les impacts écotoxicologiques et les résultats des ACV. De manière générale, cette thèse a permis non seulement d'obtenir des FC régionalisés incluant la spéciation du Zn pour l'écotoxicité terrestre qui sont directement applicables dans les x méthodes ACV actuelles, mais elle a permis également de montrer qu'il est possible d'utiliser les modèles géochimiques de spéciation à grande échelle pour les sols. Elle propose une méthode qui serait facilement généralisable aux autres métaux et a également montré à quel point l'inclusion de la spéciation dans les FC des métaux en ACV pour l'écotoxicité terrestre peut avoir une influence considérable sur les scores d'impacts des ACV. Ces résultats permettront d'améliorer grandement la crédibilité de l'ACV, ce qui aura une portée majeure dans le domaine de l'environnement, l'ACV étant une mesure de plus en plus préconisée dans les directives environnementales et dans les entreprises à l'échelle internationale.  ABSTRACT: Life cycle assessment (LCA) is a global comparative decision making tool aiming to determine environmental impacts of a product, service or process. In this method, impact scores obtained for each impact category considered (e.g. climate change, land use, human toxicity, ecotoxicity) by multiplying the total mass of a substance by a corresponding characterization factor (CF) are compared. These CFs are specific to each substance and each impact category and are determined with the use of models. For the ecotoxicity impact category, these models consider the fate of the emitted substance in the various environmental compartments and the ecotoxic effect of this substance occurring on ecological receptors. Life cycle impact assessment of metals is a major issue in LCA, mainly because models were developed initially for organic compounds and are applied without distinction to metals even if their properties differ greatly. In fact, unlike organic compounds, metals can part into various species according to the physicochemical conditions of the environment. This speciation determines the bioavailable fraction that is likely to cause an ecotoxicological effect. Yet, this speciation is not taken into account in LCA models and this causes a domination of impacts related to metals in ecotoxicity not necessarily due to a high toxicity. In response to this, LCA analysts tend to dismiss metal emissions or ecotoxicological impacts of their results, creating a major credibility issue. In the last decade, the LCA limits regarding the consideration of metals have been recognized by two workgroups of the life cycle initiative of the United Nations environmental program (UNEP) and the Society of Environemental Toxicology and Chemistry (SETAC). These groups have suggested a framework for including metal speciation in the definition of CFs for freshwater by including a bioavailability factor (BF) that represents the bioavailable fraction obtained with the use of a geochemical speciaiton model and by taking the spatial variability of the physicochemical parameters influencing speciation with the creation of freshwater archetypes of same properties. Following these recommendations, CFs for freshwater ecotoxicity have been obtained for 14 cationic metals with the use of 7 freshwater archetypes. The use of geochemical speciation models are not necessarily appicable to soils: models being initially developed for aquatic environments, the assumptions are not necessarily applicable to heterogeneous environments like soils. Also, the complexity of soils and the correlation of physicochemical parameters influencing speciation could complexify the use of archetypes. For xii this reason, another method, which is the use of empirical regressions to determine BFs, has been suggested for soils to include speciation of nickel (Ni) and copper (Cu) in the CF definition. Yet, empirical regressions are generally applicable only to the soils that have been used to obtain them, and this limits their use in global methods in LCA. Also, the definition of soil archetypes has still not been tested in this context. The goal of this project is to generate new regionalized CFs for zinc (Zn) that takes into account speciation for terrestrial ecotoxicity. This project aims to reach the following specific goals: 1. Determine the bioavailability of Zn in soils at the global scale using only the soil properties available in world soil database. 2. Calculate regionalized CFs for Zn that show the spatial variability of the bioavailability of Zn and that can readily be used in LCA methodologies. 3. Determine the importance of including Zn speciation in terrestrial ecotoxicity in LCA by carrying out a case study. Zinc has been chosen in this project notably because it is one of the main contributors to the ecological footprint of Canada and the world for terrestrial ecotoxicity and also because of the availability of field data on its speciation in soil. 1. Determine the bioavailable fraction of Zn at global scale with limited data on soil properties The first specific goal of this project aimed at determining the bioavailability of Zn in soils at global scale using only the physicochemical properties of soil available in world soil databases. In LCA, metal emissions can occur everywhere in the world and it is necessary to use a coherent method for the world. This goal has led to the writing of the first manuscript entitled “Assessing the variability of the bioavailable fraction of zinc at the global scale using geochemical modeling and soil archetypes” and published by The International Journal of Life Cycle Assessment (chapter 3) [1]. The bioavailable fraction of Zn is determined for soils of the world by using the geochemical speciation model WHAM 6.0 (Windermere humic aqueous model) and the Harmonized world soil database (HWSD). The first step was to validate with field data the applicability of the WHAM 6.0 model for soils when using as input data only the following soil parameters available at global scale: soil pH, cationic exchange capacity (CEC), organic matter (OM) and carbonate contents, and soil texture. This method has been compared with the use of empirical regressions. xiii Results related to this goal, presented in chapter 3, indicate that it is possible to predict the bioavailable fraction of Zn with an uncertainty lower than 2 orders of magnitude for a majority of soils as compared to field data, 41% of the predictions being in the same order of magnitude as the field data. Estimates obtained with WHAM 6.0 model were closer to field data in terms of value and rank compared to estimates obtained with empirical regressions. Bioavailable factors obtained for soils of the world vary over 6 orders of magnitude when soluble Zn is considered to be the bioavailable fraction and over 18 orders of magnitude when using true solution Zn (free ions and ion pairs) as the bioavailable fraction. Soils of the world were grouped in 231 archetypes defined according to key properties influencing speciation that are available at global scale (texture, pH, CEC, OM and carbonate contents) in order to evaluate the extent of the validation process. Field data used in the validation process covers 29 archetypes and represent 25% of the HWSD soil units. It has been possible to conlude that the use of WHAM 6.0 model seems to give more representative estimates of the bioavailable fraction of Zn than empirical regressions, that soluble Zn calculated with WHAM 6.0 model is a more reliable indicator for the bioavailable fraction than true solution Zn and that, considering the extent of the validation process, this method seems promising to study the bioavailability of Zn in soils at global scale. 