identifier: Rak, M. B. (2016). Fusion of High Density Low Precision and Low Density High Precision Data in Coordinate Metrology  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les techniques de mesures tridimensionnelles, les dimensions et la géométrie des éléments sont déterminées sur la base des coordonnées de points. Ces points peuvent être recueillis à partir de méthodes avec ou sans contact. Malheureusement, toutes ces méthodes possèdent aussi bien des avantages que des inconvénients. Les données issues de mesures sans contact comme la triangulation laser ou les techniques de projection de franges lumineuses se caractérisent par une précision faible, mais une forte densité de points. Les mesures avec contact, quant à elles, produisent des points de faible densité, mais avec une plus grande précision. Ainsi, il est souhaitable de développer un procédé qui permet la fusion de deux ensembles de données, tout en conservant les avantages et en minimisant les inconvénients. Cette thèse présente une méthode de fusion, insensible à les caractéristiques des données d'entrée, en particulier dans le cas de mesure sans contact où les propriétés des points recueillis dépendent à la fois de la méthode de mesure et de la stratégie choisie. Ce procédé est applicable pour les surfaces à forme libre. Dans les méthodes présentées, deux ensembles de données, issues d'une surface, sont recueillis. Un premier ensemble provient de mesure sans contact et fournit des informations complètes sur l'objet mesuré. Le deuxième ensemble résulte de mesures avec contact et représente des points caractéristiques utilisés pour corriger le premier ensemble. Deux méthodes de détermination des points caractéristiques sont proposées, appelées marqueurs matériels et virtuels. En ce qui concerne les marqueurs matériels, des éléments spéciaux, faits en billes en céramique, sont conçus, fabriqués et montés magnétiquement sur la surface où il est permis. Les centres de ces billes, déterminés à l'aide des données de mesures avec et sans contact, sont des paires de points caractéristiques correspondants, utilisés pour la fusion. Quant aux marqueurs virtuels, les points correspondants sont déterminés à partir de mesure sans contact, sur la base de points recueillis directement sur la surface mesurée, en utilisant la méthode de contact. Ces deux méthodes sont testées sur des pièces industrielles réelles. Pour les marqueurs matériels d'un plan, une aube de turbine et un couvercle de moteur ont été utilisés. En plus, pour les marqueurs virtuels un réservoir de carburant d'un avion a été utilisé.  ABSTRACT: In coordinate measuring techniques dimensions and geometry of elements are determined on the basis of coordinates of points. These points can be collected using contact and non-contact methods. Unfortunately every method apart from its advantages has also disadvantages. Data from non-contact measurements like laser triangulation or structured-light projection techniques is characterized by a low precision but high density of points. Contact measurements derive low density of points but with higher precision. It is desirable to develop a method which allows merging two sets of data, maintaining the advantages and minimizing disadvantages. This thesis presents a method of data fusion insensitive to the characteristics of the input data, especially in case of non-contact measurements, where the properties of gathered points depend both on the measuring method and chosen strategy. The method is applicable for freeform surfaces. In the presented method two sets of data from a surface are gathered. One set comes from non-contact measurements and provides complete information about the measured object. The second set comes from contact measurements and represents characteristic points used to correct the first set. Two methods of characteristic points' determination were proposed called material and virtual markers. In material markers special features made of ceramic balls in magnetic mount were designed and manufactured. The centres of these balls were determined using data from non-contact measurements and contact measurements forming pairs of corresponding characteristic points used for fusion. For virtual markers corresponding points from non-contact measurements were determined based on points gathered directly from the measured surface using contact method. Both methods were tested on real parts from the industry. For material markers a plane, a turbine blade and an engine cover were used. For virtual markers additionally a fuel tank of a plane was used. Results from virtual markers are similar to results from computer simulation. Better results were obtained when the distance between characteristic points was lower. Uncertainty of the measurement was decreased by more than 40 %.


identifier: Dubanchet, V. (2016). Modeling and Control of a Flexible Space Robot to Capture a Tumbling Debris  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La conquête spatiale des 60 dernières années a généré une grande quantité d'objets à la dérive sur les orbites terrestres. Leur nombre grandissant constitue un danger omniprésent pour l'exploitation des satellites, et requiert aujourd'hui une intervention humaine pour réduire les risques de collision. En effet, l'estimation de leur croissance sur un horizon de 200 ans, connue sous le nom de “syndrôme de Kessler”, montre que l'accès à l'Espace sera grandement menacé si aucune mesure n'est prise pour endiguer cette prolifération. Le scientifique J.-C. Liou de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) a montré que la tendance actuelle pourrait être stabilisée, voire inversée, si au moins cinq débris massifs étaient désorbités par an, tels que des satellites en fin de vie ou des étages supérieurs de lanceur. Parmi les nombreux concepts proposés pour cette mission, la robotique s'est imposée comme une des solutions les plus prometteuses grâce aux retours d'expérience des 30 dernières années. La Station Spatiale Internationale (ISS) possède déjà plusieurs bras robotiques opérationnels, et de nombreuses missions ont démontré le potentiel d'un tel système embarqué sur un satellite. Pour deux d'entre elles, des étapes fondamentales ont été validées pour le service en orbite,et s'avèrent être similaires aux problématiques de la désorbitation des débris. Cette thèse se concentre sur l'étape de capture d'un débris en rotation par un bras robotique ayant des segments flexibles. Cette phase comprend la planification de trajectoire et le contrôle du robot spatial, afin de saisir le point cible du débris de la façon la plus délicate possible. La validation des technologies nécessaires à un tel projet est quasiment impossible sur Terre, et requiert des moyens démesurés pour effectuer des essais en orbite. Par conséquent, la modélisation et la simulation de systèmes multi-corps flexibles est traitée en détails, et constitue une forte contribution de la thèse. À l'aide de ces modèles, une validation mixte est proposée par des essais expérimentaux, en reproduisant la cinématique en orbite par des manipulateurs industriels contrôlés par une simulation en temps réel. En résumé, cette thèse est construite autour des trois domaines suivants : la modélisation des robots spatiaux, le design de lois de contrôle, et leur validation sur un cas test. Dans un premier temps, la modélisation de robots spatiaux en condition d'apesanteur est développée pour une forme “en étoile”.  ABSTRACT: After 60 years of intensive satellite launches, the number of drifting objects in Earth orbits is reaching a shifting point, where human intervention is becoming necessary to reduce the threat of collision. Indeed, a 200 year forecast, known as the “Kessler syndrome”, states that space access will be greatly compromised if nothing is done to address the proliferation of these debris. Scientist J.-C. Liou from the National Aeronautics and Space Administration (NASA) has shown that the current trend could be reversed if at least five massive objects, such as dead satellites or rocket upper stages, were de-orbited each year. Among the various technical concepts considered for debris removal, robotics has emerged, over the last 30 years, as one of the most promising solutions. The International Space Station (ISS) already possesses fully operational robotic arms, and other missions have explored the potential of a manipulator embedded onto a satellite. During two of the latter, key capabilities have been demonstrated for on-orbit servicing, and prove to be equally useful for the purpose of debris removal. This thesis focuses on the close range capture of a tumbling debris by a robotic arm with light-weight flexible segments. This phase includes the motion planning and the control of a space robot, in order to smoothly catch a target point on the debris. The validation of such technologies is almost impossible on Earth and leads to prohibitive costs when performed on orbit. Therefore, the modeling and simulation of flexible multi-body systems has been investigated thoroughly, and is likewise a strong contribution of the thesis. Based on these models, an experimental validation is proposed by reproducing the on-orbit kinematics on a test bench made up of two industrial manipulators and driven by a real-time dynamic simulation. In a nutshell, the thesis is built around three main parts: the modeling of a space robot, the design of control laws, and their validation on a test case. The first part is dedicated to the flexible modeling of a space robot in conditions of weightlessness. A “star-shaped” multi-body system is considered, meaning that the rigid base carries various flexible appendages and robotic arms, assumed to be open mechanical chains only. The classic Newton-Euler and Lagrangian algorithms are brought together to account for the flexibility and to compute the dynamics in a numerically efficient way. The modeling step starts with the rigid fixed-base manipulators in order to introduce the notations, then, détails the flexible ones, and ends with the moving-base system to represent the space robots.


