identifier: Descoimps, É. (2011). Analyse des données issues d'un système de perception par carte à puce d'une société de transport en commun : normalité des déplacements et influence des conditions météorologiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement des transports en commun constitue de nos jours une préoccupation grandissante due entres autres à l'expansion urbaine, à la croissance démographique, à l'engorgement des réseaux de transport ou encore à la prise de conscience environnementale. La volonté d'étendre et d'améliorer les réseaux de transport collectif rend indispensable l'évolution des processus et des technologies mis en place par les agences de transport. La technologie de la carte à puce, dont l'utilisation s'amplifie dans de nombreux autres secteurs, fait partie inhérente de ces évolutions comme système de perception sur les réseaux de transport. En effet, cette technologie comporte de nombreux avantages pour les usagers principalement en termes de paiement et d'accès ainsi que pour les agences de transport notamment dans le cadre de la planification et de l'optimisation des opérations. Comparativement aux enquêtes origine-destination qui étaient la principale méthode de collecte de données sur les usagers, les cartes à puce permettent de recueillir d'immenses volumes de données collectées en continu sur l'ensemble du réseau de transport ce qui représente une nouvelle mine d'informations sur le comportement des utilisateurs. L'essor de l'utilisation de la carte à puce étant récent, plusieurs études ont été menées dans le but de mesurer le potentiel de cette technologie et d'élaborer des méthodologies d'analyse à partir des données de cartes à puce. Cependant, il reste beaucoup à faire dans le domaine de la recherche quant à l'exploitation de ces données en vue d'analyser en profondeur le comportement des usagers des transports collectif et l'application des résultats dans les processus de planification et d'opération des réseaux. En ce sens, l'état de l'art présenté à la suite de l'introduction permet de mettre en évidence l'immense potentiel des données collectées grâce aux cartes à puce. Cette revue de littérature sert de référence aux études menées dans le cadre de cette maîtrise en confrontant dans un premier temps la technologie des cartes à puce aux autres méthodes de collecte de données en transport puis en exposant dans un second temps l'état des connaissances concernant les deux objectifs principaux de cette recherche. Ainsi, les études présentées dans ce mémoire sont orientées autour de deux grands objectifs et réalisées à partir de presque six années de données de cartes à puce fournies par la Société de Transport de l'Outaouais (STO), une agence de transport de taille moyenne opérant sur la grande ville de Gatineau (Québec) et dont le système de perception par cartes à puce est opérationnel depuis 2001. Le premier objectif, développé dans le Chapitre 4, consiste à caractériser la normalité des déplacements des usagers sur le réseau, c'est-à-dire à identifier les éventuelles tendances et autres phénomènes saisonniers et de quantifier ces variations de fréquentation. Cette première étude à caractère exploratoire aborde plusieurs axes d'analyses comme le type d'usager, l'échelle temporelle, l'influence des vacances et des jours fériés ainsi que le mode de paiement. Cette partie de l'étude a notamment permis de mettre en évidence l'inégale répartition d'achalandage selon le type d'usagers et d'identifier des comportements clairement différents entre ces classes d'usagers. Il a été possible de montrer les différentes tendances, globalement à la hausse d'année en année, et les variations périodiques considérables principalement liées aux périodes vacances, à l'exception de la fréquentation des ainés. Le deuxième objectif, présenté dans le Chapitre 5, vise à étudier l'impact des conditions météorologiques sur l'achalandage quotidien du réseau. Globalement, l'influence des conditions météorologiques sur les déplacements s'avère ardue à identifier et à quantifier à l'échelle quotidienne exception faite des ainés qui sont les plus affectés. Cependant, les conditions météorologiques extrêmes, fortes pluies et tempêtes de neige, entraînent des baisses d'achalandage plus ou moins spectaculaires selon le type d'usager. Ces deux études sont dépendantes car les résultats obtenus lors de la partie sur la normalité des déplacements sont amplement exploités lors de l'étude de l'impact des conditions météorologiques. La méthodologie adoptée, exposée lors du Chapitre 3, vise à l'obtention de résultats clairs et concrets et repose sur l'exploitation de la propriété désagrégée des données de cartes à puce, l'enrichissement avec des données calendaires et météorologiques, l'utilisation d'opérations statistiques élémentaires et des outils Excel.  ABSTRACT: Nowadays, the public transport development represents a growing concern. It can mostly be explained by the spreading of urbanization, the demographic growth, the congestion of transport networks and the environmental awareness. The willing to extend and to improve the public networks implies that transit agencies have to adapt their process and the technologies they use. Smart card technology is used in many other sectors than transport and is very promising in public transport. Indeed this technology includes many advantages for users with regard to payment and access convenience as well as for transit agencies for planning and operational optimization in particular. Compared to household travel surveys, smart card automated fare collection systems allow to gather continuously huge amounts of data on an entire public transport network. The generated databases represent a mine of information about users' behavior. The smart card use in public transport is booming so several researches have been conducted to measure the potential of this technology and to work out analysis methodologies. However, the research effort must be carry on about smart card data analysis to improve users' behavior understanding and results implementation in planning and operation process, which is the main goal of this study. The literature review presented highlights the huge potential of smart card data and consitute a frame for the performed studies, confronting smart card technology to other data collection methods and then exposing current knowledge about the two main objectives of this research. Thus the studies carried out in this research aim to reach two main goals and have been performed thanks to an almost six years of smartcard dataset collected by the Société de Transport de l'Outaouais (STO). This medium sized transit agency based in Gatineau, Québec, has an operational smartcard system since 2001. The first goal, presented in Chapter 4, aims to characterize ridership normality on the network which means to identify and quantify trends and other seasonal variations in ridership. This exploratory study goes into smart card data in depth in regard to the category of user, the temporal scale, the impact of holiday and public holiday and the method of payment. This part of the study gave prominence to unequal share of ridership between the different types of users and to detect several behaviors according to these types of users. Overall increasing trends and periodic variations linked to holiday and public holiday have been identified, excepted for elder people. The second goal, presented in Chapter 5, aims to study the impact of weather on daily transit ridership. On the whole, weather implications on ridership are hard to identify and to quantify excepted for elder people who are the most affected. However, extreme weather like heavy rains and snowstorms implies more or less a significant drop in ridership depending on the type of user. These two studies are dependents because several results about ridership normality are taken in account in the analysis of weather impacts.