2. Calculate regionalized CFs for Zn that take speciation into account Folowing this step, BFs were integrated in the determination of CFs for Zn for terrestrial ecotoxicity and the regionalization level required to adequately represent the spatial variability of CFs has been defined. This led to the writing of the second manuscript entitled “Characterization factors for zinc terrestrial ecotoxicity including speciation” submitted to The International Journal of Life Cycle Assessment (chapiter 4). First of all, fate factors (FF) were determined using the USEtox model and specific partition coefficients (Kd) obtained with WHAM 6.0 model. Then effect factors (EF) were calculated using the AMI method (Assessment of mean impact) with terrestrial ecotoxicological data (EC50) available in ecotoxicological databases. To do so, various scenarios have been tested in order to be as coherent as possible with BFs despite the lack of precision of ecotoxicological data, especially regarding the soils used for the ecotoxicological tests. The definition of soil archetypes established in the previous step has been refined in order to better represent the CF spatial variability and to obtain a spatial resolution more manageable for LCA. In order to consider also the cases in which the emission sites are not known, like it happens frequently in LCA, generic CF values were obtained using the population density as an xiv emission proxy for Zn. Results are then presented in a map of the world in order to facilitate their use. Results, presented in chapter 4, indicate that a generic CF value could be sufficient to represent soils of the world when BF is defined using soluble Zn, CF values being concentrated in a 1.76 order of magnitude interval. This is not the case when true solution Zn is used, CF values varying over 14 orders of magnitue (5.45 orders of magnitude for a 95% confidence interval) for soils of the world. In order to represent this spatial variability, soils were grouped into 518 archetypes, the condition to define an archetype being to preserve variability inferior to two orders of magnitude for CF values in each archetype. This condition is respected for 83% of archetypes (85% with a 95% confidence interval). To facilitate the use of archetypes, 13 groupes of archetypes have been created according to the median CF values for each archetype. The generic CF values calculated with the emission proxy are 4.7 PAF·m3·d·kg-1 (PAF: potentially affected fraction of species) for soluble Zn and 1.45 PAF·m3·d·kg-1 for true solution Zn, these values being respectively 27 and 88 times lower than terrestrial CF for Zn in the current IMPACT 2002 model (128 PAF·m3·d·kg-1). This manuscript has shown that including Zn speciation allows obtaining CF values that are around 2 orders of magnitude lower than current CFs. 3. Determine the importance of including Zn speciation in terrestrial ecotoxicity in LCA The third specific goal of this project was to determine the importance of integrating Zn speciation in the CF definition for terrestrial ecotoxicity by carrying out a case study where Zn is one of the major contributors to the terrestrial ecotoxicological impacts. This led to the writing of the third manuscript entitled “Case study: Does taking zinc speciation into account in terrestrial ecotoxicity make a difference for LCA results?” and submitted to The Journal of Cleaner Production (chapiter 5). A case study on the ecoinvent “market for electricity, low voltage CA-QC” data has been carried out using the IMPACT 2002+ methodology. Different CFs for Zn were tested in this study (IMPACT 2002 CF and USEtox derived terrestrial CF without speciation; generic default CF values for the world including speciation based on either soluble or true solution Zn as well as minimum and maximum regionalized CF values including speciation). The importance of including speciation has been determined by comparing, for the different options, 1) the contribution of Zn emitted to soil to terrestrial ecotoxicity impact category and to ecosystem quality damage category impact scores (PDF.m2.yr) (PDF: potentially disappeared xv fraction of species), 2) the rank of Zn emitted to soil as a contributor to terrestrial ecotoxicity impact category and 3) the total terrestrial ecotoxicity and total ecosystem quality impact scores. Results, presented in chapter 5, indicate that when including Zn speciation, the contribution of Zn emitted to soil to the terrestrial ecotoxicity impact category is decreases from 26% to a maximum of 1.27%, the impact scores being reduced from 1.44 to 14.37 orders of magnitude; Zn position falls from the 2nd place to a rank between the 9th and 255th position among the major contributors to terrestrial ecotoxicity. Total terrestrial ecotoxicity and total ecosystem quality impact scores are respectively 25-26% and 21-22% lower. These results show the importance of considering Zn speciation in soil for this case study and the considerable importance this inclusion could have on the ecotoxicological impacts and LCA results. In general, this thesis has allowed not only obtaining regionalized CF including Zn speciation for terrestrial ecotoxicity that are directly applicable in current LCA methodologies, but it has shown that it is possible to use geochemical speciation models for soils at global scale. This thesis suggests a method that is easily generalizable to other metals and has also shown that including speciation in CFs for metals in terrestrial ecotoxicity could have a considerable influence on impact scores in LCA. These results will allow improving greatly the credibility of LCA, and this could have a considerable impact in the environmental field, as LCA taking more and more a great place in environmental directives and in enterprises worldwide.


identifier: Légaré, F. (2014). Fusion des données provenant d'un système de paiement par cartes à puce, d'un système de compte à bord et d'horaire pour l'imputation d'arrêts d'embarquement en transport collectif  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec l'adoption de systèmes de péage par cartes à puce, une grande quantité de données opérationnelles est maintenant accessible pour la planification des transports. Ces données demandent cependant un traitement préalable comme elles sont souvent récoltées pour répondre à des besoins administratifs comme la collecte de revenus. Ce projet porte sur l'attribution d'arrêts aux données d'embarquements provenant du système de péage automatisé par cartes à puce du Réseau de Transport de Longueuil (RTL). Cette attribution a été effectuée par un algorithme utilisant des requêtes SQL. Les données de localisation des véhicules sont déjà utilisées pour évaluer le service et en améliorer la ponctualité. Les données de systèmes de décompte automatisé de passagers sont utilisées pour connaître la demande sur les réseaux de transport et la charge des autobus. Les données de cartes à puce ont plusieurs applications. Une fois enrichies d'arrêts d'embarquement ainsi que d'arrêts de destination, plusieurs analyses peuvent être faites grâce aux données de cartes à puce. Il est possible d'analyser la demande, d'établir les zones du réseau les plus populaires et d'analyser le comportement des usagers. Les données de cartes à puce peuvent aussi compléter et améliorer l'information obtenue grâce aux enquêtes origines-destinations puisqu'elles couvrent un plus grand nombre de déplacements et que l'information sur ceux-ci est plus précise. La méthodologie utilisée pour cette recherche est la suivante. Tout d'abord, le système d'information du RTL est caractérisé pour pouvoir proposer une structure d'accueil pour les données. Trois tables principales sont utilisées. La table CAP (cartes à puce) comprend les données du système de péage automatisé par cartes à puce où les transactions d'embarquements sont enregistrées. Ces transactions ne contiennent pas de données de localisation. La table SDAP (système de décompte automatique de passagers) comprend les données de localisation des autobus lors des passages aux arrêts et les données de compte à bord. La table GTFS (Google Transit Feed Specification) comprend les données du service planifié. Ensuite, les tables sont comparées entre elles pour vérifier l'intégrité des données. L'algorithme d'attribution d'arrêts est réalisé en trois étapes. La première étape est d'utiliser les données de la table SDAP pour enrichir les embarquements CAP. La deuxième étape est d'utiliser les habitudes des usagers et les embarquements CAP ayant obtenu des arrêts à la première étape pour dériver les arrêts d'embarquement manquants. La dernière étape est d'utiliser les données GTFS pour finir l'enrichissement des embarquements CAP. La caractérisation des données a permis de mettre en évidence des variations dans l'intensité des activités semblables pour les trois tables avec des pointes d'appariement maximal le matin et en début de soirée en semaine et beaucoup moins d'activités couplées la fin de semaine. La caractérisation a aussi permis de voir un manque de données au niveau de la table SDAP alors que beaucoup moins d'autobus y sont actifs que dans la table CAP, où il y a significativement moins de passages capturés que de passages prévus. Le manque de données dans la table SDAP rend l'application de l'algorithme beaucoup moins efficace. L'application de l'algorithme d'attribution d'arrêt aux embarquements CAP a permis d'attribuer un arrêt à 91.7 % des embarquements. 