identifier: Beamonte, R. (2016). Runtime Verification of Real-Time Applications Using Trace Data and Model Requirements  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Surveiller les systèmes multi-cœurs est difficile en raison des processus s'exécutant en parallèle, et pouvant interférer les uns avec les autres lorsqu'il s'agit d'accéder aux ressources du système, ou simplement d'avoir du temps processeur. Un tel système peut avoir à suivre des principes temps réel, ajoutant des contraintes de temps qui invalident les résultats dès qu'une date limite est manquée. Sur ce genre de système, des données précises n'auront ainsi de valeur que si elles peuvent être produites en respectant un délai donné. Le traçage peut fournir une grande quantité d'informations d'exécution de haute précision, à la fois sur le système et les applications. Il est ainsi souvent l'outil le plus précis et fiable pour étudier et analyser des systèmes ainsi contraints. Cependant, les utilisateurs doivent disposer d'une grande expertise du système afin de comprendre les évènements du noyau du système et leur signification. De plus, il peut être très long d'analyser et étudier manuellement de volumineuses traces d'exécution de haute précision.  Dans cette thèse, nous proposons les méthodes et algorithmes permettant d'automatiquement détecter et identifier l'origine de comportements inattendus dans des applications, et ce à l'aide de traces de leurs exécutions et de modèles des exigences. Nous décrivons la structure interne des modèles, la méthodologie pour suivre l'exécution d'une application à travers ses évènements de l'espace utilisateur, et les structures de données nécessaires pour vérifier les contraintes. Nous détaillons ensuite le processus utilisé pour détecter et finalement comprendre la source du comportement non désiré. Nous proposons aussi une approche pour construire automatiquement les modèles pour des applications temps réel courantes.  L'hypothèse servant de point de départ pour ce travail est que les traces d'exécution du système et de l'application à analyser peuvent être utilisées pour automatiquement suivre l'exécution de cette application, y détecter les anomalies et trouver leurs sources.  Les résultats de ce travail sont les concepts, méthodologies et structures de données utilisés pour suivre et contraindre des applications, ainsi que les méthodes et algorithmes qui permettent de détecter et identifier les comportements inattendus dans ces applications. Ces derniers ont été testés sur de réelles applications temps réel, et ont permis avec succès de détecter et identifier l'origine des irrégularités à leur exécution. De plus, nous avons pu automatiquement, et de façon précise, construire des modèles pour ces applications. Cette dernière étape rend l'utilisation des méthodes de traçage beaucoup plus accessible aux utilisateurs non-experts.  Le résultat final est que la détection automatique et la localisation automatique de la source des comportements inattendus dans une application est une option viable et fonctionnelle, qui accélère et simplifie le travail des utilisateurs pour analyser les exécutions de leurs applications.  ABSTRACT: Monitoring multi-core systems is hard because of the concurrently running processes that can contend with each other to access resources of the system or CPU time. Such a system may have to follow real-time principles, adding time constraints that invalidate results as soon as a deadline is missed. This means that accurate data will only be valuable if it can be produced in a timely fashion. Tracing is often the most accurate and reliable tool to study and analyze those systems, as it can provide a lot of high precision runtime information about both the system and applications. Nevertheless, a deep level of expertise of the system is required in order for the users to understand the kernel events and their meaning. Moreover, it can be time consuming to manually analyze and study voluminous high precision execution traces.  In this thesis, we propose methods and algorithms to automatically detect and identify the origin of unwanted behaviors in applications, by using traces of their execution and models of the requirements. We describe the internal structure of the models, the methodology to follow an application runtime through its userspace events, and the data structures needed to verify constraints. We then detail the process followed to detect and finally understand the root cause of the unwanted behavior. We also propose an approach to automatically build the models for common real-time applications.  The hypothesis serving as starting point for this work is that execution traces of both the system and the application to analyze can be used to automatically follow this application's execution, detect its anomalies and find their root causes.  The results of this work are the concepts, methodologies and data structures used to follow and constrain applications, as well as the methods and algorithms allowing to detect and identify unexpected behaviors in those applications. These have been applied on actual real-time applications and succeeded in detecting and identifying the root causes of the irregularities in their runtime. Moreover, we were able to automatically and accurately build models for those applications, making it even easier for non-expert users to take advantage of tracing methods.  The final result is that automatically detecting and pinpointing the origin of unwanted behaviors, in an application, is a valid and interesting option, making it faster and easier for users to analyze executions of their applications.


identifier: Lévesque, D. (2016). Modélisation numérique de problèmes de transition de phase en mécanique des fluides par la méthode des éléments finis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: On présente un modèle pour le phénomène de transition de phase, basé une méthode eulérienne de capture de l'interface dans le cadre d'une discrétisation à l'aide de la méthode des éléments finis. Ce modèle est applicable aux écoulements multifluides où les phases sont incompressibles et immiscibles. Une technique de calcul et de représentation des flux d'énergie est développée et analysée. Le module développé est vérifié à l'aide d'un problème qui représente l'ébullition dans l'espace à une dimension et qui est étendu dans l'espace à trois dimensions. Des pistes sont proposées pour poursuivre et améliorer le modèle présenté.  ABSTRACT: We develop and implement a model for liquid-vapor phase change in the case of non-miscible and incompressible fluids. We use a finite element method to discretize the problem and an Eulerian marker to represent the liquid-vapor interface. A technique is developed and analysed to compute and represent energy fluxes during the phase transition. The implemented code is verified by solving a simple one dimensionnal boiling problem extended in three dimensionnal space. Suggestions are made to guide further studies of this problem.


identifier: Siddiqui, A. (2016). Optimization of LAL Assay in Plate Reader and Methods to Reduce Interference in Chitosan for Endotoxin Detection  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
PeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le lipopolysaccharide (LPS) ou endotoxine est un composant essentiel de la face externe de la membrane externe des bactéries à Gram négatif qui provoque, après administration, des symptômes dangereux chez les humains tel le choc septique et la mort.  La contamination des matériaux cliniques par les endotoxines pendant les étapes de fabrication est courante, ce qui rend les ingrédients pharmaceutiques actifs non utilisables. Avant de commercialiser le produit final sur le marché, les compagnies pharmaceutiques réalisent des tests LAL (lysat d'amibocytes de Limulus polyphemus) approuvés par la FDA afin de déterminer la concentration en endotoxines. L'évaluation de la contamination des matériaux de départ à partir de chitosane pour la fabrication de nanoparticules injectables CD-ARNsi et des échafaudages CS/HA par des endotoxines est compliqué du fait des interactions positives avec les endotoxines. Un résultat faussement négatif lors du test LAL peut entrainer l'approbation du matériel mais provoquer un choc cytokinique lorsqu'il est injecté dans le corps humain.  Nous avons d'abord déterminé la quantité d'endotoxines dans le chitosane de départ par des essais de gels coagulés sur LAL, une méthode semi-quantitative qui permet d'estimer la quantité d'endotoxines. Nous avons trouvé une valeur inférieure à 0.3 EU/mg pour des chitosanes de degré de désacétylation de 92% avec une grande ou petite masse molaire (10 kDa), ce qui est en dessous des limites. Si les valeurs obtenues par les essais de gels coagulés sont considérées comme absolue par la pharmacopée américaine, cette quantité limite représente un risque significatif lors de l'administration de doses plus fortes lors des tests cliniques. Cela conduit donc à utiliser des essais LAL plus sensibles, tel les tests LAL cinétiques par turbidité ou chromogène, afin d'obtenir des valeurs plus précises d'endotoxines.  Dans la seconde partie, nous avons développé les essais cinétiques où des étalons sont utilisés afin d'établir une courbe d'étalonnage. La détermination de l'équation de la régression linéaire de la courbe d'étalonnage log (concentration) en fonction log (time) est déterminée, le temps reporté étant le temps nécessaire pour que l'absorbance à 405 nm atteigne une valeur prédéterminée, typiquement 0.1 pour les tests par turbidité et 0.2 pour les tests chromogènes. A cause de la nature biologique de l'enzyme LAL, la variabilité autorisée par la pharmacopée américaine est de ± 2 fois la valeur théorique, ce qui veut dire que la valeur quantifiée peut avoir une variation de 50 à 200%. Du fait de l'utilisation d'un lecteur de plaques pour effectuer les essais, différents paramètres techniques, tel la longueur du chemin optique, l'identification du taux d'évaporation dans les puits de la plaque 96 puits, le prétraitement des échantillons et la gamme de concentration de la courbe d'étalonnage ont été optimisés afin d'obtenir des équations de courbes d'étalonnage répétables.  Dans la troisième partie des essais cinétiques, la quantification des endotoxines par des tests de turbidité dans un chitosane de degré de désacétylation de 92% et de grande et petite masse molaire (10 kDa) ont été développés. A cause de l'interaction entre le chitosane et les endotoxines, il a été observé une inhibition de la détection des endotoxines, appelé interférence d'inhibition. Dans le but de réduire cette inhibition, plusieurs prétraitements du chitosane ont été testés, tel le traitement par NaOH, digestion par des chitosanases aussi bien que la dépolymérisation par acide nitreux ou encore le traitement par de l'acide chlorhydrique concentré, traitement recommandé par la pharmacopée américaine. Nous avons trouvé que tous ces traitements sont délétères pour l'endotoxine libre et entrainent une réduction de la détection d'endotoxines mais nous avons découvert que le chitosane jouait un rôle de protecteur, ce qui permet d'obtenir un taux acceptable mais non total de recouvrement en endotoxines ajoutées. A partir de ces résultats, l'utilisation d'un agent neutre est préconisé afin de dissoudre le chitosane sans détruire les endotoxines libres ainsi que les libérer du chitosane pour les doser. L'utilisation d'agents dispersants, détergents ainsi que des actions afin d'affaiblir les liaisons entre le chitosanes et les endotoxines sont aussi recommandés pour les prochaines études.  ABSTRACT: Endotoxin or Lipopolysaccharide (LPS) is a component of gram-negative bacteria cell wall, which causes hazardous symptoms in humans such as septic shock and death after administration. Endotoxin contamination in clinically administered materials/ nanoparticles is prevalent, typically introduced during production and processing steps, which renders the active pharmaceutical Ingredient (API) unsuitable for use. Before releasing the end product in the market, the companies perform endotoxin detection by FDA approved LAL (Limulus Amoebocyte Lysate) tests. Evaluation of endotoxin contamination in chitosan raw materials used for the production of injectable Chitosan-siRNA nanoparticles and Chitosan/Hyaluronic Acid scaffolds in vivo is complicated due to its positive interaction with endotoxin. A false negative result by the LAL test may lead to approval, but may cause the release of life-threatening cytokines such as interferons when injected in human body.  We first determined the amount of endotoxin in the chitosan raw material(s) by gel-clot LAL assay, a semi-quantitative assay, which provided an estimated value of endotoxin contamination. We found values <0.3 EU/mg for chitosan with 92% DDA at high and low (10kDa) molar mass, which is under the acceptable limit. If the gel-clot derived endotoxin value are considered as absolute by USP, then this limit amount represents significant risk going into the clinical phase with the higher administration doses. This leads to the use of more sensitive LAL assays for the accurate and absolute quantification of endotoxin, such as kinetic turbidimetric and kinetic chromogenic LAL assays.  In the second part, we developed the kinetics assays, where standards are used to establish a standard curve. A linear regression equation of a Log conc. vs. log onset time standard curve is then determined, the onset time being obtained when the measured absorbance at 405nm of each calibrator reaches a threshold O.D., typically 0.1 in turbidimetric and 0.2 for chromogenic LAL assay. Because of the biological origin of LAL enzyme, the inherent variability in the assay is set as + 2-fold defined by the USP, i.e. a quantified value may have a variation of 50-200%. Because of the use of a plate reader to perform the assay, different technical parameters, such as pathlength correction, identification of wells with high evaporation in 96 well plates, pre-treatment of samples and calibration range were then optimized in order to obtained repeatable standard curves equation. In the third part of the kinetic assay, the endotoxin titration in chitosan with 92% DDA at high and low molecular weight by kinetic turbidimetric LAL assay were developed. Because of interaction between chitosan and endotoxin, inhibition of detection of endotoxin called as inhibition interference was observed. In order to reduce this interaction, various pre-treatments were tested, such as NaOH treatment, chitosanase enzyme digestion as well as chemical depolymerisation of chitosan by nitrous acid and chemical treatment by concentrated hydrochloric acid as recommended by USP. We found that all these treatments were deleterious for the free endotoxin and lead to reduced detection, but a protective effect of chitosan on endotoxin was discovered which allowed good but not total recovery of spiked endotoxin. Based on this, the use of a neutral reagent is recommended for dissolving chitosan that does not disintegrate free endotoxin and also releases the bound endotoxin. The use of dispersing agents, detergents and cations to weaken the bonds between chitosan and endotoxin are also recommended for future use.