identifier: Driscoll, M. (2011). Design, Optimization, and Evaluation of a Fusionless Device to Induce Growth Modulation and Correct Spinal Curvatures in Adolescent Idiopathic Scoliosis  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La scoliose est une déformation musculo-squelettique complexe et tridimensionnelle de la colonne vertébrale. Les mécanismes de progression de la scoliose sont liés au principe de Hueter-Volkmann. Selon cette théorie, les chargements asymétriques des plaques de croissance altèrent la croissance du rachis (cunéiformisation des vertèbres). Une courbure scoliotique présentant un angle de Cobb supérieur à 50° nécessite généralement une intervention chirurgicale avec fusion rachidienne. Cette chirurgie implique des procédures particulièrement invasives et coûteuses, ce qui a incité plusieurs chercheurs à tenter de développer d‘autres alternatives. Des techniques minimalement invasives et sans fusion ont ainsi été élaborées pour contrôler et corriger un mauvais alignement de la colonne vertébrale avant qu'une progression trop importante des déformations scoliotiques ne se produise. Ces techniques tentent d'exploiter la croissance vertébrale résiduelle afin de corriger la cunéiformisation locale et d‘aboutir à un réalignement progressif du rachis. Les traitements sans fusion semblent également mettre en péril la santé du disque intervertébral à long terme et se limitent à une correction 2D (plan frontal) de déformations intrinsèquement 3D. Mieux comprendre biomécaniquement la progression des déformations scoliotiques permettrait de développer des dispositifs sans fusion plus efficaces. Cela serait une contribution importante et innovatrice à l'amélioration du traitement de la scoliose idiopathique adolescente (SIA). L'objectif global de cette thèse était le développement, l‘optimisation, et l‘évaluation expérimentale d'implants sans fusion afin de moduler la croissance et de corriger les déformations scoliotiques. Les objectifs spécifiques étaient de 1) développer un modèle par éléments finis (MEF) de la colonne vertébrale intégrant une modélisation de la croissance; 2) exploiter ce MEF pour étudier les facteurs biomécaniques impliqués dans les mécanismes de progression de la SIA; 3) exploiter le MEF pour analyser la biomécanique des dispositifs sans fusion existant actuellement et repérer les améliorations pouvant être apportées à ces dispositifs; et 4) exploiter la plate-forme de conception conçue (analyses in silico, in situ, et in vivo) pour développer, optimiser, et valider de nouveaux dispositifs sans fusion modulateurs de croissance pour la correction des déformations de la SIA.  ABSTRACT: Scoliosis is a spinal musculoskeletal deformity defined by a 3D deformity of the spine. The pathomechanism of scoliotic progression may be in part explained by the Hueter-Volkmann principle. This theory describes how increased loading of growth plates will reduce regular growth rates while the converse is also accurate. Further, when extended to the pathogenesis of scoliosis, it defines how asymmetric loading of the vertebral bodies leads to the progression of the deformity via vertebral wedging. Currently, a scoliotic curve reaching a magnitude of 50° Cobb deformation requires surgical intervention involving instrumentation and spinal fusion. The process of fusion is among the most invasive and expensive procedures, which has motivated several researchers to develop other alternatives. The development of a less invasive technique, to control and correct a spinal misalignment before undesirable progression occurs, has subsequently been explored. Several fusionless devices have been developed that attempt to manipulate vertebral growth to correct vertebral wedging and, consequently, realign the spine. However, to date, these approaches have yet to be adopted in a clinical context. Moreover, devices actively pursued seemed to imperil the long term health of the intervertebral disc while corrective attempts are restricted to the unilateral manipulation of a 3D deformity. Therefore, enhanced biomechanical understanding of AIS pathomechanism in conjunction with the development of early and less invasive interventions would offer an important contribution to the improved treatment of AIS. The global objective of this thesis was to design, optimize, and evaluated experimentally fusionless device concepts to induce growth modulation and correct spinal curvatures in adolescent idiopathic scoliosis (AIS). The specific objectives were to: 1) develop a FEM of the spine with integrated growth dynamics; 2) exploit the FEM to explore biomechanical factors involved in the pathomechanism of AIS; 3) exploit the FEM to analyze biomechanically current fusionless growth sparring devices to identify available avenues of improvement; and 4) exploit the devised developmental platform (in silico, in situ, and in vivo analyses) to develop, optimize, and validate novel and improved fusionless growth modulating devices for AIS.