54% ont été attribués lors de l'enrichissement grâce aux données SDAP, 27.2 % lors de l'enrichissement grâce aux habitudes des usagers et 10.5% lors de l'enrichissement grâce aux données GTFS.  ABSTRACT: A huge amount of data is now collected in public transit. With the arrival of automated fare collection system, a lot of operational data is now accessible. This data requires to be processed because it is usually collected for administrative purpose. This project aims to assign a stop location to the boarding transactions recorded by the RTL's fare collection system using smartcard. The assignment is made using an algorithm running SQL queries. Vehicle location data is already used to evaluate public transit service and to improve service punctuality. Automated passenger count data is used to know the demand on the transit network and the load on each bus. Automated fare collection system data using smartcard are widely used. Smartcard data enrich with boarding location and alighting location can be analyzed with many purposes. It is possible to use smartcard data to analyze demand on the network, popular boarding and alighting stops and user behavior. Smartcard data can be used to complement and improve origin-destination survey with information on a larger number of trip and more precise information. The research methodology is the following. First, the RTL's information system is characterized. Three tables are used in this research. The CAP (AFC) table contains the boarding transactions from the fare collection system using smartcard. Those transactions do not contain boarding locations. The SDAP (AVL/ APC) table contains the vehicles locations and the passenger count data. The GTFS table contains data on the planned service. Second, the tables are compared to verify the data integrity. Third, the algorithm is used to assign boarding stops to the CAP data. The algorithm starts by using the SDAP data. Then it uses the commuters' habits to derive boarding stops from results of the first assignment. Finally, the GTFS data is used to assign stops to the remaining boarding transactions. The data characterization shows similar variations through time between the activities of the three tables with peak periods in the morning and in the evening during week days and a lower level of activities during the week-ends. The characterization also shows missing data in the SDAP table. There are a fewer active buses than in the CAP table and fewer vehicle locations were capture than what was scheduled.


identifier: Beaulieu Ouellet, É. (2014). Endo-microscopie du cerveau combinant microscopie confocale en fluorescence et tomographie par cohérence optique Doppler  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'épilepsie affecte près de 50 millions de personnes à travers le monde, parmi lesquelles 30% ne répondent pas aux traitements. Lorsqu'un patient ne répond pas au traitement, la résection de la zone irritée devient nécessaire dans les cas difficiles. Le défi pour l'épileptologue devient donc l'identification de cette zone. Les techniques classiques utilisées pour la localiser sont : le test clinique neurologique, les électroencéphalogrammes (EEG), l'implantation d'électrodes intracrâniennes et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) anatomique pour identifier les lésions. Parallèlement, les chercheurs explorent les techniques fonctionnelles, et utilisent de plus en plus des techniques d'imagerie hémodynamique. Pour mieux comprendre ces signaux, il est essentiel de connaitre le lien entre l'hyperactivité des neurones et les signaux hémodynamiques qui en résultent. Malheureusement, ce lien reste indéterminé en raison de la complexité des changements d'oxygénation du sang et des tissus lors d'évènements épileptiques. Afin d'élucider ce lien, les techniques actuelles ne permettent pas d'imager simultanément l'activité neuronale avec une résolution cellulaire et le flux sanguin dans le cortex du cerveau murin. La microscopie confocale en fluorescence (MCF), combinée à des marqueurs du calcium, est un outil potentiel pour imager directement l'activité neuronale avec une résolution sous cellulaire. Le suivi du flux sanguin dans des vaisseaux individuels et avec une profondeur de pénétration acceptable peut quant à lui être réalisé avec la tomographie par cohérence optique Doppler (DOCT). Cette technique basée sur l'interférométrie permet d'imager à une profondeur de 2 à 3 mm avec une résolution d'une dizaine de microns. Lorsqu'ils sont combinés à un endomicroscope,chacun de ces systèmes pourrait permettre d'imager en profondeur dans le cerveau. Cependant, la MCF et le DOCT n'ont pas encore été combinés à travers un endo-microscope adapté à ces deux modalités. L'objectif de ce projet est de développer un système d'imagerie microscopique pouvant mesurer l'activité neuronale et hémodynamique, puis d'évaluer la performance de ce système. Nous proposons donc de concevoir un endo-microscope multimodal combinant la MCF et le DOCT dans un bras d'imagerie commun pour les deux modalités. Ce bras peut être facilement manipulé ou installé sur un stage stéréotaxique puisqu'il est relié par fibre optique au reste du système. Le bras comporte un système 2D de galvanomètres pour l'imagerie 2D en MCF et l'imagerie 3D en DOCT.  ABSTRACT: Epilepsy affects about 50 million people worldwide; 30% of which are unresponsive to treatment. Resection of the affected brain area needs to be performed for patients with severe epilepsy who remain unresponsive to treatment. The identification of the affected area is challenging. Techniques routinely used to localize this area include neurological examination, electroencephalography (EEG), stereoencephalography (SEEG), and magnetic resonance imaging (MRI). Researchers use functional imaging in to study epilepsy. With the increasing use of hemodynamic imaging techniques to characterize the epileptic brain, a clear link between the hyperactivity of neurons and ensuing hemodynamic signals is required to better understand these signals. Unfortunately, hemodynamic signals are confounded due to complex behavior of oxygenation in blood and tissue. Current techniques cannot image simultaneously neuronal activity at cell resolution and blood flow in the cortex in order to propose their relation to epilepsy. Confocal fluorescence microscopy (CFM) has proven to be a great tool to image directly neuronal activity with micron level resolution, using calcium indicators. The monitoring of blood flow in single vessels with a high penetration depth has been successfully achieved with Doppler optical coherence tomography (DOCT). This technique based on interferometry allows to image at a depth of 2-3 mm with a resolution of about 10 μm. When combined to an endo microscope, each of these systems can image deeply into the brain. However, CFM and DOCT have not been combined yet through an endo-microscope adapted to both modalities. The goal of this work is to develop a microscopic imaging system that can measure both neuronal activity and hemodynamics and then investigate its performance. We propose to design a multimodal endo-microscope combining confocal fluorescence microscopy (CFM) and Doppler optical coherence tomography (DOCT). A common imaging arm for both modalities includes a 2D galvanometer system for 2D imaging in CFM and 3D imaging in DOCT, and is terminated by a GRIN triplet. The triplet was designed to relay light deeply into the brain and maximize resolution. The common imaging arm can be manipulated or installed on a stereotaxic holder during the imaging session, as light collection is performed through optical fibers.