identifier: Bationo, Y. J. (2016). Analyse de performance des plateformes infonuagiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'usage des services infonuagiques connait un essor indéniable au sein des entreprises ces dernières années. Ils exposent, au travers d'Internet, un ensemble de technologies qui donnent accès à des ressources informatiques. Ces technologies permettent de virtualiser les machines physiques, et de fournir aux utilisateurs des ressources virtuelles isolées les unes des autres. Si ce mécanisme d'isolement offre une forme de garantie pour la sécurité des données, il peut cependant engendrer des anomalies de performance. En effet, les systèmes virtuels ont l'illusion d'avoir un accès exclusif à l'hôte et chacun l'utilise sans tenir compte des besoins des autres. Cela entraine des interférences et une baisse de performance des technologies de virtualisation. Pour superviser les services d'une plateforme infonuagique, il est fréquent d'utiliser des applications de gestion. Ces applications ont la particularité de simplifier les interactions des utilisateurs avec les services de l'infrastructure. Cependant, elles peuvent être une source d'incohérence et causer des anomalies d'exécution des requêtes lorsqu'elles sont mal configurées. Nous nous intéressons, ici, aux troubles liés à l'utilisation d'OpenStack comme application de gestion. L'objectif de cette étude est de fournir aux administrateurs, un outil pour surveiller le fonctionnement des opérations dans le nuage et pour localiser d'éventuelles altérations de performance, aussi bien au niveau des couches applications que des couches de technologies de virtualisation. Nous basons notre approche sur le traçage, qui permet de comprendre efficacement les détails d'exécution d'une application. En traçant simultanément les différentes couches de l'infrastructure, il est possible de suivre les requêtes des utilisateurs et de déterminer, de façon précise, les performances des services déployés.  Nous utilisons LTTng, un outil de traçage reconnu pour les latences relativement faibles qu'il induit aux programmes diagnostiqués, contrairement aux autres traceurs. Il sera utilisé pour tracer les espaces utilisateurs et noyaux des machines de la plateforme. Les traces des différents systèmes seront collectées et agrégées dans une machine dédiée à l'analyse des performances. L'administrateur pourra alors obtenir un bilan d'utilisation des ressources, détecter les anomalies de fonctionnement des services et par la suite prendre des mesures pour remédier aux problèmes.  ABSTRACT: Cloud computing usage has experienced a tremendous growth in companies over the past few years. It exposes, through the Internet, a set of technologies granting access to computing resources. These technologies virtualize physical machines to provide virtual resources which are isolated one from another. If this isolation mechanism is a guarantee for data security, it can cause a serious drop in performance. Indeed, virtual systems have the illusion of an exclusive access to the host's resources and they use them without considering the needs of others. This causes some interferences and decreases the performance of guest environments.  Some applications, known as cloud operating systems, are commonly used to supervise cloud computing platforms. These applications simplify the interactions of the users with the infrastructure. However, they can cause faulty executions when misconfigured. Here we will focus on issues related to the use of Openstack as a cloud management application. The objective of this study is to provide administrators with a tool to monitor cloud tasks and locate potential drops of performance in both application and virtualization layers.  Our approach is based on tracing, to produce detailed information about service operations. By tracing the various layers of the infrastructure simultaneously, it is possible to follow user requests and accurately determine the performance of deployed services. We use LTTng, a high-performance tracer, with very low impact on system behavior when tracing is enabled. It will be used to investigate all the host user space and kernel space executions. The traces will be collected and aggregated into a dedicated system to perform the analysis. The administrator can then obtain a resource utilization report, and be able to identify service troubles and subsequently take action to correct the problems


identifier: Madore, W. J. (2016). Imagerie optique pour le diagnostic du cancer de l'ovaire  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cancer de l'ovaire est l'un des cancers les plus mortels en raison de sa progression excessivement rapide. Il s'agit également d'une pathologie très hétérogène, prenant plusieurs formes et débutant souvent hors de l'ovaire. Une fraction importante des tumeurs et lésions prennent origine dans la trompe de Fallope, anatomiquement difficile d'accès. Actuellement, le diagnostic du cancer de l'ovaire se fait via une chirurgie exploratoire au cours de laquelle les organes touchés sont retirés pour examen pathologique. Le pathologiste effectue une inspection visuelle, puis quelques coupes histologiques pour établir s'il existe ou non une (des) lésion(s) et de quel type, ce qui permet d'établir le diagnostic de la patiente, puis le plan de traitement. Il est possible que des lésions et petites tumeurs (quelques centaines de micromètres) ne soient pas relevées à l'examen pathologique. Cette information manquante ne peut être employée pour établir le type et le stade de cancer, résultant parfois en un faux négatif (la patiente est déclarée saine alors qu'elle a un cancer), ce qui retarde le traitement et entraîne de sérieuses complications, souvent la mort, dans les 12 à 24 mois suivants l'intervention. Cette thèse de doctorat propose un nouvel instrument d'analyse exhaustive des trompes de Fallope afin d'assister le pathologiste dans sa tâche en faisant un lien entre l'inspection visuelle et l'analyse microscopique. L'instrument proposé est un système d'imagerie optique combinant la tomographie par cohérence optique (OCT) à la spectroscopie en fluorescence. Ainsi, la totalité de la trompe pourrait être imagée en quête de lésions potentiellement malignes. Les lésions détectées pourront être indexées et ensuite analysées de façon traditionnelle en pathologie. La thèse présente d'abord une revue critique des éléments clés de la littérature concernant le cancer de l'ovaire et l'importance des trompes de Fallope dans le dépistage et le diagnostic. Plusieurs nouvelles hypothèses médicales réorientent la recherche sur le cancer de l'ovaire et la thèse cherche à intégrer ces nouvelles idées. Dans l'effort d'acheminer un instrument d'imagerie optique en clinique pour le diagnostic, un travail en instrumentation a d'abord été réalisé. Ce travail passe par la réalisation de composants en fibre à double gaine, permettant de combiner plus d'une modalité d'imagerie par la même fibre en minimisant la dégradation des performances pour chacune des modalités. La première version du coupleur est un composant asymétrique en fibre à grande gaine interne. Ses performances sont en accord avec le modèle de prédiction théorique des performances développé dans la thèse. La seconde version du coupleur présente une amélioration des performances multimodes près des limites maximales théoriques.  ABSTRACT: Ovarian cancer is one of the deadliest cancers for women. The progression of this disease is very fast and spreads to the whole body through the abdominal cavity. This pathology is highly heterogeneous and is now believed to originate away from the ovary in the majority of cases. In fact, the majority of the lesions and tumours spreads from the fallopian tube. Since direct access to these organs is difficult, diagnosis is performed after exploratory surgery, during which fallopian tubes, ovaries and uterus are removed for pathological examination. A pathologist then carefully inspects and dissects the tubes and ovaries looking for small lesions and tumours (a few hundreds of micrometers) to establish a diagnosis. It is possible that some of these lesions may be overlooked. If these lesions are missed during pathological evaluation, treatment can be delayed (in case of false negative, the patient is declared healthy but has a cancer), resulting in heavy complications, including death, in the following 12 to 24 months following the intervention. This Thesis investigates a new instrument for extensive analysis of the fallopian tubes to assist the pathologist during his or her diagnostic process. This instrument is an imaging system combining optical coherence tomography (OCT) and autofluorescence spectroscopy that can be inserted directly into the tubes. Such instrument could enable complete Imaging of the tubes in order to locate potentially harmful lesions. These lesions can then be identified on the tube for further histological analysis. The Thesis first presents a critical literature review about ovarian cancer and the role of fallopian tubes in screening and diagnosis of this condition. New medical hypothesis are now reorienting research and this Thesis leverages from these ideas. Working towards clinical use of the device, new instrumentation components have been developed. This work is based on optical fiber components enabling multimodal imaging through a double-clad fiber. The first version of the coupler developed is an asymmetric double-clad fiber coupler, along with a theoretical model predicting the performances of such device. In the second version, three new design concepts were used to design and fabricate the component. This coupler has performances close to the maximum theoretical limits. These couplers are then demonstrated in multimodal imaging schemes, such as OCT combined with fluorescence imaging. The three new design concepts were applied to small inner cladding double clad fiber couplers. Such devices were then integrated in a confocal imaging system with both fluorescence and reflectance contrasts as well as a tri-modal benchtop microscope (OCT, confocal and fluorescence imaging).