identifier: Abbas Mahamat, A. (2011). Analyse de sensibilité dans un contexte de prévision du prix des métaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire explore le concept d'analyse de sensibilité dans un contexte de prévision. On s'intéresse à un indice du prix des métaux (codé sous le terme WPU10) publié  par le bureau américain de la statistique du travail ou « Bureau of Labor Statistics » (BLS). Pour ce faire, on utilise la décomposition de l'indice WPU10 fournie par le BLS pour construire un indice synthétique répliquant son comportement que, dans une seconde phase nous utiliserons pour  faire des prévisions à l'aide du principe de processus de diffusion développé en finance. On fait intervenir des notions telles que ceux de processus stochastiques, de factorisation de Cholesky et des techniques de simulations comme celle de Monte Carlo. Enfin, nous comparons le modèle développé en termes de flexibilité et de précision dans la prédiction à un modèle plus classique de prédiction de série temporelle.  ABSTRACT: The main subject of this thesis is about the scientific principle of sensitivity analysis, where we studied the volatility of a metal price index published by the American Bureau of Labor Statistics (BLS) coded under the term WPU10. Thus we have developed a forecast model of the index of interest based on a Monte Carlo simulation using a multivariate random number matrix generated through a Cholesky factorization. In addition we have compared the efficiency of our forecast model to another model based on the study of time series using auto regression.


identifier: Chevriot, M. (2011). Dynamique du modèle d'affaires des entreprises pharmaceutiques favorisant la collaboration au sein du secteur des sciences de la vie au Canada  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le secteur des sciences de la vie, l'innovation réside davantage dans une structure en réseau que dans l'individualité des entreprises. Les entreprises pharmaceutiques, acteur de ce secteur, ont pour but d'amener cette innovation jusqu'au client. Pour cela, elles ont des relations inter-organisationnelles avec des acteurs issus de milieu professionnel comme les entreprises de biotechnologies, les entreprises de technologies, etc., mais aussi du milieu académique comme avec les universités ou collèges. Les entreprises pharmaceutiques sont l'interface du secteur des sciences de la vie avec le marché et le client. En effet, elles font partie du modèle d'alliances ou collaborations triparties entre les établissements d'enseignement et des entreprises de biotechnologies. Cependant, ces entreprises pharmaceutiques évoluent dans un contexte environnemental hautement concurrentiel et innovateur : les phases de recherche et développement sont de plus en plus longues et demandent d'importantes sources de financement avant qu'elles perçoivent les revenus générés par la commercialisation des produits ou procédés. Dans cet environnement, les entreprises pharmaceutiques mettent en place des stratégies d'alliances et de collaborations avec divers acteurs du secteur des sciences de la vie. Ces rapprochements ont pour objectif d'accéder ou d'acquérir des ressources dont elles ne disposent pas en interne : brevets ou licences, personnel, compétence, expertise, etc. Chaque alliance et collaboration permet aux pharmaceutiques de répondre à des besoins différents et de rester concurrentiel face à la demande du client. Cependant, il existe des obstacles et des risques associés pour les pharmaceutiques dans ces relations inter-organisationnelles. Une entreprise qui souhaite faire une alliance ou une collaboration peut être dans l'impossibilité de faire ce rapprochement souhaité pour diverses raisons. En effet, elles peuvent se heurter à l'impossibilité de trouver un partenaire répondant à leur besoin ou encore à la perception des risques relationnels du partenaire au sujet des alliances ou collaborations. Malgré le fait que ces rapprochements ont pour but de répondre aux besoins des pharmaceutiques, ces situations comportent néanmoins des risques. En effet, ces alliances et collaborations ont comme principal risque : la non-performance. Dans l'industrie des pharmaceutiques, on parle souvent du risque financier, c'est-à-dire d'investir dans un projet stérile ou qui ne répond pas à l'attente que l'on en avait.  ABSTRACT: In the life sciences sector, innovation lies more in a network structure than in individual companies. The pharmaceutical companies aim at bringing such innovation to the customer. They have inter-organizational relations with industrial actors like biotechnology and technology companies, as well as with universities and colleges. Pharmaceutical companies are, indeed, members of a tripartite model with biotechnology companies and universities/colleges through their organizational linkages.  At the same time, these pharmaceutical companies evolve in a highly competitive and innovative environment : the research and development phases are becoming longer and longer and ask for more funding before they receive returns, which are generated by products or processes commercialization. In order to access or acquire resources that are not in-house: for instance patents or licenses, staff, skill, expertise, etc., pharmaceutical companies form alliances and collaboration strategies with actors of life sciences sector. Alliances and collaboration allow pharmaceutical companies to respond to customer demand and to remain competitive. However, there are obstacles and risks associated with these inter-organizational relations. First of all, a pharmaceutical company can fail to form an alliance or collaboration because there might be no suitable partner that answers their need. Moreover, relational risks perception of the partner is an obstacle too. In spite of that, the main risk, is the non-performance risk. In the pharmaceutical industry, financial risk, that is to fund a fruitless project or an investment that does not meet the initial expectations is often underlined as a major risk. Our study observes these different aspects of alliances and collaborations. Actually, we focused on the pharmaceutical companies' dynamics which promote alliances and collaborations within the Canadian life sciences sector. But the prospects were approached during our semi-structured interviews with the organizations and the actors that get in touch with pharmaceutical firms, and during our interviews with pharmaceutical companies. These companies would like to focus on collaborations more and more upstream, with universities.