identifier: Larbanet, A. (2014). Application de l'algorithme de Max-hashing pour le référencement de fichiers vidéo et la détection de contenus et de flux connus à haute vitesse sur GPU  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le nombre croissant d'utilisateurs d'Internet et le développement de la technologie des communications s'accompagnent par l'émergence de comportements illégaux sur le réseau. Notons par exemple le partage de fichiers protégés par le droit d'auteur, comme des films ou de la musique, mais aussi le trafic d'images et de films à contenu pédo-pornographique illégal lui aussi. Il se forme alors le besoin de pouvoir efficacement cibler et détecter le transfert de ces fichiers connus sur un lien réseau. Le fonctionnement des communications sur le réseau Internet présente de multiples problématiques. Les fichiers sont segmentés en paquets et ceux-ci empruntent des routes possiblement indépendantes pour atteindre la même destination. D'autre part, ces paquets suspicieux peuvent être noyés dans les flux de données (légaux) de millions d'autres utilisateurs rendant donc la reconstitution du fichier original depuis les paquets observés très improbable. Dans ce cas, on peut considérer que deux paquets successifs sont indépendants. Nous sommes donc contraints de travailler au niveau des paquets et, pris individuellement les uns des autres, il nous faudrait déterminer avec le maximum de certitude si ceux-ci contiennent un segment de fichier connu ou si ils appartiennent à un flux de paquets connu. Enfin, les grands réseaux utilisant des liens à 10, 40 voire 100 Gb/s, ces détections doivent pouvoir être appliquées sur des millions de paquets par seconde. On peut simplement déterminer le flux auquel appartient un paquet en se basant sur les données de son entête. Le processus se complique lorsque l'on cherche à analyser le contenu des paquets. On est alors face à une grande quantité de données, très segmentée, dans laquelle on cherche des correspondances à des schémas (ou règles) connu(e)s. Dans ce domaine particulier, les expressions régulières sont très utilisées notamment grâce à leur versatilité. On note en revanche que les performances de celles-ci se dégradent avec le nombre de règles qu'on leur soumet. Les fonctions de hachage n'ont généralement pas ce désavantage puisque le temps d'accès à un élément d'une table est constant quelque soit l'état de remplissage de cette dernière. Elles ont, d'autre part, l'avantage de générer des empreintes de taille fixe à partir desquelles on ne peut pas reconstituer le fichier original (injectivité). Nous avons choisis de baser notre système sur l'algorithme de max-Hashing du fait de sa capacité à pouvoir détecter des segments de fichiers. Cette caractéristique n'est, en effet, pas partagée par tous les algorithmes de hachage et est cruciale dans le contexte que nous visons : la détection de fragments de fichiers connus, préalablement référencés, contenus dans des paquets réseau. Le référencement de fichiers informatiques avec l'algorithme de max-Hashing natif, ou ``brut'', a tendance à générer des empreintes peu originales : celles-ci peuvent être retrouvées lors du référencement d'autres fichiers (différents) ou, pire, lors de l'analyse de paquets transportant des données inconnues. On parlera de redondances lors du référencement et de faux-positifs lors de la détection. Ces cas de figure sont particulièrement courants avec des fichiers de même format. Le formatage introduit en général des champs de données qui peuvent se retrouver très similairement voire identiquement d'un fichier à l'autre.  ABSTRACT: The increasing number of Internet users and the development in communication technology are followed by the emergence of illegal behaviours on the network. For instance, we can mention the sharing of files that are protected by copyrights, such as films or music, and additionally the traffic of illegal images and video-clips related to child-pornography. There is, therefore, a need for a system that can efficiently detect the transfer of known illegal files over the Internet.Such a system is not trivial: the protocols used on the networks imply some difficulties. Files are fragmented into packets and these may follow different path through the network to eventually reach the same destination. Moreover, the suspicious packets may get mixed with legit data streams coming from millions of other users. Hence, the reconstruction of the original file from the packets we can capture from a node is very unlikely. In this case, we have to consider that two successive packets are independent. Focusing on each packet individually and yet with the maximum certainty, we must be able to determine whether or not this packet contains parts of a known file or belongs to a known packet flow. Finally, as the technology used in large networks, such as Internet Service Providers (ISP) or Internet backbones, reaches 10, 40 and 100 Gbps bandwidths, the ability for our system to treat such bandwidth is mandatory. One can simply determine the flow to which a packet belongs from the data embedded in its header.  The process usually becomes much more complicated when trying to analyze the content of a packet.  Then, we face large amount of data, very segmented, in which we try to locate the parts that match given patterns (or rules). Regular expressions are widely used for such problems thanks to their versatility but, on the other hand, their performances are  bound to the number of patterns (rules) they try to locate: the more you add rules the less you can expect good performance from the system. Hashing methods usually do not have this disadvantage since the time to access an item in a hash-table is constant regardless of the its filling. Furthermore, they have the advantage of generating fixed size footprints from which we cannot reconstruct the original file (due to their injectivity property). We chose to base our system on the Max-Hashing algorithm due to its ability to detect segments of known files. This feature is not common to all hashing algorithms and is crucial for the purpose we seek: the detection of fragments of known files, previously referenced, contained in the payload of network packets. Basically referencing computer files with the max-Hashing algorithm leads to the generation of non-original fingerprints. These may be generated again while referencing other files (we call them redundancies) or, worse, while analyzing packet carrying unknown ones (we will call them false-positives). This kind of event can become particularly common when dealing with files that have the same format. Indeed, formatting introduces fields of data and flags that can be found in various files with little or no difference at all. By extension, some fields are more original : the kind of segment of data that is very unlikely to find in any other file. These segments give many information on the identity of the file from which they were extracted. We therefore call them ``high-entropy'' segments. Thus, we propose a method for the extraction of ``high-entropy'' segments in video files using the MP4 format and the H.264 encoder (the most used). Once located, we can focus on these zones in order to generate original fingerprints.