identifier: Bonnard, B. (2016). Étude expérimentale de la porosité des renforts utilisés dans les matériaux composites  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les renforts fibreux utilisés dans la fabrication de matériaux composites sont des matériaux poreux de structure complexe à cause des interstices entre les filaments dans un toron, qualifiés de micropores, et les espaces entre les torons, appelés mésopores. Cette double échelle de porosité exerce une grande influence sur l'étape la plus importante des procédés de fabrication par moulage liquide ou « Liquid Composite Molding » (LCM) : l'injection de résine dans le renfort. En effet, deux types d'écoulements se font concurrence lors de cette étape : l'écoulement capillaire dans les micropores et l'écoulement visqueux dans les mésopores. La qualité de l'injection va déterminer la qualité de la pièce finale. Ainsi, une meilleure connaissance de la taille des pores dans les renforts fibreux peut contribuer, entre autres, à améliorer la compréhension des modes d'écoulement de la résine et des facteurs qui entrainent des défauts dans les pièces. Les études portant sur la mesure de la taille des pores dans les renforts fibreux ont principalement utilisé des méthodes par analyse d'image faisant intervenir des essais coûteux par microtomographie aux rayons-X ou encore l'utilisation de microscopes sur des spécimens composites. Dans ce travail, une méthode simple de mesure de la taille des pores, qui a fait ses preuves pour les matériaux poreux à une seule échelle de porosité, est pour la première fois appliquée aux renforts fibreux. L'objectif de ce projet est d'évaluer la capacité de la porométrie par drainage d'un liquide mouillant à caractériser la double échelle de porosité des renforts fibreux. Cette méthode est fondée sur la notion de pression capillaire. Un échantillon initialement imbibé de liquide mouillant est drainé petit à petit en appliquant une pression d'air à travers une de ses faces. Le débit obtenu lors de ce premier essai est comparé à celui d'un deuxième impliquant les mêmes valeurs de pression, mais cette fois-ci avec un échantillon sec. Ceci permet d'évaluer la distribution de la taille des pores qui représente la porosité effective à l'écoulement de l'échantillon. L'équation de Laplace-Young utilisée pour les calculs impose l'utilisation d'une hypothèse simplificatrice fondée sur un modèle de pores cylindriques. Le poromètre 3Gz de Quantachrome a été utilisé pour réaliser les expériences de porométrie par drainage d'un liquide mouillant. Deux types de mesure ont été pris en considération : d'une part, la mesure à travers l'épaisseur, qui est la plus utilisée et la plus simple pour caractériser les matériaux poreux, et d'autre part, la mesure planaire, qui est plus représentative de l'écoulement de résine dans le renfort fibreux lors des procédés d'injection par LCM.  ABSTRACT: Fabric reinforcements used in composite materials can be considered as complex porous media because of the open spaces between the fibers in a bundle and between the woven bundles. These spaces are commonly referred to as microscopic and mesoscopic pores. This double-scale porosity is of high importance during the injection stage of Liquid Composite Molding (LCM) processes. The quality of the final part is mainly determined by the resin flow through the competition between viscous forces in the mesopores and capillary forces in the micropores. Consequently, the characterisation of the pore size distribution in engineering textiles can contribute to a better understanding of flow patterns and assist in predicting defects. Recent studies about the pore size distribution in fibrous reinforcements essentially focused on image analysis of injected specimen. Expensive X-ray microtomography characterization or statistical image analysis took by a microscope are often used to characterize the fibrous structure. In this study, a relatively simple characterization technique widely used to study simple scale porous media is for the first time applied to engineering textiles. The main objective of the work is to demonstrate the potential of capillary flow porometry to quantify the dual scale pore size distribution of anisotropic fibrous reinforcements. This technique is based on the concept of capillary pressure. An increasing air pressure is applied on one side of a wet sample that has been initially soaked with a wetting liquid in order to fill out all the pores. During this run, the wetting liquid is expelled stepwise from the sample. The flow passing through the sample during this first run is compared to the one during a second run with a dry sample in order to assess the pore size distribution. The calculations involve the use of Laplace-Young equation, which relates the air pressure to the pore diameter assuming a cylindrical pore model. Through-thickness and in-plane measurements have been carried out using the 3Gz porometer of Quantachrome. Through-thickness measurement is the most widely used and easiest way to characterize porous materials by capillary flow porometry. Nevertheless, most of LCM injections are carried out in the in-plane direction. Accordingly, the manufacturing processes justify the need of in-plane measurements in addition to through-thickness measurement. To begin with, standard sample holders for through-thickness and in-plane measurements have been used to get used to the porometer and obtain preliminary results. This first step allowed validating the potential of capillary flow porometry.


identifier: Basha, M. (2016). The Mechanical Buckling Behaviour of Composite Sandwich Structure Made from Hybrid Glass/Carbon Face Sheets and Rigid Foam Core  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'apparition d'un effet hybride en flambage pour des panneaux sandwichs fabriqués à partir des peaux composites hybrides interlaminaires et d'une âme en mousse rigide a fait l'objet de cette étude. Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été effectués et les résultats obtenus ont été validés à l'aide des prédictions analytiques et des simulations numériques. Deuxièmement, une comparaison exhaustive entre les résultats expérimentaux, analytiques et numériques a été effectuée pour confirmer l'apparition d'un effet hybride, qui était l'objectif principal de cette étude. Sur le plan expérimental, des panneaux sandwich ont été fabriqués à l'aide du procédé de moulage par transfert de résine assisté sous vide (VARTM). À ce stade, l'infusion de la résine a été effectuée simultanément à travers les deux peaux du sandwich. Par ailleurs, une série des tests de compression a été effectuée pour optimiser les dimensions des échantillons de flambage. En outre, des essais de flexion 3 points ont été réalisés pour étudier d'une part l'existence d'un effet hybride dans les six échantillons hybrides fabriqués à partir de peaux composites en fibres hybrides 2:2 (verre:carbone) et d'autre part, leur capacité à retarder la déformation plastique et la rupture finale. Les résultats des échantillons hybrides ont été comparés à ceux de deux échantillons de référence réalisés à partir des panneaux sandwichs avec des peaux entièrement en fibre de verre ou de carbone. Il a été constaté lors des essais de flexion, que les probabilités de la rupture de la peau sont plus élevées lorsque les couches de fibres de carbone sont placées au niveau ou à proximité du côté extérieur de la peau. De plus, les meilleures performances en flexion sont obtenues par les échantillons avec des peaux équilibrées. Enfin, le comportement en flambage des six panneaux sandwichs différents a été étudié en comparaison avec deux panneaux sandwichs de référence. La déflexion hors plan de chaque échantillon a été mesurée par des capteurs laser à réflexion sans contact, placés de deux côtés de l'échantillon pour capturer les déflexions négatives et positives. Les résultats des essais de flambage ont révélés un effet hybride positif pour l'échantillon hybride avec un ordre alterné des couches de fibres de verre et de carbone en retardant la charge critique de flambage de 11,4% à 18,3%. Un examen microscopique a été effectué pour étudier les modes de rupture et leurs mécanismes pour les échantillons testés en flexion 3 point et aussi en flambage.  ABSTRACT: The occurrence of a hybrid effect for sandwich panels made from inter-laminar hybrid composite face sheets and a rigid foam core with respect to buckling performance was the subject of investigation in this study. As a first step, this study performed experiments and validated the results using analytical predictions and numerical simulations. Second, a comprehensive comparison of the experimental, analytical and numerical results was used to confirm the occurrence of a hybrid effect, which was the study's major objective. Experimentally, all the sandwich panels were fabricated using the Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) process by double infusing the resin through the sandwich panel face sheets simultaneously. A set of compressive tests were performed to optimize the dimensions of the buckling test specimens that delivered the most clear and recordable out-of-plane deflection using non-contact laser sensors. Additionally, flexural 3-point bending tests were performed to investigate the existence of a hybrid effect within the six hybrid specimens made from 2:2 hybrid (glass:carbon) fiber face sheets and to study their ability to delay the yield and ultimate loading points. The hybrid specimen results were compared to two baseline specimens made from sandwich panels with all-glass or all-carbon face sheets. The chances of face sheet failure were higher when the carbon fiber layers were placed at or near the outer side of the face sheet lamina during the bending tests. Moreover, the best flexural performance was delivered by the specimens with balanced face sheets. Finally, the buckling behavior of the six different sandwich panels were investigated compared to the two baseline sandwich panels. The out-of-plane deflection of each specimen was measured by back-to-back reflex non-contact laser sensors to capture the negative and positive deflections on both sides of the specimen. The experimental buckling results showed a positive hybrid effect in the hybrid specimen with an alternating order of glass and carbon lay-up in delaying the critical buckling load by 11.4% to 18.3%. A microscopic examination was performed to investigate the failure modes and their mechanisms caused by both the flexural 3-point bending tests and the buckling tests.