identifier: Ghezzaz, H. (2011). Méthode systématique de conception pour comparer les procédés de bioraffinage intégrés dans une usine existante de pâtes et papiers  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie canadienne de pâtes et papiers fait présentement face à de nombreux défis et à un ensemble de facteurs pouvant compromettre son développement et sa position compétitive sur le marché mondial. Parmi ces facteurs, on peut citer : la concurrence des usines papetières modernes situées dans des pays émergents où les économies d'échelle sont plus importantes et les coûts de production sont plus avantageux, l'augmentation continuelle de la facture énergétique et des coûts de fibres, la nature énergivore de cette industrie et son important impact sur l'environnement. Pour faire face à cette situation, une nouvelle tendance a vu le jour et commence à susciter de plus en plus l'intérêt des scientifiques et des industriels : la bioraffinerie forestière intégrée. Elle consiste à implanter dans les usines de pâtes et papiers existantes des procédés de traitement de biomasse pour produire de l'énergie et des produits chimiques verts. La bioraffinerie forestière représente une opportunité unique pour l'industrie forestière afin d'assurer sa durabilité en lui permettant de se transformer et de diversifier son portefeuille de produits. La bioraffinerie forestière utilise différents types de biomasse comme matière première pour produire de l'énergie, une variété de combustibles liquides, un grand nombre de produits de commodité et de spécialité, une large gamme de polymères et de biomatériaux. Les usines de pâtes et papiers désirant saisir cette opportunité et implanter la bioraffinerie forestière, doivent faire face à un nombre de choix très considérable d'options de procédés de bioraffinage possibles. En effet, il existe plusieurs types de biomasse qui peuvent être utilisés comme matière première, différentes technologies de prétraitement et de traitement et un grand nombre de bioproduits potentiels. Mais ce choix s'avère aussi critique et décisif pour les usines dans la mesure où seulement un nombre limité de ces options peut assurer la réussite de la transformation de ces usines en bioraffinerie, trouver les bons compromis avec des facteurs critiques de conception comme le coût, la qualité et la disponibilité de la biomasse, la fiabilité des technologies, le volume et l'emplacement géographique du marché des bioproduits. Les usines de pâtes et papiers doivent évaluer toutes les options de procédé possibles afin que les meilleures opportunités puissent être identifiées et ainsi réduire le risque de manquer une ou plusieurs options prometteuses. Ceci constitue un défi de conception de procédé majeur du fait vi qu'il n'est pas possible d'évaluer toutes les options de bioraffinage dans des phases de conception détaillée et il n'est pas faisable de déterminer leurs performances économiques et environnementales avec précision en utilisant des modèles de procédé et de coûts détaillés. Il est alors impératif d'éliminer les options de procédé les moins prometteuses au stade préliminaire du processus de conception et réduire ainsi le nombre d'options à évaluer dans les phases de conception détaillée. L'objectif global de ce projet de maîtrise est de définir une méthode systématique de conception pour comparer, identifier et éliminer les options de procédé de bioraffinage non prometteuses pour une usine existantes de pâte et papiers au stade préliminaire du processus de conception de procédé. Ceci va permettre alors de gérer la complexité de la bioraffinerie en réduisant le nombre d'options de procédé qui devront être évaluées dans les phases de conception détaillée. Les objectifs spécifiques sous-jacents à cet objectif global sont : (1) développer une approche de conception basée sur une évaluation techno-économique associée à une analyse systématique des risques de procédé pour comparer les options de bioraffinage intimement intégrées aux procédés d'usines de pâtes et papiers (2) démontrer une méthode de conception pour comparer et éliminer les options de bioraffinage quasi autonomes non prometteuses (3) comparer et trier les procédés de bioraffinage intimement intégrés et ceux qui sont quasi autonomes en considérant la stratégie et les objectifs à long terme des usines de pâtes et papiers. Le projet a été mené dans un contexte réel en considérant une usine intégrée de pâte et papiers située dans l'est canadien. Toutes les évaluations réalisées dans le projet sont basées sur une compréhension approfondie du principe d'opération du procédé existant et des technologies de bioraffinerie sélectionnées, les méthodes d'estimation de coûts et d'évaluation technoéconomique de procédé. L'approche méthodologique utilisée dans le projet est fondée sur 4 étapes principales. La première étape consiste en la modélisation et l'analyse du procédé de base, ainsi que la collecte des informations techniques et financières nécessaires pour l'évaluation techno-économique des technologies de bioraffinage à intégrer au procédé existant. Cette étape a été réalisée durant la vii période de stage à l'usine hôte du projet. La deuxième étape consiste en l'évaluation et la comparaison des options de bioraffinage intimement intégrées au procédé existant. La troisième étape consiste dans l'évaluation techno-économique et comparaison des procédés de bioraffinage à implanter en parallèle au procédé de mise en pâte existant. La dernière partie consiste à comparer les deux types de procédés de bioraffinage considérant la stratégie à long terme de l'usine de pâte et papiers. L'analyse de larges blocs a été utilisée comme approche de modélisation de procédé et de coûts. Cette approche consiste à modéliser les options de procédé en utilisant de larges blocs regroupant plusieurs opérations unitaires du procédé. Ceci permet d'établir des bilans de matières et d'énergie, ainsi que des modèles de coûts avec peu de détails mais avec une précision suffisante pour les besoins de décision au stade préliminaire du processus de conception. L'utilisation de l'analyse de larges blocs permet de cerner la problématique de conception au stage préliminaire du processus de conception. Cette méthode d'analyse permet en effet de : · Modéliser un nombre important d'options de procédé avec un effort et dans de délais de temps raisonnables, · Donner suffisamment de renseignements et de précision pour les besoins de prise de décision au stade préliminaire du processus de conception, · Utiliser les mêmes bases d'évaluation et le même niveau de détails, ce qui rend la comparaison entre les différentes options de procédé cohérente et permise. Deux options de procédé intimement intégrés