identifier: Doré-Mathieu, L. (2014). Biocapteur hybride combinant la plasmonique et l'électrochimie pour l'observation biologique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les biocapteurs occupent une place grandissante dans de nombreux domaines allant des diagnostics médicaux aux analyses environnementales, en passant par la recherche pharmaceutique. La résonance plasmonique de surface ainsi que l'électrochimie sont des technologies prometteuses pour le développement de méthodes de détection sensibles, abordables, rapides, portables et simples, ce qui en fait des candidats de choix pour de nombreuses applications. Un biocapteur hybride combinant la résonance plasmonique de surface (SPR) et l'électrochimie a été développé. Le principe de fonctionnement repose sur la mesure du signal SPR découlant de l'application d'un potentiel alternatif par un potentiostat sur une surface d'or servant aussi d'électrode de travail. La composante du signal SPR ayant la même fréquence que le potentiel appliqué est mesurée à l'aide d'un amplificateur à détection synchrone (lock-in amplifier). Ce potentiel alternatif module la densité de charges sur la surface d'or, qui influence à son tour les conditions de résonance des plasmons de surface. Un tel système mesure l'admittance électrique du système électrode/solution, pouvant être approximé par différents circuits électriques équivalents permettant d'en décrire les caractéristiques. Ce biocapteur hybride a un bon potentiel pour des applications biomédicales, notamment lors de l'observation de comportements cellulaires ou de réactions chimiques. Il a en outre été utilisé pour suivre la variation de l'admittance électrique de l'électrode de travail lors de l'ajout de monocouches de molécules sur cette dernière, causant une diminution du signal pouvant atteindre plus de 90%. De plus, le détachement d'une monocouche de cellules RGC-5 cultivées sur l'électrode de travail a été observé et s'est traduit par une augmentation d'environ 40% du signal mesuré. Il a aussi été démontré que des réactions d'oxydoréduction peuvent générer un signal très fort en électrochimie-SPR. Des mesures de spectroscopie d'impédance, de SPR spectral ainsi que des images prises à l'aide d'un microscope permettent de valider les résultats fournis par le biocapteur développé. De nombreux paramètres expérimentaux ont été optimisés tout au long de ce projet. En général, la fréquence de travail donnant le meilleur rapport sur bruit est 100Hz. De plus, l'application d'un potentiel fixe de -200mV sur l'électrode de travail lors de l'observation de cellules permet de maximiser l'augmentation de signal lors de leur détachement.  ABSTRACT: The use of biosensors is currently growing in numerous research fields such as environmental analysis, clinical diagnosis or pharmaceutical research. Surface plasmon resonance and electrochemistry are among promising technologies for the development of sensitive, affordable, fast, portable and easy to use detection techniques, which makes them great solutions for future clinical applications. An hybrid biosensor combining electrochemistry and surface plasmon resonance was developed (EC-SPR). The working principle is based on the measurement of the SPR signal resulting from the application of an alternative electrical potential with a potentiostat on a gold thin layer that is also used as the working electrode. The component of the SPR signal that has the same frequency as the applied potential is measured by a lock-in amplifier. The applied potential modulates the charge density in the surface plasmon supporting layer, which in turn influence the coupling conditions between the surface plasmons and the incident light beam. The data acquired this way reflect the electrical admittance of the studied system (electrode and solution), which can be approximated with equivalent electrical circuits to describe its characteristics. The developed biosensor has a good potential for biomedical applications, notably for the observation of cellular behaviour or chemical reactions. It was used to follow the electrical admittance of the working electrode while self-assembled monolayers were added on it, which caused a decrease of the signal that can reach more than 90%. The detachment of an RGC-5 cell layer cultivated on the working electrode was observed to induce a 40% rise of the EC-SPR signal. It was also shown that redox reactions on the electrode can produce strong electrochemical-SPR signals. Impedance spectroscopy and spectral SPR measurements along with microscope images are used to validate the results generated by the EC-SPR biosensor. Many experimental parameters had to be optimized during this project. Usually, a frequency of 100Hz leads to the best signal to noise ratio. A fixed negative potential of -200mV, applied to the working electrode during the observation of cells maximize the signal increase following their detachment.


identifier: Ihaddadene, A. (2014). Algorithme de recherche directe pour l'optimisation robuste de fonctions bruitées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire considère les problèmes d'optimisation de type boîte-noire, pour lesquels les fonctions définissant le problème sont complexes, difficiles à évaluer ou leur expression analytique est inconnue. Pour la plupart des problèmes industriels, il s'agit d'un programme informatique complexe et souvent inaccessible pour des raisons de confidentialité. L'exploitation de ces fonctions se fait par l'analyse des réponses à des entrées données, elles sont considérées comme des boîtes-noires sans aucune hypothèse sur les propriétés des fonctions. En optimisation de boîtes-noires, les méthodes mathématiques classiques ne sont pas applicables étant donné qu'elles reposent sur la différentiabilité, continuité, etc. C'est pourquoi plusieurs algorithmes sans dérivées conçus pour résoudre ce type de problèmes ont été développés et ne requièrent aucune hypothèse sur la fonction. La modélisation par les boîtes-noires ainsi que l'application des algorithmes sans dérivées ont permis de résoudre des problèmes d'optimisation des plus difficiles. Cependant, l'utilisation de ces algorithmes peut retourner des solutions affectées par le bruit. Les problèmes considérés ici sont ceux où le bruit est présent autant sur les entrées que sur la sortie de la boîte-noire. La solution obtenue par des algorithmes d'optimisation n'est pas désirable. En effet, lorsque les solutions peuvent varier dans un intervalle comme la tolérance de production, une légère modification de la solution optimale dans son intervalle de tolérance peut détériorer la performance de cette solution. Dans le contexte où la fonction objectif est à minimiser, la solution donnant une petite valeur de l'objectif n'est pas celle qu'on recherche, on s'intéresse plutôt à une solution robuste. La robustesse ici se traduit par une petite variation de la valeur de l'objectif dans un voisinage de la solution proposée. La contribution de ce mémoire est le développement d'un algorithme d'optimisation robuste, nommé RobustMads basé sur un algorithme de recherche directe, traitant les fonctions bruitées et retournant une solution robuste. Cet algorithme propose une façon judicieuse de lisser les valeurs de la fonction objectif pour corriger les valeurs bruitées. Dans le contexte où l'évaluation des fonctions est coûteuse, cette technique de lissage ne nécessite aucune évaluation supplémentaire. Une solution robuste est celle ayant un large voisinage dans lequel la valeur de la fonction varie peu. On introduit quatre mesures différentes pour mesurer la robustesse d'une solution. L'analyse des résultats de l'application de RobustMads sur une batterie de fonctions tests, dont deux types de bruits, ont été testés, a montré que l'algorithme est capable de retourner des solutions robustes. De plus, plus le niveau de bruit est élevé, plus RobustMads améliore la solution.  ABSTRACT: This work considers blackbox optimization problems for which the objective function is complex, has no known analytical expression or may be costly to evaluate. In most industrial problems, the function may come from a complex software from which the code cannot be accessed for confidentiality purposes. The exploitation of such functions is done by analyzing its response to given inputs. They are considered blackbox functions on which no hypothesis is made about their properties. In blackbox optimization, classical mathematical methods cannot be applied because they rely on differentiability and continuity, just to name a few. For this reason, derivative-free optimization algorithms that do not require any assumption about the objective function are developed. Derivative-free algorithms and blackbox modeling have made it possible to solve some very hard optimization problems. Unfortunately, these algorithms may return a solution affected by the noise. These are problems that have a stochastic noise presence on the inputs as well as the outputs. The optimal solution obtained from classical algorithms may not be desirable. For example, when there exist a known uncertainty on some input variables, a slight variation of the solution may deteriorate the solution. In the case of a minimization problem, one would be looking not only to minimize the function, but also to obtain a robust solution. Here, a robust solution is one for which the objective function undergoes a slight deterioration within its neighborhood. The main contribution of this work is the development of a robust optimization algorithm named RobustMads, based on a direct search algorithm and designed for functions that include a stochastic noise and that returns a robust solution. In a context where evaluating the objective function may be costly, this algorithm proposes a judicious approach to smoothing the values of the objective function that does not require any additional evaluation. A robust solution possesses a large neighborhood for which the objective function varies slightly. Four means of measuring the robustness of a solution are introduced. The analysis of the results of the application of RobustMads on a series of test functions, including two different types of noise, shows that the algorithm is capable of finding robust solutions. Our numerical experiments suggest that the higher the noise, the more RobustMads improves the solution.