identifier: Nabovati Khormazard, G. (2016). A Label Free CMOS-Based Smart Petri Dish for Cellular Analysis  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le dépistage de culture cellulaire à haut débit est le principal défi pour une variété d'applications des sciences de la vie, y compris la découverte de nouveaux médicaments et le suivi de la cytotoxicité. L'analyse classique de culture cellulaire est généralement réalisée à l'aide de techniques microscopiques non-intégrées avec le système de culture cellulaire. Celles-ci sont laborieuses spécialement dans le cas des données recueillies en temps réel ou à des fins de surveillance continue. Récemment, les micro-réseaux cellulaires in-vitro ont prouvé de nombreux avantages dans le domaine de surveillance des cellules en réduisant les coûts, le temps et la nécessité d'études sur des modèles animaux. Les microtechniques, y compris la  microélectronique et la microfluidique,ont été récemment utilisé dans la biotechnologie pour la miniaturisation des systèmes biologiques et analytiques. Malgré les nombreux efforts consacrés au développement de dispositifs microfluidiques basés sur les techniques de microscopie optique, le développement de capteurs intégrés couplés à des micropuits pour le suivi des paramètres cellulaires tel que la viabilité, le taux de croissance et cytotoxicité a été limité. Parmi les différentes méthodes de détection disponibles, les techniques capacitives offrent une plateforme de faible complexité. Celles-ci ont été considérablement utilisées afin d'étudier l'interaction cellule-surface. Ce type d'interaction est le plus considéré dans la majorité des études biologiques. L'objectif de cette thèse est de trouver des nouvelles approches pour le suivi de la croissance cellulaire et la surveillance de la cytotoxicité à l'aide d'un réseau de capteurs capacitifs entièrement intégré. Une plateforme hybride combinant un circuit microélectronique et une structure microfluidique est proposée pour des applications de détection de cellules et de découverte de nouveaux médicaments. Les techniques biologiques et chimiques nécessaires au fonctionnement de cette plateforme sont aussi proposées. La technologie submicroniques Standard complementary metal-oxide-Semiconductor (CMOS) (TSMC 0.35 μm) est utilisée pour la conception du circuit microélectronique de cette plateforme. En outre, les électrodes sont fabriquées selon le processus CMOS standard sans la nécessité d'étapes de post-traitement supplémentaires. Ceci rend la plateforme proposée unique par rapport aux plateformes de dépistage de culture cellulaire à haut débit existantes. Plusieurs défis ont été identifiés durant le développement de cette plateforme comme la sensibilité, la bio-compatibilité et la stabilité et les solutions correspondantes sont fournies.  ABSTRACT: High throughput cell culture screening is a key challenge for a variety of life science applications, including drug discovery and cytotoxicity monitoring. Conventional cell culture analysis is widely performed using microscopic techniques that are not integrated into the target cell culture system. Additionally, these techniques are too laborious in particular to be used for real-time and continuous monitoring purposes. Recently, it has been proved that invitro cell microarrays offer great advantages for cell monitoring applications by reducing cost, time, and the need for animal model studies. Microtechnologies, including microelectronics and microfluidics, have been recently used in biotechnology for miniaturization of biological and analytical systems. Despite many efforts in developing microfluidic devices using optical microscopy techniques, less attention have been paid on developing fully integrated sensors for monitoring cell parameters such as viability, growth rate, and cytotoxicity. Among various available sensing methods, capacitive techniques offer low complexity platforms. This technique has significantly attracted attentions for the study of cell-surface interaction which is widely considered in biological studies. This thesis focuses on new approaches for cell growth and cytotoxicity monitoring using a fully integrated capacitive sensor array. A hybrid platform combining microelectronic circuitry and microfluidic structure is proposed along with other required biological and chemical techniques for single cell detection and drug discovery applications. Standard submicron complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) technology (TSMC 0.35 μm) is used to develop the microelectronic part of this platform. Also, the sensing electrodes are fabricated in standard CMOS process without the need for any additional post processing step, which makes the proposed platform unique compared to other state of the art high throughput cell assays. Several challenges in implementing this platform such as sensitivity, bio-compatibility, and stability are discussed and corresponding solutions are provided. Specifically, a new surface functionalization method based on polyelectrolyte multilayers deposition is proposed to enhance cell-electrode adherence and to increase sensing electrodes' life time. In addition, a novel technique for microwell fabrication and its integration with the CMOS chip is proposed to allow parallel screening of cells. With the potential to perform inexpensive, fast, and real-time cell analyses, the proposed platform opens up the possibility to transform from passive traditional cell assays to a smart on-line monitoring system.


identifier: Chabchoub, M. (2016). Amélioration des performances des annotateurs sémantiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les annotateurs sémantiques jouent un rôle important dans la transition du Web actuel au Web sémantique. Ils s'occupent d'extraire des informations structurées à partir de textes bruts, permettant ainsi de pointer vers des bases des connaissances telles que DBpedia, YAGO ou Babelnet. De nombreuses compétitions sont organisées chaque année pour promouvoir les travaux de recherche de ce domaine. Nous présentons dans ce mémoire notre participation à la compétition Open Knowledge Extraction que nous avons remportée à la conférence European Semantic Web Conference 2016. Dans le cadre de cette compétition, nous avons implémenté une approche générique que nous avons testée sur quatre annotateurs sémantiques. Nous nous concentrons dans ce mémoire à décrire un annotateur sémantique en particulier, DBpedia Spotlight. Nous exposons les différentes limites que présente cet annotateur ainsi que les approches que nous avons développées pour y remédier. Nous avons noté une augmentation d'une moyenne de 20% des performances actuelles de DBpedia Spotlight en testant sur différents corpus. Ces derniers proviennent principalement de journaux internationaux, "Reuters News Stories", "MSNBC" et le "New York Times".  ABSTRACT: Semantic annotators play an important role in the transition from the current Web to the Semantic Web. They take care of extracting structured information from raw texts and thus make it possible to point to knowledge bases such as DBpedia, YAGO or Babelnet. Many competitions are organized every year to promote research works in this field. We present in this thesis our system which was the winner of the Open Knowledge Extraction challenge at the European Semantic Web Conference 2016. For this competition, we implemented a generic approach tested with four semantic annotators. We particularly focus in this thesis on one semantic annotator, DBpedia Spotlight. We present its different limitations along with the approaches that we have developed to remedy them. We noted an improvement of an average of 20% of the current performance of DBpedia Spotlight on different corpora that mainly come from international newspapers, "Reuters News Stories", "MSNBC" and the "New York Times".