ont été évaluées dans ce projet: la technologie LignoBoost pour précipiter la lignine de la liqueur noire et le procédé de pré-extraction d'hémicellulose VPP. Les deux procédés ont été évalués dans le contexte de désengorgement du procédé existant pour augmenter sa capacité de production. Le potentiel de désengorgement par l'implantation des deux options de procédé a alors été évalué, les risques d'intégration et d'impacts sur le procédé de base ont été analysés et la rentabilité de ces deux options a été évaluée. Les résultats de cette partie de l'étude ont montré l'intérêt et l'implication de l'analyse de risque de procédé sur les choix des options de procédés intimement intégrées. En effet, le procédé VPP a été préféré à la technologie LignoBoost même si la rentabilité de l'option avec LignoBoost est nettement plus élevée. Ceci est dû aux risques et impacts négatifs possibles sur les opérations du procédé de base que peut engendrer l'implantation de LignoBoost. viii Pour comparer les options quasi autonomes à implanter dans le site de l'usine, un inventaire de la biomasse disponible autour de l'usine a été réalisé. Cet inventaire a permis d'identifier les types de biomasse pertinents pour l'usine. Des courbes d'approvisionnement en biomasse ont été aussi construites. Différentes options biochimiques et thermochimique pour produire une variété de produits à partir des types de biomasse ont été définies et évaluées. Les facteurs liés à la qualité et à la disponibilité de la biomasse ont été incorporés dans les modèles de procédé et de coûts. Ceci a permis d'impliquer la qualité et la disponibilité de la biomasse dans les évaluations techno-économiques et ainsi dans l'identification des options quasi autonomes prometteuses et leurs capacités de production appropriées. Les résultats de cette partie de l'étude ont montré par exemple l'effet que peut avoir la qualité de biomasse sur le choix entre les procédés thermochimiques et biochimiques et l'effet de la disponibilité de la biomasse sur le choix de leurs capacités appropriées. Les options prometteuses intimement intégrées et quasi automnes ont été par la suite comparées et triées en considérant un certains nombre de scénarios reflétant les stratégies à long terme des usines de pâtes et papiers. L'une des conclusions de cette comparaison est qu'une usine désirant rester compétitive dans son marché traditionnel devrait opter pour une option de procédé intimement intégrée, alors qu'une usine désirant diversifier les sources des ses revenus et se transformer en bioraffinerie devrait opter pour une option de bioraffinage quasi autonome. Ce travail de recherche a permis de définir une méthode systématique de conception pour éliminer les options de procédés de bioraffinage non prometteuses pour une usine existante de pâte et papiers au stade préliminaire du processus de conception. La méthode permet alors de réduire la complexité de la bioraffinerie en minimisant le nombre d'options de procédé à évaluer aux phases de conception détaillée. Les options intimement intégrées non prometteuses peuvent être éliminées suite à l'analyse de risque technologique et d'impacts négatifs sur le procédé existant. Les facteurs liés à la qualité et à la disponibilité de la biomasse autour de l'usine sont incorporés dans l'évaluation techno-économique des options quasi autonomes, ce qui permet d'identifier et éliminer les options non prometteuses. Enfin les deux types d'options de procédés sont comparés et triés considérant la stratégie à long terme de l'usine de pâte et papiers.  ABSTRACT: The Canadian Pulp and Paper industry is currently facing many challenges due to a set of factors that affects its development and its competitive position in the global marketplace. Among these factors are included competition from modern mills located in emerging countries where the production costs are lower, and the increasing costs of energy and fiber. Moreover, due to its energy-intensive nature, the industry has an important environmental footprint that needs to be dealt with. To overcome these factors, forest companies have become increasingly interested in the integrated forest biorefinery. It consists of implementing biomass treatment processes for the production of green energy and value added bioproducts into existing pulp and paper mills. The integrated forest biorefinery represents one of the most attractive means for forest companies to improve their sustainability, develop their activities and diversify their product portfolio. The forest biorefinery is envisioned to use different types of biomass feedstocks for the production of energy, liquid fuels, a large number of commodity and specialty products, as well as a variety of polymers and biomaterials. To implement a biorefinery, pulp mills are faced with a high number of choices in the early phases of decision making related to the large number of possible biorefinery process options, potential bioproducts, pretreatment and treatment technologies. However, this choice is also critical for these mills as only a limited number of those process options can guarantee their successful transformation into biorefineries and can deal with critical factors such as cost, biomass availability and quality, the reliability of technologies, volume and location of the bioproducts market. To be able to identify the best opportunities and reduce the risk of missing one or more of the most promising options, pulp and paper mills must evaluate all the possible process options. However this constitutes a major design challenge as it is not possible to evaluate all the possible options in detailed design phases and it is not feasible to measure their economic and environmental performances using detailed process and cost models. It is therefore imperative to eliminate less promising biorefinery options at the early design stage, so that the number of options to be assessed in detailed design phases is reduced. x The overall objective of this master's project is to define a systematic design method for comparing, identifying and screening out the less promising biorefinery process options for an existing pulp and paper mill at the early design stage. This method manages the biorefinery design process complexity by reducing the number of process options to be evaluated in the detailed design phases. The specific objectives underlying this overall objective are (1) to develop a design approach based on a techno-economic assessment associated with a systematic process risk analysis to compare the biorefinery options closely integrated into the existing pulp and paper mill (2) to demonstrate an early stage process design method for comparing and screening out the less