identifier: Berrima, S. (2014). Algorithmes de diagnostic d'une chaîne JTAG reconfigurable et tolérante aux pannes au sein de la technologie WaferIC  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce mémoire, des algorithmes de diagnostic d'une chaîne JTAG reconfigurable et tolérante aux pannes dans un circuit intégré à l'échelle de la tranche (Wafer Scale Integrated Circuit WSI) sont présentés. Le circuit intégré en question, nommé WaferIC, est au cœur du projet de recherche DreamWaferTM qui implique plusieurs universités canadiennes. Ce projet vise à élaborer une plateforme de prototypage rapide pour les systèmes électroniques. C'est d'une certaine façon l'équivalent d'un circuit imprimé reprogrammable. Les circuits discrets, comme les FPGA et les mémoires par exemple seront déposés sur la surface du WaferIC. Ce dernier est un substrat programmable de la taille d'une tranche de Silicium et configurable qui réalise les interconnexions nécessaires entre les circuits et ce conformément  à une spécification des interconnexions fournie par l'ingénieur en conception. Le WaferIC est composé de milliers de cellules connectées entre elles par des liens intercellulaires formant ainsi un vaste réseau d'interconnexions reconfigurable. Une chaîne de balayage conforme au protocole JTAG est utilisée pour configurer les cellules du WaferIC. Pour minimiser le temps de configuration, ce présent mémoire propose des algorithmes pour repérer le plus d'éléments (cellules et liens) fonctionnels possible au sein du WaferIC. La chaîne JTAG de configuration passera par ces éléments fonctionnels pour configurer toutes les cellules du WaferIC. Le premier objectif du diagnostic est d'établir un ensemble de chemins qui couvrent toutes les cellules et tous les liens intercellulaires du WaferIC. La taille des flux de bits JTAG qui créent ces chemins doit être minimale. Dans ce contexte, une étude théorique est faite dans ce mémoire pour prouver que la taille d'un flux de bits JTAG nécessaire pour établir un chemin de N cellules croit en O(N2). Un algorithme de recherche basé sur le principe de la dichotomie a aussi été implémenté dans le cadre de ce projet de maîtrise. Cet algorithme est appliqué sur les chemins trouvés non fonctionnels pour localiser le plus précisément possible les liens défectueux dans ces chemins. L'état des cellules sera déduit à partir des liens. En effet, une cellule est défectueuse si tous ses liens entrants ou sortants sont défectueux.  ABSTRACT: In this master project, algorithms to diagnose a reconfigurable and defect tolerant JTAG scan chain in a wafer scale integrated circuit are proposed. The integrated circuit, called WaferIC is at the core of the DreamWaferTM research project involving several Canadian universities. This project aims to develop a platform for rapid electronic system prototyping. That platform is analogous to a reconfigurable printed circuit board. Circuits are deposited on the surface of the WaferIC. This device is a configurable and programmable substrate that implements all the necessary interconnections between the circuits in accordance with the user specification.The WaferIC is made of thousands of cells interconnected with intercellular links forming an extensive and reconfigurable network of interconnections. A JTAG scan chain is used to configure the cells of the WaferIC. To minimize the configuration time, this master project proposes algorithms to identify functional elements (cells and links). This scan chain uses those functional elements to configure all the cells of the WaferIC. The first objective is to find a set of paths that cover all cells and links of the WaferIC. The length of the JTAG bit streams that create these paths must be reasonably short, and possibly optimal. In light of this, a theoretical study is done that proves that the size of a JTAG bit stream grows as O(N2) for a path made of N cells. A set search dichotomic algorithm was also developed to be applied on defective paths to accurately locate defective links within these paths. The state of cells can be deduced from links. Indeed, if all incoming and outgoing links of a cell are defective, then the cell is defective. Heuristic algorithms have also been developed to analyze non-functional paths in the case where the dichotomic algorithm is unable to locate precisely the defective link(s).  The algorithms developed were tested on a miniaturized prototype of the WaferIC. In a reticle containing 1024 cells, an area of 4 cells has been found as potentially defective.


identifier: Ouellette, L. (2014). Analyse de scénarios pour acheminer les patients montréalais en attente de service orthopédique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le système de santé québécois est aux prises avec des besoins grandissants et des ressources limitées, ce qui entraine des temps d'attente de plus en plus longs, des coûts élevés et des problèmes de performance. Face à cette situation, l'Agence de la santé et des services sociaux de Montréal, qui a pour mandat de coordonner les services de santé de la région montréalaise, a voulu se pencher sur la question de l'amélioration du réseau actuel, particulièrement en analysant les flux de patients entre les différents établissements formant le réseau montréalais. Cette étude portera donc sur ce projet d'optimisation du réseau, particulièrement pour le service d'orthopédie. L'optimisation des systèmes de santé est le sujet de nombreuses études que nous avons recensées dans la revue de littérature. Cependant, les projets d'optimisation sont faits à petite échelle et peu de méthodes et d'outils standardisés sont disponibles. L'originalité de ce projet réside donc dans le développement d'un outil mathématique permettant de modéliser les flux de patients pour le service d'orthopédie et dans l'envergure du système à optimiser puisque le réseau à optimiser englobe 35 établissements de Montréal et de ses environs. En se penchant sur différentes façons de modéliser les flux de patients montréalais en attente de service orthopédique, nous évaluerons les performances respectives de différents modèles, que ce soit un modèle représentant la situation actuelle d'un système fonctionnant en silos ou un système optimisé fonctionnant en réseau, en nous basant sur les données fournies par l'Agence de santé et de services sociaux. Nous produirons cinq modèles linéaires en nombres entiers que nous évaluerons à l'aide du solveur CPLEX du logiciel AIMMS afin de mesurer l'efficacité théorique de différentes approches, dont l'approche réseau avec liste d'attente unique, le réseau sans échanges entre établissements et les réseaux avec échanges permis à différents degrés. Les données provenant de la base de données de la RAMQ pour l'année 2009 ont été utilisées pour tester les différents modèles. Les résultats obtenus montrent l'efficacité supérieure du modèle réseau avec file d'attente unique, que ce soit par la vitesse de résolution autant que par la performance des solutions obtenues. Une analyse des résultats a aussi permis de déterminer l'importance des divers paramètres définis dans les modèles et leur influence sur la solution finale. En résumé, cette étude préliminaire montre que le concept de guichet unique a de nombreux avantages et aurait des impacts positifs sur l'attente des patients en liste pour une chirurgie en orthopédie. Une étude subséquente avec des données plus récentes et plus précises devrait être faite pour valider ces résultats dans un premier temps avant de généraliser ce modèle à d'autres spécialités.  