identifier: Zolali, M. A. (2016). Controlled Wetting in Multiphase Polymer Blends with Polylactide: Morphology and Performance  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le mélange de polylactide (PLA) avec d'autres polymères est une approche viable à l'expansion dans d'autres champs d'applications. La vaste majorité de la littérature concernant les mélanges à base de PLA ce concentrent sur les mélanges binaires. Malgré tout, récemment, les mélanges de polymères multi-phases ont reçu une attention particulière dû à leur potentiel en tant que matériaux multifonctionnel haute performance. La clé pour obtenir de tels matériaux est de contrôler la morphologie des phases et de comprendre sa relation avec les propriétés. Pour les mélanges multiphases de polymères, particulièrement un système ternaire, deux grandes catégories d'états morphologiques sont définies : le mouillage complet, qui montre un comportement de contact entre deux phases, et le mouillage partiel, où trois sont en contact l'une avec l'autre et qui vient seulement de commencer à être étudié en détail récemment. Cette dissertation fait état de la morphologie de mélanges ternaires et quaternaires à base de PLA dans le contexte des deux états de mouillage et leur relation avec les propriétés mécaniques. Dans la première partie de cet ouvrage, nous examinons la morphologie de mélanges ternaires et quaternaires du PLA avec le poly(butylene succinate) (PBS), le poly(butylene adipate-coterephthalate) (PBAT) et le poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV). Les échantillons mélangés à l'état fondu ont subi un traitement thermique subséquent afin de déterminer les états thermodynamiques les plus stables de mouillage complet ou partiel. Les tensions interfaciales entre les composantes ont été mesurées à l'aide de trois techniques différentes, à savoir : la rupture du fil (BT), la rétraction des fibres ancrées (IFR), et l'approche triangle-in situ de Neumann (NT). L'imagerie FTIR est présentée comme une nouvelle méthode d'identification de phase et d'analyse de la morphologie utile pour caractériser les systèmes multi-phases de structures chimiques similaires, tels que les bio-polyesters utilisées dans ce travail. Les mélanges ternaire 33PLA/33PBS/33PBAT montrent un comportement au mouillage complet tri-continu avant et après un traitement thermique, ce qui concorde étroitement avec l'analyse de la théorie d'étalement. Le système quaternaire PLA/PBS/PBAT/PHBV montre un comportement de mouillage dépendant de la concentration. Une morphologie complètement mouillée continue des quatre phases est trouvée pour 25PLA/25PBS/25PBAT/25PHBV après mélange. Durant le traitement thermique, il y a rupture des phases de PBAT qui forment des gouttelettes à l'interface PBS/PHBV. Cependant, à 10% volumique de PBAT, des gouttelettes partiellement mouillées de PBAT à l'interface de PBS et PHBV sont observés et ils restent stables après le recuit quiescent.Les résultats morphologiques après recuit pour le mélange quaternaire sont fortement corrélés avec les prédictions thermodynamiques basées sur les mélanges ternaires constitutifs. Ces résultats montrent que le contrôle de la composition pour le mélange des systèmes multi-phases avec de faibles tensions interfaciales peut se traduire par un changement complet du comportement d'étalement. Dans la deuxième partie de cette recherche, nous étudions le comportement de mouillage de trois phases intermédiaires différentes en fonction de la composition et du recuit de mélanges ternaires produit à l'état fondu PLA/PHBV/PBS, PLA/PBAT/PE et PLA/PE/PBAT. Ces systèmes ont tous montrés un comportement de mouillage partiel. Une transition d'un mouillage partiel à complet est observée pour les gouttelettes partiellement humides de PHBV et PBAT dans le PLA/PHBV/PBS et PLA/PBAT/PE, tandis que les gouttelettes de PE partiellement mouillées restent stables à l'interface du PLA/PBAT même à une concentration élevée en PE de 20% et après 30 min de recuit quiescent. La tension interfaciale des différentes composantes et les angles de contact des gouttelettes partiellement mouillées, confinées à l'interface de contact, ont été examinés en détail. L'analyse thermodynamique des coefficients d'étalement prédit une faible tendance au mouillage partiel pour les gouttelettes de PHBV et de PBAT dans le PLA/PHBV/PBS et le PLA/PBAT/PE, tandis qu'un mouillage partiel fort est prévu pour les gouttelettes de PE dans le PLA/PE/PBAT. Les trois systèmes de mélange présentent une coalescence considérablement améliorée en fonction de la composition et du temps de recuit, à cause du confinement des gouttelettes à l'interface. Un modèle de ségrégation est utilisé pour expliquer les divers phénomènes de mouillage et leur dépendance à la concentration et au temps de recuit. Les résultats indiquent le potentiel évident que le confinement interfacial, la composition, et le temps de recuit dans les systèmes multiphases ayant une morphologie avec mouillage partiel, puissent se traduire par un changement complet du comportement d'étalement. Ce travail montre l'excellent potentiel pour le mouillage contrôlé et la structuration des systèmes de polymères ternaires et présente une voie vers la préparation d'une panoplie de nouvelles structures morphologiques. Dans la troisième partie de ce travail, nous examinons l'effet d'une structure de mouillage partiel sur la compatibilisation et la trempe d'un mélange co-continu de PLA/PA11. Quatre polymères différents : le PBS, le PBAT, l'EMA et l'EMA-GMA sont examinés pour leur capacité à mouiller partiellement l'interface PLA/PA11 dans un procédé de mélange en phase fondue, grâce à l'analyse de la morphologie et des propriétés physiques. Tous les mélanges présentent une morphologie de mouillage partiel avec une gamme d'efficacités de compatibilisation et d'effets de durcissement. L'EMA-GMA montre le meilleur effet de compatibilisation en réduisant la taille de la phase cocontinue à près de la moitié de celle du mélange binaire PLA/PA11 initial, en atteingnant 5-6 μm. Une augmentation significative de la ductilité des mélanges ternaires est obtenue, l'EMA montrant la plus forte amélioration avec un allongement à la rupture de 260% par rapport à 4% pour le mélange binaire. Une augmentation substantielle de la résistance au test de choc Izod est également obtenue avec l'EMA montrant quatre fois la résistance à l'impact du mélange binaire d'origine à 73 J/m. Nous croyons que les effets combinés de la morphologie compatibilisé, une bonne adhérence interfaciale et la cavitation interfaciale percolé de gouttelettes partiellement mouillées, suivis par la rupture en cisaillement de la matrice contribuent à l'effet de durcissement observé dans les mélanges ternaires partiellement mouillés. Ces résultats suggèrent une technique intéressante qui exploite les gouttelettes partiellement mouillées afin de compatibiliser et renforcer les structures co-continues. Enfin, nous étudions la corrélation entre une morphologie de mouillage complet et l'augmentation de la ténacité dans un mélange ternaire à base de PLA/PA11. Nous montrons que lorsque du polyéther-b-amide (PEBA) est ajouté à au mélange PLA/PA11, il se propage entièrement à l'interface et s'assemble en une couche mince à l'interface du PLA et PA11 entièrement percolés. Ceci augmente considérablement la résistance à l'impact Izod, pour atteindre 142,4 J/m, par rapport à 17,3 J/m pour le mélange de PLA/PA11. L'addition supplémentaire d'oxyde de polyéthylène (PEO), dans la phase de PLA résulte en un matériau ultra-tenace manifeste par l'augmentation spectaculaire de la résistance à l'impact Izod qui atteint 728,6 J/m. Le PEBA est un élastomère thermoplastique capable de fortes interactions interfaciales avec le PLA et le composant amide dans le copolymère a une affinité naturelle pour le PA11. Le PEO ajoutée renforce également les interactions interfaciales et la mobilité de chaîne du PLA. La ténacité à la traction et la résistance à l'impact Izod sont fortement influencés par la région critique de la composition co-continue du système binaire PLA/PA11, les mélanges au-delà de cette région de composition démontrent une mauvaise ténacité. On constate que les effets combinés de la co-continuité, d'interactions interfaciales fortes, d'une interface déformable et d'une mobilité suffisante des chaînes de PLA sont tous essentiels à la réalisation du comportement ultra tenace dans le mélange PLA/PA11. Les surfaces de fracture des tests d'impact des mélanges ont été analysées et les résultats ont révélés une cavitation significative au sein de la phase PEBA déformable. Un mode de rupture ductile par cisaillement est observé dans les mélanges ultras tenaces qui devrait être induite par le chevauchement des contraintes dans la phase PEBA déformable, conjointement à une adhérence interfaciale appropriée. Ces résultats établissent une stratégie pour l'augmentation de la ténacité des mélanges de polymères à phases multiples, en particulier à proximité de la région de cocontinuité.  ABSTRACT: Blending of polylactide (PLA) with other polymers is a viable approach to promote its broader implementation. The vast majority of the PLA-based blend literature is based on binary blends, however, recently, multiphase polymer blends have received a marked interest due to their potential in generating high performance multi-functional materials. The key in achieving such materials is to control the phase morphology and understand its relationship with properties. For multiple phase polymer blends, particularly a ternary system, two broad categories of morphological states are defined: complete wetting, which demonstrates two phase contact wetting behavior, and partial wetting, in which three phases are in contact with each other and has only begun to be examined in detail recently. This dissertation reports on the morphology of ternary and quaternary PLA-based blends in the context of the two wetting regimes and its relationship with the mechanical properties. In the first part of this work, we examine the morphology of ternary and quaternary blends of PLA with poly(butylene succinate) (PBS), poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) and poly(3- hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV). Samples were melt blended and then annealed to determine the most stable complete or partial wetting thermodynamic states. The interfacial tensions between components were measured using three different techniques, i.e. breaking thread (BT), imbedded fiber retraction (IFR), and the in-situ Neumann triangle approach (NT). FTIRimaging is presented as a new phase identification and morphology analysis method useful for characterizing multiphase systems of similar chemical structures such as the biopolyesters used in this work. The ternary 33PLA/33PBS/33PBAT blends demonstrate a tri-continuous complete wetting behavior before and after quiescent annealing which correlates closely with the spreading theory analysis. The quaternary PLA/PBS/PBAT/PHBV system shows a concentration dependent wetting behavior. A fully quadruple continuous completely wet morphology is found for 25PLA/25PBS/25PBAT/25PHBV after mixing where the PBAT phase breaks up and forms droplets at the PBS/PHBV interface upon quiescent annealing. However, at 10 vol.% PBAT, partially wet droplets of PBAT at the interface of PBS and PHBV are observed and they remain stable after quiescent annealing. The morphological results after annealing for the quaternary blend strongly correlate with the thermodynamic predictions based on the constituent ternary blends. These results show that composition control during the mixing of multiphase systems with low interfacial tensions can result in a complete change of spreading behavior.In the second part of this research, we study the wetting behavior of three different intermediate phases as a function of composition and annealing in melt blended ternary PLA/PHBV/PBS, PLA/PBAT/PE and PLA/PE/PBAT systems all demonstrating partial wetting behavior. Although, partially wet PE droplets remain stable at the interface of PLA/PBAT even at a high PE concentration of 20% and after 30 min of quiescent annealing, a partial to complete wetting transition is found for both PHBV and PBAT partially wet droplets in the PLA/PHBV/PBS and PLA/PBAT/PE systems, respectively. The interfacial tension of the various components and the contact angles of the confined partially wet droplets at the interface were examined in detail. The thermodynamic analysis of the spreading coefficients predicts a weak partial wetting tendency for PHBV and PBAT droplets in PLA/PHBV/PBS and PLA/PBAT/PE, respectively, while a strong partial wetting is predicted for PE droplets in PLA/PE/PBAT. All three blend systems show significantly enhanced coalescence as a function of composition and annealing time due to the interfacial confinement of the droplets at the interface. A dewetting model is used to explain the various wetting behaviors and their dependence on concentration and annealing time. The results indicate the clear potential that interfacial confinement, composition, and annealing time in multiphase systems with partial wetting morphology can result in a complete change of spreading behavior. This work shows the excellent potential for controlled wetting and structuring in ternary polymer systems and presents a route towards the preparation of a range of new morphological structures. In the third part of this work, we examine the effect of partial wetting structure on the compatibilization and toughening of a co-continuous PLA/PA11 blend. Four different polymers: PBS, PBAT, EMA and EMA-GMA are examined for their capacity to partially wet the PLA/PA11 interface in a melt-blending process. All the blends exhibit a partial wetting morphology with a range of compatibilization efficacies and toughening effects. EMA-GMA demonstrates the best compatibilization effect by reducing the co-continuous phase size to about half that of the original binary PLA/PA11 blend at 5-6 μm. A significant increase in the ductility of the ternary blends is achieved where EMA shows the highest enhancement with an elongation at break of 260% as compared to 4% for the binary blend. A substantial increase in the notched Izod impact strength is also obtained with EMA demonstrating four times the impact of the original binary blend at 73 J/m. The combined effects of compatibilized morphology, good interfacial adhesion and the interfacially percolated cavitation of partially wet droplets followed by shear yielding of the matrix is believed to contribute to the toughening effect observed in the partially wet ternary blends. These results suggest an interesting technique exploiting partially wet droplets to compatibilize and toughen co-continuous structures. Finally, we investigate the correlation between the morphology of a system demonstrating complete wetting behavior and toughening in a ternary blend based on PLA/PA11. We show that when polyether-b-amide (PEBA) is added to the PLA/PA11 blend, it completely spreads at the interface and assembles as a thin layer at the interface of a fully percolated PLA and PA11. This significantly increases the notched Izod impact strength from to 142.4 J/m as compared to 17.3 J/m for the PLA/PA11 blend. The further addition of polyethylene oxide (PEO) to the PLA phase results in an ultra-toughening effect and a dramatic increase in the Izod impact to 728.6 J/m is achieved. PEBA is a thermoplastic elastomer capable of strong interfacial interactions with PLA and the amide component in the copolymer has a natural affinity for the PA11. The added PEO is found to enhance the interfacial interactions and the chain mobility of PLA. The tensile toughness and notched Izod impact strength are significantly influenced by the critical co-continuous composition region of the PLA/PA11 binary system where the blends beyond this composition region demonstrate a poor toughness. It is found that the combined effects of co-continuity, strong interfacial interactions, a deformable interface and sufficient PLA chain mobility are all essential to achieving ultratough behavior in PLA/PA11. The impact fracture surface of the blends was analyzed and the results revealed significant cavitation within the deformable PEBA phase. A shear yielding failure mode is observed in the ultratough blends which is believed to be induced by the stress-field overlap within the deformable PEBA phase in conjunction with suitable interfacial adhesion. These results establish a strategy for the toughening of multiphase polymer blends, especially in the vicinity of the co-continuous region.