promising quasi-standalone biorefinery process options (adjacent biorefinery which has its own process and that does not interfere directly with the existing process operations) (3) to compare and to sort biorefinery process options belonging to the two biorefinery categories (closely integrated vs. quasi-standalone biorefinery process options) considering the strategy and long term objectives of the pulp and paper mill. The project was conducted in an industrial context considering an integrated pulp and paper mill located in eastern Canada. All the performed evaluations in this study are based on a deep understanding of the principle of operation of the case study mill process and of the evaluated biorefinery technologies, methods of costs estimation and techno-economic assessment. The approach used in the project is based on four main steps. The first step consists of the modeling and analysis of existing process operations, and the collection of the technical and financial data needed for the techno-economic evaluation of biorefinery technologies integrated into the existing pulp and paper mill. The second step consists of the evaluation and comparison of biorefinery process options closely integrated into the existing process. The third step involves the techno-economic assessment and comparison of biorefinery processes to implement in parallel to the existing fiber lines. The last part is a comparison of the two types of biorefinery processes considering the long-term strategy of the pulp and paper mills. Large blocks analysis was used for process and cost modeling. It models the process options by gathering many unit operations of the considered processes into large blocks, or departments. xi This helps to establish mass and energy balances and cost models with lower level of detail but with sufficient accuracy for the needs of decision at the early design stage. This method enables: · The modeling of a large number of process options with a reasonable effort and time, · The generation of sufficient information and details for decision-making at the early design stage, and · The utilization of the same evaluation basis and the same level of detail which makes comparison between different options possible and consistent. Two options closely integrated into the case study mill have been evaluated: LignoBoost technology for lignin precipitation from black liquor and a hemicellulose pre-extraction process (value prior-to-pulping - VPP). Both process options were evaluated in the context of recovery cycle debottlenecking for production increase at the case study mill. The potential for debottlenecking by the implementation of those two process options was analyzed. Technology risk and negative impacts on the operations of the case study mill process have been assessed. The results of this part showed the implications of technology risk on the selection of promising biorefinery process options closely integrated into the existing pulp and paper mill: the VPP process was preferred to the LignoBoost technology although the profitability of the option with LignoBoost is much higher. This is due to the risks and possible negative impacts on the operations of the existing process that can appear with the implementation of LignoBoost. To be able to compare the quasi-standalone process options, biomass inventory was made and the pertinent types of biomass for the mill were identified. Biomass supply curves of each type of biomass were then developed. Biochemical and thermochemical process options using the identified types of biomass and producing different types of products were defined. Factors related to the quality and availability of biomass have been incorporated into the process and costs models. This makes it possible to include biomass-related factors in the techno-economic assessment and to show the implications of the biomass availability and quality in the selection of promising biorefinery options and their corresponding production capacities at the early design stage. The results of this part of the study showed, for example the effect of the quality of biomass on the choice between thermochemical and biochemical processes and the effect of biomass availability on the selection of their suitable capacities. xii Promising closely integrated process options and quasi standalone options were then compared and sorted according to a set of scenarios reflecting the long-term strategies of pulp and paper mills. One of the conclusions of this comparison is that a mill should select a process option closely integrated if the strategy of the mill is to stay competitive in the same core business. However, the mill should select a quasi-standalone biorefinery option if its objective is to diversify its revenue and to convert to a biorefinery. A systematic early process design stage method for screening less promising biorefinery processes option for an existing pulp and paper mill has been defined. The method enables the reduction and management of the complexity of biorefinery design by decreasing the number of process options to be evaluated in detailed design stages. The less promising closely integrated options were screened out considering the process risk. Factors related to the quality and availability of biomass around the mill were incorporated into the techno-economic evaluation to help in the identification and elimination of less promising quasi-standalone process options. Finally, the two categories of process options were compared and sorted according to a set of scenarios reflecting the long-term strategy of the pulp and paper.


identifier: Poudelet, V. (2011). Opérationnalisation de l'analyse du cycle de vie pour le développement de nouveaux produits  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet porte sur l'opérationnalisation de l'ACV dans le but d'intégrer des critères environnementaux dans la prise de décision des concepteurs de produits lors des phases préliminaires de conception. Ce mémoire détaille les différentes étapes parcourues pour intégrer ces critères au sein du processus de décision d'une entreprise développant des produits d'hygiène féminine. Cette intégration a été possible grâce au développement d'un outil d'aide à la décision établi à l'aide d'une approche de réingénierie. La prise en compte de critères environnementaux lors des phases préliminaires de conception est primordiale. En effet, les décisions prises lors de ces phases influencent la majorité des impacts environnementaux d'un produit. Parmi les méthodes d'évaluation environnementale disponibles dans la littérature, l'ACV apparaît comme la plus rigoureuse. Fondée sur une approche holistique, elle permet de quantifier