ABSTRACT: The Quebec health system is struggling with growing needs and limited resources, resulting in more people waiting for longer times, high costs and performance problems. Faced with this situation, the Agence de la santé et des services sociaux de Montreal, which is mandated to coordinate the health services in the Montreal area, wanted to address the issue of improving the current network, specifically the patient flow between Montreal's multiple healthcare facilities. Therefore, this study will focus on the optimization process of the healthcare network, particularly for orthopedics. Optimizing healthcare networks is the subject of many studies that we summarized in the literature review. However, optimization projects are mostly done on a small scale and very few standard methods and tools are available. The originality of this project lies in the development of a mathematical tool to model the flow of orthopedic patients and the size of the system to optimize since the network to optimize encompasses 35 hospitals in Montreal and its surroundings. In this study, we consider different ways of modeling the flow of Montreal patients awaiting orthopedic service and we evaluate the relative performance of different models. We base our analysis on the data provided by the Agence de la santé et des services sociaux to compare a range of models, from the actual orthopedics system operating in silos to an optimized operating system working as a network. We will produce five integer linear models and evaluate them using AIMMS' CPLEX solver to assess the theoretical effectiveness of the different approaches, including the network approach with single queue, the network without exchanges and different iterations on the network with exchanges allowed. We used the data from the RAMQ's database for 2009 to test the models, but a subsequent study with more recent and more accurate data should be done. The results show the superior efficiency of the network model with single queue, either by the speed of resolution as well as the solutions' performance. By analyzing the results, we also identified the importance of the various parameters defined in the models and their influence on the final solution.


identifier: Dietrich, C. (2014). Création d'un modèle générique d'avions long-courriers pour l'optimisation des trajectoires aériennes commerciales  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation de trajectoires aériennes est un problème complexe soumis à de multiples contraintes de capacité, de performance et de sécurité. À l'intérieur de cette marge de manœuvre limitée, une meilleure connaissance du comportement de l'avion et des conditions atmosphériques permet de formuler de manière précise le problème d'optimisation. Un modèle générique de performance des avions, les Base of Aircraft Data (BADA), est actuellement publié par l'organisation européenne pour la sécurité de la navigation aérienne, Eurocontrol. Obtenu par régression sur des trajectoires réelles et des données de performance des constructeurs, il fournit un outil pratique pour calculer la consommation d'une trajectoire donnée. Il n'est toutefois pas assez précis sur l'ensemble de l'enveloppe de vol pour être utilisé tel quel comme modèle de l'avion du problème d'optimisation. L'objectif de ce mémoire est, à partir des BADA disponibles, de construire un nouveau modèle d'avion qui puisse être utilisé dans la formulation du problème de recherche opérationnelle. L'approche développée reprend le modèle énergétique des BADA et l'enrichit avec les connaissances actuelles dans le domaine de la dynamique du vol. À partir d'un bilan mécanique sur l'avion en vol, un système d'équations décrivant son état et son évolution est obtenu. Nous posons des hypothèses qui nous permettent de réécrire ce bilan ce sous une forme qui peut être implantée dans le logiciel Matlab/Simulink. Diverses sources de données - logiciels de simulation de vol, données du système de gestion de vol ou Flight Management System (FMS), travaux de recherche en aérodynamique et propulsion - sont utilisées par la suite pour améliorer la formulation initiale. En particulier, l'étude de la traînée aérodynamique et de la consommation moteur permettent d'agrandir le domaine de validité du modèle d'avion développé. D'abord analysé composant par composant, le modèle final est obtenu après sélection des formulations les plus adaptées au problème d'optimisation. Finalement, celui-ci est évalué sur un plan de vol opérationnel Montréal-Paris opéré par Air Canada. La comparaison des consommations de référence et calculée montre que l'erreur du modèle proposé est la moitié de l'erreur obtenue avec le modèle BADA.  ABSTRACT: Flight path optimization remains a challenging issue due to capacity imposition, performance limitations and security requirements. Under such constraints, an improved understanding of the dynamics of the airplane and of atmospheric conditions translates into a more accurate formulation of the problem. The Base of Aircraft Data (BADA), developed and maintained by the European  Organisation for the Safety of Air Navigation, Eurocontrol, is designed for use in aircraft trajectory simulations and predictions. Obtained from mathematical regressions based on actual trajectories and manufacturer's performance data, it provides a useful tool to compute fuel consumption for a given flight path. However, this model is not accurate enough to be used for optimizing a mission trajectory from end to end. This project aims at building a new airplane model, based on the BADA, which can be usedfor the formulation of the operations research problem. The proposed methodology is based on BADA's kinetic approach to aircraft performance modelling and it is enhanced using fundamentals of aircraft flight dynamics. A system of equations describing the state and evolution of the flying aircraft is then obtained from a balance of forces. Assumptions make it possible to rewrite it in a more practical form, which can be implemented in the Matlab/Simulink software. Various data sources, such as flight simulation softwares, flight management systems or aerodynamics and propulsion research results are subsequently used to improve the initial design. In particular, the study of aerodynamic drag and engine consumption models are used to broaden the range of validity of the developed model. A component by component analysis is then used to choose the suitable formulations for the optimization problem. Finally, the developed model is assessed using reference data obtained from a Montréal-Paris Air Canada flight. This comparison between the measured and the computed fuel consumption at cruise level shows that the error of the proposed model is half the error of the BADA model.