identifier: Rousset, N. (2016). Simulation numérique de l'opération de pièges microfluidiques à échantillons  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis l'essor du domaine de la microfluidique, des dispositifs microfluidiques de tous genres sont analysés, conçus et fabriqués dans plusieurs domaines d'application. Ce projet se concentre sur l'application biomédicale, spécifiquement l'utilisation de dispositifs microfluidiques dans le domaine de la recherche contre le cancer. L'oncologie bénéficierait de ces dispositifs, car ils permettraient d'utiliser un échantillonnage plus restreint pour arriver aux mêmes conclusions que des procédés cliniques dispendieux et encombrants dont la pertinence biologique est remise en question (dans le cas de tests de médicaments en Petri). Les dispositifs en question ont pour but de synthétiser des sphéroïdes cancéreux ou piéger des échantillons de modèles tissulaires 3D tumoraux afin de les exposer à des médicaments et autres traitements, et suivre leur viabilité. Ces dispositifs pourraient un jour intégrer toutes les étapes de l'évaluation du dosage de traitements afin d'accélérer et personnaliser les traitements en oncologie et augmenter le taux de survie des patients atteints de cancer. Dans la littérature à ce sujet, une classe de systèmes microfluidiques répandu et existant dans des formes variables est soulignée et est nommée dans ce travail : « piège microfluidique à échantillons ». Ces dispositifs permettent de simultanément piéger des tissus ou synthétiser des sphéroïdes, de les cultiver, de les exposer à des traitements, de les analyser avec des techniques d'imagerie et de conclure sur l'efficacité des traitements. Cependant, il n'existe toujours pas de cadre analysant le fonctionnement et la conception optimaux de cette classe de dispositif. L'objectif de ce projet est d'établir un cadre d'analyse rigoureux de la conception et de l'opération optimales de pièges microfluidiques à échantillons (PMÉ). Une analyse paramétrique large des PMÉ est effectuée à partir de leurs géométrie et opération typiques. La géométrie se réduit à un canal principal et une ou plusieurs extrusions cubiques à ce canal (pièges). Le dispositif doit premièrement être rempli avec le milieu de culture. Il est ensuite opéré en circulant les échantillons dans le canal principal pour les piéger avec un mécanisme donné. Une fois les échantillons piégés, le milieu est soit perfusé ou changé à intervalles réguliers pour les maintenir en vie, le temps d'effectuer les tests biologiques. Enfin, les échantillons sont analysés et éjectés du dispositif en le démantelant ou en appliquant un débit assez élevé. Le fonctionnement des PMÉ circonscrit les effets physiques à étudier dans ce projet, soit : (1) la dynamique de remplissage des PMÉ et d'une sous-classe nommée PMÉ à gouttelettes et (2) l'opération des PMÉ; incluant la dynamique de piégeage, le temps pour l'échange du milieu de culture et l'éjection contrôlée des échantillons.  ABSTRACT: Since the boom of the field of microfluidics, microfluidic devices of all kinds have been analyzed, designed and fabricated in many fields of application. This project focuses on the biomedical application, specifically the usage of microfluidic devices in cancer research. Oncology would benefit from these devices as they would enable using less samples to arrive to the same conclusions as current more expensive and cumbersome clinical processes that have questionable biological relevance (in the case of Petri dish medication assays). These devices are used to synthesize cancer spheroids or to trap 3D tissue model samples with the aim to expose them to medication and other treatments, and to follow the tissue's viability, thus the treatment's efficacy. The devices could one day integrate all steps of evaluating treatment dosage to accelerate and personalize oncology treatments and increase cancer survivability rates. In the literature, a class of microfluidic device that is widely reported on and that exists in various designs is highlighted and named in this research project: “Microfluidic Sample Trap”. These devices enable simultaneous trapping of tissues or synthesis of spheroids, cultivating them, exposing them to treatments, analyzing them with various imaging techniques and concluding on the efficacy of the treatments. However, there still lacks a broad and systematic framework analyzing how this class of device works and how it can be optimally designed. This project's objective is to establish a rigorous framework of optimal microfluidic sample trap (MST) design and operation. A broad parametric analysis of existing MSTs is done from their typical geometry and operation. The geometry of MSTs can be reduced to a main channel and one or many cubic extrusions from this channel (sample traps). The device must be first filled with culture medium. Then, it is operated by circulating samples in the main channel to be trapped with a certain trapping mechanism (inertial confinement, resistive, electrophoretic or sedimentation trapping). Once the samples are trapped, the medium is either perfused or changed periodically to maintain sample viability during biological assays. Finally, samples are analyzed and ejected from the device by either dismantling it or imposing a high enough flowrate. The way MSTs work circumscribes the pertinent physical effects to be studied in this work: (1) the filling dynamics of MSTs and a subclass named droplet MSTs and (2) the operation of MSTs; including trapping dynamics, medium renewal frequency and controlled sample ejection.


identifier: Martinez, G. (2016). Étude et prédiction numérique des modes d'écoulement à travers un renfort fibreux à double échelle de porosité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les pièces composites fabriquées par des méthodes de moulage liquide («Liquid Composite Molding» ou LCM) sont de plus en plus utilisées dans l'industrie. L'une de ces méthodes est le moulage par transfert de résine («RTM»), qui consiste à injecter la matrice polymère sous forme d'une résine à l'état liquide à travers un renfort fibreux. La robustesse de ce procédé repose sur la connaissance des différents modes d'écoulement lors de l'injection et des propriétés du renfort imprégné. L'étude expérimentale ou par simulation numérique, des mécanismes d'imprégnation capillaires et à pression imposée vise à prédire et limiter certains défauts de fabrication reliés à ce procédé. L'objectif général du projet est de généraliser au cas tridimensionnel un code d'écoulement à frontière libre par différences finies simulant le remplissage d'un moule d'injection. L'objectif est de prédire l'imprégnation de renforts fibreux de structure complexe afin de reproduire numériquement des expériences de montée capillaire. Un second objectif serait d'adapter un tel logiciel pour prédire la perméabilité d'un renfort fibreux. Les résultats obtenus lors des travaux antérieurs suggèrent en effet que la modélisation cellulaire des renforts fibreux pour un calcul par différences finies représente une démarche prometteuse. Dans un premier temps, les modèles cellulaires utilisés ici sont obtenus à partir d'une voxélisation de la structure fibreuse des renforts. À partir des dimensions caractéristiques des renforts mesurées expérimentalement, on peut modéliser numériquement la géométrie des renforts. Un algorithme a été développé afin de créer des cellules de calcul qui représentent le renfort fibreux à partir du modèle voxélisé. Chaque cellule a plusieurs paramètres qui décrivent le volume du renfort que la cellule représente. Le paramètre majeur est un tenseur donnant la perméabilité dans les trois directions de l'espace, qui dépend du taux de fibres directionnel de la cellule. Dans un deuxième temps, un code d'écoulement tridimensionnel à frontière libre est développé afin de simuler des expériences de montée capillaire et des mesures de perméabilité. Les lois qui gouvernent l'écoulement sont la loi de Darcy et la conservation de la masse.  ABSTRACT: Composite materials manufactured by Liquid Composite Molding processes (LCM) are increasingly used in industry. One of these methods is Resin Transfer Molding (RTM) which consists of injecting a liquid reactive resin through a fibrous reinforcement. Successful implementation of this process requires a clear understanding of the different flow modes during the injection as well as a thorough knowledge of the porous fiber bed properties. To limit the generation of manufacturing defects during processing, the impregnation mechanisms driven by viscous or capillary forces can be studied either experimentally or through numerical simulations. The main objective of this project is to numerically reproduce classical characterization tests such as capillary rises and permeability measurements using an original approach based on a cellular discrete representation of the fibrous structure. Results from previous work indeed suggest that this technique is promising, but an in-depth study must be conducted. To reach that goal, the present work generalized a filling code with free surface flow to the 3D case. Firstly, cellular models are obtained using a method based on a voxel representation of the textile fabric. The approach requires an experimental characterization of the reinforcement specific dimensions. This step provides the input data to numerically model the reinforcement geometry using an idealized volume representation. This geometric model is then voxelized in an optimum manner. Finally, an algorithm is developed to create computing cells for finite difference approximation, which represent the fibrous reinforcement from the voxelized model. Several parameters are used to describe the material included in the volume of the different cells. The main parameter is a tensor giving the permeability in the three spatial directions which depends on the effective fiber volume content in each direction. The second part of the work consisted of developing a three-dimensional mold filling code including a free surface to represent the flow front. The constitutive laws implemented are Darcy's law and the principle of mass conservation. The code allows simulating capillary rise and permeability experiments.


identifier: Tagarian, S. (2016). Developed Algorithms for Maximum Pattern Generation in Logical Analysis of Data  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les données sont au coeur des industries et des organisations. Beaucoup d'entreprises possèdent de grandes quantités de données mais échouent à en tirer un bénéfice conséquent, bien souvent parce que ces données ne sont pas utilisées de façon productive. Il est indispensable de prendre des décisions importantes au bon moment, en utilisant des outils adaptés permettant d'extraire de l'information pratique et fiable de grandes quantités de données. Avec l'augmentation de la quantité et de la variété des données, le recours aux outils traditionnels facultatifs a été abandonné alors que l'importance de fournir des méthodes efficaces et prometteuses pour l'analyse de données se fait grandissante. La classification de données est l'un des moyens de répondre à ce besoin d'analyse de données. L'analyse Logique de Données (LAD : Logical Analysis of Data) est une nouvelle méthodologie d'analyse de données. Cette méthodologie qui combine l'optimisation, l'analyse combinatoire et la logique booléenne, est applicable pour le problème de classification des données. Son but est de trouver des motifs logiques cachés qui séparent les observations d'une certaine classe de toutes les autres observations. Ces motifs sont les blocs de base de l'Analyse Logique de Données dont l'objectif principal est de choisir un ensemble de motifs capable de classifier correctement des observations. La précision d'un modèle mesure à quel point cet objectif est atteint par le modèle. Dans ce projet de recherche, on s'intéresse à un type particulier de motifs appelé α-motif « α-pattern ». Ce type de motif permet de construire des modèles de classification LAD de très grande précision. En dépit du grand nombre de méthodologies existantes pour générer des α-motifs maximaux, il n'existe pas encore de méta-heuristique adressant ce problème. Le but de ce projet de recherche est donc de développer une méta-heuristique pour résoudre le problème des α-motifs maximaux. Cette méta-heuristique devra être efficace en termes de temps de résolution et aussi en termes de précision des motifs générés. Afin de satisfaire les deux exigences citées plus haut, notre choix s'est porté sur le recuit simulé. Nous avons utilisé le recuit simulé pour générer des α-motifs maximaux avec une approche différente de celle pratiquée dans le modèle BLA. La performance de l'algorithme développé est évaluée dans la suite. Les résultats du test statistique de Friedman montrent que notre algorithme possède les meilleures performances en termes de temps de résolution. De plus, pour ce qui est de la précision, celle fournie par notre algorithme est comparable à celles des autres méthodes. Notre précision possède par ailleurs de forts niveaux de confiance statistiques.  ABSTRACT: Data is the heart of any industry or organization. Most of the companies are gifted with a large amount of data but they often fail to gain valuable insight from it, which is often because they cannot use their data productively. It is crucial to make essential and on-time decisions by using adapted tools to find applicable and accurate information from large amount of data. By increasing the amount and variety of data, the use of facultative traditional methods, were abolished and the importance of providing efficient and fruitful methods to analyze the data is growing. Data classification is one of the ways to fulfill this need of data analysis. Logical Analysis of Data is a methodology to analyze the data. This methodology, the combination of optimization, combinatorics and Boolean logic, is applicable for classification problems. Its aim is to discover hidden logical patterns that differentiate observations pertaining to one class from all of the other observations. Patterns are the key building blocks in LAD. Choosing a set of patterns that is capable of classifying observations correctly is the essential goal of LAD. Accuracy represents how successfully this goal is met. In this research study, one specific kind of pattern, called maximum α-pattern, is considered. This particular pattern helps building highly accurate LAD classification models. In spite of various presented methodologies to generate maximum α-pattern there is not yet any developed meta-heuristic algorithm. This research study is presented here with the objective of developing a meta-heuristic algorithm generating maximum α-patterns that are effective both in terms of computational time and accuracy. This study proposes a computationally efficient and accurate meta-heuristic algorithm based on the Simulated Annealing approach. The aim of the developed algorithm is to generate maximum α-patterns in a way that differs from the best linear approximation model proposed in the literature. Later, the performance of the new algorithm is evaluated. The results of the statistical Friedman test shows that the algorithm developed here has the best performance in terms of computational time. Moreover, its performance in terms of accuracy is competitive to other methods with, statistically speaking, high levels of confidence.