différents impacts potentiels générés sur l'ensemble du cycle de vie d'un produit. Cependant la complexité de l'ACV limite son intégration et son utilisation lors des phases préliminaires de conception. C'est pourquoi elle intervient le plus souvent à la fin du processus de développement de produits. À ce stade, les données disponibles pour l'étude sont de bonne qualité, mais les possibilités d'amélioration du produit sont  minimales. Pour remédier à ce problème l'ACV doit être intégrée au sein d'un outil développé en fonction des différents paramètres intervenant dans le processus de décision concerné. L'hypothèse de recherche sur laquelle se base ce projet est : l'éco-conception de nouveaux produits est facilitée par un outil d'aide à la décision qui intègre l'expertise de l'ACV et qui est adapté au processus de développement de produits de l'entreprise concernée. Pour y répondre, deux objectifs ont été établis : 1) réaliser un diagnostic du processus de décision existant et 2) développer un outil d'aide à la décision adapté.  Le diagnostic est effectué dans le but de comprendre le processus de décision existant, afin d'en identifier les améliorations possibles. Pour encadrer ce diagnostic, une méthodologie de réingénierie a été établie. Chaque  étape de cette méthodologie est bien définie afin d'assurer sa réalisation. Durant ce diagnostic, les différentes activités, rôles et responsabilités de chacun des acteurs du processus sont détaillés dans le but d'identifier les opportunités d'intégration de critères environnementaux. De plus, le diagnostic a permis de déterminer les caractéristiques du nouveau processus ainsi que celles de l'outil d'aide à la décision nécessaire. À partir de ces éléments, l'outil a été développé. Son développement s'est effectué en trois étapes : la modélisation du fonctionnement, la construction de la base de données et le développement de l'interface utilisateur. Ainsi, l'outil permet de comparer plusieurs choix de conception (au niveau composant ou au niveau produit) selon des indicateurs de coûts et des indicateurs environnementaux, fondés sur une ACV. Pour faciliter l'évaluation environnementale seules les phases les plus contributrices du cycle de vie ont été prises en compte (i.e. les phases d'extraction et d'approvisionnement des matières premières). Les résultats de chaque comparaison sont présentées de deux manières différentes : soit ils se rapportent à une entité de référence (i.e. un composant ou un produit), soit ils se rapportent à la valeur maximale (donc la pire) de chaque indicateur considéré. Plusieurs représentations graphiques ont également été mises en place afin de faciliter la prise de décision. Dans le nouveau processus de décision, seules les informations sur la composition des entités comparées sont nécessaires, ce qui permet d'utiliser facilement l'outil lors des phases préliminaires de conception. Le concepteur du produit peut alors faire ses choix en considérant directement leur dimension environnementale, en plus de leurs coûts. Le projet réalisé démontre que l'éco-conception de nouveaux produits est facilitée par un outil d'aide à la décision, intégrant l'expertise de l'ACV, et adapté au processus de développement de produits de l'entreprise.  ABSTRACT: This project aims to explore the operationalization of life cycle assessment (LCA) in an effort to integrate environmental criteria into product designers' decision-making process in the early product development phases. The paper details the various steps taken to include these criteria in the decision-making process of a feminine hygiene product manufacturer through the development of a decision-support tool based on a reengineering approach.  Accounting for environmental criteria in preliminary design phases is fundamental, since early choices dictate most of a product's environmental impacts. Of all current environmental assessment methods described in the literature, LCA is the most rigorous. Stemming from a holistic approach, LCA quantifies the potential impacts generated throughout a product's life cycle. However, the complexity of LCA limits its integration and use in the earliest design phases, and it is therefore most often used at the end of the development process. In these later phases, available data is of good quality but there are few ways to enhance the product. To remedy the situation, the LCA must be integrated into the tool that is developed, according to the various parameters of the decision-making process.  This project hypothesis is as follows: A decision-support system that integrates LCA expertise and is adapted to a manufacturer's product development process facilitates new product development. Two objectives were set out to confirm this hypothesis: 1) carry out a diagnostic of the current decision-making process; 2) develop a specific decision-support tool.  The current process will be assessed to ensure that it is fully understood and to determine any enhancements that could be made. A business process reengineering (BPR) methodology was set out to provide a framework for the evaluation. Each step in the methodology is clearly designed to ensure implementation. During the diagnostic, the various activities and roles and responsibilities of each person involved in the process will be established in order to determine environmental criteria integration opportunities. In addition, the assessment helps to determine the characteristics of the new process and required decision-support tool. The tool was established based on these elements in three steps (operation modeling, database compilation and user interface development) and therefore makes it possible to compare design alternatives at the component and product levels based on cost and environmental indicators, as set out in an LCA. To facilitate the environmental assessment, only the phases that post the greatest contributions to the life cycle were taken into account (i.e. the raw materials extraction and supply phases). The results of each comparison are presented in two formats, either in comparison to a baseline element (i.e. a component or product) or in comparison to a maximal value (worst-case scenario) for each indicator in the assessment. Several graphs were included to facilitate the decision-making process.  In the new decision-making process, only comparative information on unit makeup will be required, facilitating the use of the tool in the preliminary design phases. The product designer will thus be able to make choices based on environmental aspects and cost. The project demonstrates that a decision-support system that integrates LCA and is adapted to a specific product development process facilitates new product ecodesign.