identifier: Willame, A. (2014). Séquencement de primitives pour la synthèse de mouvements naturels en robotique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Générer des mouvements complexes d'apparence naturelle est désirable dans de nombreuses applications homme-robot, mais reste une tâche difficile à réaliser en temps réel. Dans ce mémoire, nous proposons un système génératif pour le séquencement interactif de mouvements naturels pour un bras manipulateur. Basé sur l'enchaînement de mouvements élémentaires, le système a été développé afin de séquencer des trajectoires d'apparence naturelle tout en minimisant les temps de calcul, permettant la reproduction de tels mouvements dans un environnement avec contraintes de temps.Nous séquençons des mouvements élémentaires, exprimés comme des trajectoires à minimum de jerk, dérivée troisième de la position, afin de réexprimer les multiples problèmes d'optimisation originaux en un nouveau problème unique et simplifié. Le système permet de générer une nouvelle trajectoire plus complexe dont l'apparence reste naturelle tout le long. Le problème d'optimisation complet est résolu en un temps relativement court, et peut être résolu en temps réel selon le cas. La naturalité des mouvements obtenus est étudiée et comparée à d'autres techniques.Les primitives de mouvement utilisées ne sont pas reproduites exactement dans la solution finale; elles sont influencées par les mouvements antérieurs et postérieurs, ce qui correspond à l'observation qu'un être humain ne répète jamais deux fois le même mouvement parfaitement. L'implémentation d'un contrôle pour ces trajectoires est décrite pour deux robots manipulateurs industriels différents à six degrés de liberté. Le contrôle a dû être adapté par rapport au mode de contrôle idéal pour une trajectoire naturelle afin de satisfaire aux modes de contrôle disponibles pour ces robots.Trois applications sont présentées : la première permet de reproduire l'écriture humaine avec un bras manipulateur; la seconde permet d'enchaîner des mouvements enregistrés au préalable à l'aide d'un dispositif de capture de mouvements. Enfin, une preuve de concept montre un robot manipulateur réalisant une chorégraphie synchronisée sur le rythme d'une musique.  ABSTRACT: Generating complex natural-looking movements is desirable in a variety of human-robot interaction scenarios, but remains a task that is challenging to perform in real-time. In this presentation, we describe a generative system for sequencing natural movements for robotic manipulators. Based on the sequencing of movement primitives, the system is developed to generate natural-looking trajectories while minimizing computational time. This allows for the reproduction of natural movements in an environment with time constraints.We sequence movement primitives, expressed using the minimum jerk model, so as to express the various optimization problems into a unique and simpler optimization problem. The system thus allows for the generation of a new, more complex trajectory with a natural looking appearance. The optimization problem is solved in a relatively short amount of time and can be solved in real time in some cases. The natural appearance of the resulting trajectories is studied and compared to other techniques. The final motion does not exactly reproduce the primitives that it is made of; it depends on the movements that occur before and after it. This mimics the natural behaviour of a human that never reproduces the exact same movement twice. The control has been adapted to two different industrial robots so that it can suit the available control mode of such robots.Three applications are presented: the first reproducing human writing with a robotic manipulator. The second allowing to sequence motion recorded using a motion capture device. The last application consists of a choreography of a robot waving a flag in synchronisation with the beat of a music.


identifier: Mbeh, D. A. (2014). Biocompatibilité des complexes protéines–nanoparticules : perspectives sur la réponse cellulaire aux nanoparticules d'oxyde de fer fonctionnalisées, revêtues d'un corona  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse rapporte l'étude de la biocompatibilité des nanoparticules (NPs) d‟oxyde de fer (Fe3O4) superparamagnetiques candidates à une livraison ciblée des molécules thérapeutiques. Nous nous sommes tout spécialement attachés à étudier l'impact de la composition de surface de ces NPs et l'adsorption des protéines à la surface de ces dernières sur les réponses cellulaires. Pour ce faire, nous avons tout d'abord examiné le potentiel toxique la magnétite avec divers fonctionnalisations : celle qui est préparée avec (1) une monocouche d'acide oléique (Fe3O4@OA), qui est ensuite converti en (2) une enveloppe de silane contenant une amine (Fe3O4@NH2), (3) un revêtement de silice (Fe3O4@SiO2), et (4) une enveloppe de silane contenant une amine sur un revêtement de silice (Fe3O4@SiO2@NH2). La présence de ces groupements à la surface des NPs a été confirmée par l'analyse XPS et la microscopie électronique à transmission (TEM). Nous avons pu prouver que le potentiel toxique des NPs est dose-dépendant et ainsi déterminer les doses biocompatibles pour chaque fonctionnalisation de surface. L'observation au microscope de la morphologie des cellules exposées aux NPs, leur activité mitochondriale et proinflammatoire ont montré que, en plus des caractéristiques de surface, le milieu de culture cellulaire influence également la cytotoxicité des NPs. Ces résultats montrent clairement que pour pouvoir utiliser nos NPs comme nanovecteur pharmaceutique de façon sécuritaire, nous devons contrôler la fonctionnalisation de surface et l'interaction dynamique entre la NP et le milieu physiologique dans lequel elle est suspendue. Pour comprendre l'interaction entre la NP et le milieu de culture, dans une première étape, nous avons utilisé trois milieux de culture différents à savoir : DMEM, F-12K et DMEM/F12 (voir annexe A) et la magnétite sans revêtement (Fe3O4). Ces milieux ont été enrichis soit avec le sérum bovin (voir annexe B) soit avec un sérum synthétique (SFMS). Nous avons prouvé la présence d'une couronne protéique (corona) sur les NPs suspendues dans les milieux de culture enrichis de sérum bovin. Nous avons également démontré que la formation du corona sur les nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques (SPIONs) dépend de la composition du milieu de culture et que le potentiel cytotoxique des NPs est influencé par l'interaction NP-protéines.  ABSTRACT: This thesis presents the study of the biocompatibility of nanoparticles (NPs) of iron oxide (Fe3O4) candidates for targeted delivery of therapeutic molecules. We especially devoted to study the impact of the surface composition of the NPs and protein adsorption at the surface thereof on the cellular responses. To do this, we first examined the toxic potential of magnetite with various functionalizations: one that is prepared with (1) a monolayer of oleic acid (Fe3O4@OA), which is then converted to (2) an envelope silane containing an amine (Fe3O4@NH2), (3) a coating of silica (Fe3O4@SiO2), and (4) an envelope containing a silane coating on amine silica (Fe3O4@SiO2@NH2). The presence of these groups at the surface of the NPs was confirmed by XPS and transmission electron microscopy (TEM) analysis. We were able to prove that the toxic potential of NPs is dose-dependent and we determine the biocompatible doses for each surface functionalization. Microscopic observation of the morphology of the cells exposed to NPs, and their proinflammatory and mitochondrial activity showed that, in addition to surface features, the cell culture medium also affect the cytotoxicity of the NPs. These results clearly show that in order to use our NPs as pharmaceutical nanocarrier safely, we need to control the surface functionalization and the dynamic interaction between the NP and the physiological environment in which it is suspended. To understand the interaction between the NP and the culture medium, as a first step, we used three different culture media namely: DMEM, F-12K and DMEM / F12 (see Appendix A) and uncoated magnetite (Fe3O4). These media were enriched with either fetal bovine serum (see Appendix B) or with a synthetic serum (SFMS). We have proved the presence of a protein corona on NPs suspended in culture media enriched with bovine serum. We also demonstrated that the formation of the corona depends on the composition of the culture medium and that the cytotoxic potential of the NPs is influenced by NP-protein interaction. In a second step, we used one culture medium (DMEM / F12) and the magnetite with three different surface compositions: uncoated SPIONs with hydroxyl groups (OH) on the surface; coated SPIONs with an amine group (NH2) on the surface and the last one with a carboxylic group (COOH) on the surface. The results show that the composition of the corona dependst on