identifier: Palmer, H. (2016). Large-Scale Assortment Optimization  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

title: Large-Scale Assortment Optimization

abstract: RÉSUMÉ: Nous présentons dans ce mémoire une solution au problème d'optimisation d'assortiment. Ce problème consiste à choisir, au sein d'un ensemble de produits, le sous-ensemble générant le revenu espéré le plus élevé pour le détaillant. Le fait qu'il existe un nombre exponentiel d'assortiments de produits possibles rend ce problème difficile-et intéressant. En effet, l'énumération explicite des assortiments est impossible en pratique dès que l'on dépasse la vingtaine de produits. Notre but est de fournir un procédé d'aide à la décision pour l'optimisation d'assortiment basé sur les données. Dans cette perspective, la première étape naturelle est de proposer un modèle permettant de rendre compte des comportements des consommateurs. Nous nous intéressons aux modèles de choix basés sur les classements des produits, qui consistent à apprendre une distribution de probabilité sur l'ensemble des classements possibles des produits. En effet, la structure de ces modèles de choix permet une modélisation efficace du problème d'optimisation d'assortiment, dans la forme d'un problème d'optimisation linéaire. Les solveurs classiques permettent de les résoudre pour des instances de taille industrielle. Cependant, le principal inconvénient de ces modèles de choix est leur lenteur d'apprentissage. Ceci est dû au nombre factoriel de classements envisageables. L'apprentissage repose, dans l'état de l'art, sur un modèle de génération de colonnes dont la taille de l'espace des classements rend l'apprentissage du modèle de choix particulièrement long. Pour accélérer l'apprentissage du modèle de choix, nous avons remarqué qu'il était possible, moyennant une adaptation du modèle de choix, de munir l'espace des classements d'une structure forte, permettant de hiérarchiser les classements dans un arbre de décision. Ainsi, nous avons défini un nouveau modèle de choix reposant sur la notion d'indifférence : plutôt que de ne considérer que des séquences classant chacun de produits, nous acceptons aussi les classements partiels de produits. Ceci signifie que nous nous autorisons à considérer des comportements de consommateurs qui, à-partir d'un certain point, sont indifférents entre les produits restants. Cette relaxation de la définition d'une séquence de produits nous permet d'accélérer considérablement la recherche de nouvelles séquences, dans l'algorithme de génération de colonnes, grâce à la structure d'arbre de l'espace. En effet, à chaque itération de la génération de colonnes, nous n'avons qu'à étendre l'arbre de décision d'un niveau supplémentaire. Nous avons appliqué ce nouvel algorithme à des données réelles, fournies par notre partenaire industriel, ainsi qu'à des données artificielles. Dans les deux cas, nous observons des gains de temps de calcul d'au moins un ordre de grandeur. Ainsi, nous devenons capables de résoudre des problèmes jusqu'à un millier de produits, alors que les algorithmes de l'état de l'art étaient limités à quelques dizaines. Ensuite, nous avons étudié une extension possible de ce problème, qui consiste à inclure des nouveaux produits sur-lesquels nous n'avons aucune donnée de transaction, dans l'optimisation d'assortiment. Ces nouveaux produits ne sont connus que par leurs caractéristiques communes avec les anciens produits, ceux sur-lesquels nous avons des données de vente. Nous avons proposé une manière d'introduire ces nouveaux produits dans le modèle de choix évoqué plus haut. Cet algorithme repose sur une mesure de similarité entre les anciens et nouveaux produits et permet de généraliser des comportements de consommateurs connus sur les anciens produits à l'ensemble des anciens et nouveaux produits. Cette extension est particulièrement intéressante pour le problème du choix d'assortiment d'une saison de vente à l'autre, puisqu'il faut prendre des décisions sur les produits de la nouvelle collection à inclure sans avoir encore observé de ventes. Par ailleurs, nous avons montré comment notre nouveau modèle de choix s'adapte au problème d'optimisation d'assortiment présent dans la littérature, ainsi qu'une manière de limiter le surapprentissage. Nous présentons enfin des résultats expérimentaux montrant l'intérêt de l'optimisation d'assortiment. Notre programme d'optimisation, sur des cas réels, propose systématiquement des assortiments plus larges (c'est-à-dire avec plus de produits) que ceux observés dans la réalité. Nous montrons ainsi l'impact d'offrir un large choix au consommateur sur le revenu espéré par le détaillant. Cependant, afin de prendre en compte les contraintes opérationnelles ainsi que la taille limitée des magasins, nous montrons que, même en incluant une contrainte limitant la capacité de l'assortiment à ce qui est observé dans les données, les revenus prédits restent plus élevés d'environ 35% à ce qui est observé dans l'ensemble de contrôle. Ceci montre donc l'impact de l'assortiment sur le choix du consommateur, mais aussi sur le revenu du détaillant. Pour finir, nous proposons une extension de notre travail pour l'élaboration d'un logiciel d'aide à la décision pour l'optimisation d'assortiment. Les dirigeants de boutiques peuvent en effet être réticents à confier l'ensemble de la décision d'optimisation d'assortiment à un logiciel, et préférer garder cette responsabilité. Il peut donc être intéressant de leur proposer un outil suggérant des modifications à la marge d'un assortiment qu'ils proposent eux-mêmes, ainsi que de leur permettre d'évaluer l'impact prédit par notre approche de chaque modification de leur assortiment.  ABSTRACT: This thesis is concerned with assortment optimization. The problem of assortment optimization consists in choosing, among a set of n products available to the retailer, the subset that is most likely to result in the highest revenue. However, the exponential number of possible assortments makes it intractable to evaluate all of them, when twenty or more products are available. In the perspective of data-driven assortment optimization, we propose to learn the transaction data, based on the ranking-based choice models. These models assume that customer préférences can be modelled as ranked sequences of the products. The intrinsic structure of such a choice model allows an efficient formulation of the assortment optimization problem, in form of a mixed-integer optimization problem that can be easily solved by mathematical solvers. Nevertheless, the training of such choice models scales poorly with the number of products. Classical approaches are based on a column generation algorithm to deal with the factorially large number of possible product sequences. In practice, this is intractable even for small numbers of products. We therefore propose a modification of the choice model and of its training. This modification consists in allowing indifference between products after a certain rank: this is justified by the fact that after a certain rank, the ranks are meaningless. With this new formulation, we can structure the factorially large space of sequences in the shape of a tree, which makes it possible to decrease significantly the time required to learn the model. Indeed, at each iteration of the column generation, we only branch the tree to onemore degree. We have applied the new way of training the choice models to real store data provided by our industrial collaborator, and to artificially generated data. In both cases, we noticed that computation times decreased by at least an order of magnitude. We were also able to solve instances up to one thousand products, while previous approaches were limited to several dozens. Besides, we have developed an extension of our algorithm, able to consider adding new products in the optimized assortment. We assume that we have no transaction data on those new products, but only common characteristics (called features) with the old products, for which we have access on transaction data. To deal with those new products, we introduce a measure of similarity among products. Then, we show a way of generalizing the behavior of consumers known among the old products to the set of old and new products. This extension is useful for the problem of season-to-season optimization of assortments, where products of the new season are to be inserted in the assortment without prior information about transactions among them. Additionally, we have found a way of using our choice model in the optimization problem: we show how to limit the error of over-fitting with a boostingmethod. Finally, we show experimental results indicating the interest of assortment optimization. On real instances, our process designs systematically assortments wider than what was noticed in real stores: this shows that, for the given industrial data, it is important to provide the consumer with a broad choice of products to ensure the retailer a higher revenue. Nevertheless, being aware of the operational constraints that retailers face, such as the maximum quantity of products to be displayed at the same time, we have also run our experiments with a capacity constraint in the optimization problem. It consists in limiting the total number of products to be displayed in an assortment to what is observed in real stores. In this case, we still predict a 35% increase in revenues based on our choicemodel. Last but not least, we propose an extension of our work for the design of a decision support tool for retailers. Indeed, we know that some store managers may be reluctant to delegate the whole process of assortment optimization to a fully integrated software. Hence, it may be worthwhile to leave the manager in the position of choosing himself which assortment of products he may like to expose while providing him with some insights on the predicted consequences of certain choices. In particular, what would be the impact on the average revenue per customer of adding this product to the assortment?