identifier: Koutsaris, C. (2011). Metallic Foam Formation During Continuous Hot-Dip Galvanizing of Steel Sheet  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis la révolution industrielle, le revêtement de l'acier par le zinc a été utilisé pour améliorer la durabilité et la performance des structures. Les revêtements de zinc fournissent un moyen économique de protection de l'acier contre la corrosion. Cette protection pourrait économiser  d'un pays industrialisé au moins 4% du PIB à chaque année. La fabrication de structures utilisant de l'acier zingué ou galvanisé est caractérisée par un ensemble unique de propriétés: haute résistance, formabilité, poids léger, résistance à la corrosion, l'esthétique, recyclablilité et faible coût. L'acier galvanisé est utilisé pour la fabrication des appareils ménagers et dans des structures industrielles, domestiques et décoratives. Toutefois, l'application la plus importante en valeur commerciale est l'acier galvanisé en formes de tôles destiné pour la fabrication de carrosseries d'automobiles. Les tôles avec ce revêtement sont produites dans un processus complexe métallurgique de galvanisation en continu. Deux différentes couches sont produites commercialement. Ce qui distingue les revêtements est la composition du bain et le traitement thermique subséquent. Le produit galvanneal (GA) utilise un bain contenant 0.11 à 0.14 % Al et subit un traitement thermique à la sortie du bain. Le produit galvanisé (GI) utilise un bain contenant 0.16 à 0.20 % Al et ne subit pas un traitement thermique.       Les rouleaux d'acier de différentes largeurs et épaisseurs sont déroulés et ensuite revêtus en continu par l'immersion rapide dans un bain d'alliage de zinc liquide à une température entre 450 °C et 480 °C. Une des préoccupations majeures affectant le processus de revêtement est la perte de zinc liquide en forme d'écumes. Les écumes sont des mousses métalliques qui sont produites dans la région où la tôle d'acier sort de la cuve de galvanisation. La formation des écumes est due aux conditions d'écoulement turbulent et à l'atmosphère oxydante dans cette région. Ce produit, appelé «skimmings» est écumé de la surface du bain et traité ultérieur pour récupérer le zinc. La présente porte sur l'étude du mécanisme de formation des skimmings et sur sa caractérisation.  Le travail fait partie d'un projet parrainé par l'International Lead and Zinc Research Organization (ILZRO) intitulé ZCO-55: «Minimisation of skimmings formation in the galvanizing bath». L'objectif général de ce projet consiste d'étudier l'interaction de l'air provenant des couteaux d'essuyage (air knives) et le zinc qui est retourné vers le bain le long de la bande émergent. Deux compagnies ont accepté de participer à cette étude; ArcelorMittal Cleveland et U.S.Steel Hamilton. Ces deux aciéries ont contribué des échantillons de skimmings provenant de leurs opérations de galvanisation afin d'étudier leur taux de production d'écume et leur morphologie. Par ailleurs, seulement ArcelorMittal a fourni des feuilles de données des paramètres d'opération. Ces données ont été enregistrées pendant la période d'Octobre 2008 à Mars 2009. Les donnés ont été étudiés et traités afin de déterminer les paramètres du procédé qui avaient le plus grand effet sur la production de skimmings. Aussi, deux différentes expériences en laboratoire ont été réalisées pour simuler la formation des écumes dans le bain de zinc liquide en utilisant un creuset fermé rempli de zinc liquide, un agitateur en acier et un jet de gaz. Les résultats ont montré que le taux de formation des écumes augmente avec la vitesse de rotation de l'agitateur. Aussi, les alliages GI exposés au jet d'air produisent plus d'écumes par unité de temps que les alliages GA exposés au jet d'azote. Finalement, le taux de formation des écumes a diminué quand le creuset était couvert. Les résultats des deux cas ont été comparés pour illustrer les différences entre un creuset ouvert en utilisant un jet d'air. Une deuxième expérience a été réalisées pour simuler le transfert de mass des constituants dans le zinc liquide et l'air sur la surface du bain de galvanisation en se servant d'un jet d'air submergé dans un creuset rempli de zinc liquide. Les coefficients de transfert de mass de l'aluminium et du fer dans une solution liquide de zinc ont été évalué et ils se comparent favorablement  avec la littérature.  Caractérisations des écumes Des particules intermétalliques peuvent aussi se former dans le bain pendant la galvanisation en continu. Ces particules sont également connues comme «dross». Le dross est composé des intermétalliques Al-Fe contenant  du Zn (top dross) ou des intermétalliques Fe-Zn avec de l'Al (bottom dross). L'origine de ces particules est du à la réaction de fer dans la solution lors de l'immersion des tôles d'acier qui réagissent avec le zinc et l'aluminium selon leur solubilité. Il se forme une première couche intermétallique de Fe2Al5 à la surface de l'acier. Cette couche est très adhérente sur laquelle se fait le dépôt de l'alliage du bain. Des particules de dross continuent à précipiter dans le bain pendant le fonctionnement normal de la ligne de galvanisation. Top dross, Fe2Al5Znx (phase η), est principalement formé au cours de l'opération GI. Ces particules flottent à la surface du bain, car les particules sont moins denses que la solution de zinc. Bottom dross, FeZn10Aly (phase δ), est principalement formée dans l'opération GA. Ces particules se déposent au fond du bain, car ils sont plus denses que la solution de zinc. Cependant, il est aussi possible que les particules de phase η et δ coexistent lors des opérations de GI. La galvanisation en continue est rarement, sinon jamais, un processus à l'équilibre. Les fluctuations constantes de la température, de la teneur en aluminium et de fer dans différentes régions du bain empêchent la solution d'atteindre l'équilibre chimique. Néanmoins, les diagrammes de phase du système Zn-Fe-Al ont été développées afin de mieux comprendre les conditions thermodynamiques dans lesquelles se forment le top dross et le bottom dross. Pour un bain de galvanisation à l'équilibre chimique à 460 °C, la phase η, δ et le liquide coexistent à la composition d'aluminium d'environ 0,135 % en poids. En dessous de cette concentration d'aluminium, la phase δ précipite de la solution. La phase η précipite dans la solution lorsque le bain est au-dessus de 0,135 % Al en poids.  Les skimmings sont écumés de manière manuelle ou par méthode robotisée. En général, les skimmings constituent d'un mélange poreux de zinc liquide du bain, des oxydes et des particules de dross. Cependant, il est clair que la plupart des oxydes sont produites par le jet d'air des couteaux essuyages lorsque le gaz d'essuyage est de l'air. Le gaz d'essuyage et le flux de zinc qui retourne au bain repousse les skimmings vers les bords du bain. Les analyses statistiques provenant de l'industrie ont montré que la pression d'essuyage, l'hauteur des couteaux d'essuyages, la vitesse et la largeur de la tôle d'acier ont tous un impact sur le taux de formation des skimmings. Par conséquent, la dynamique des fluides du zinc liquide dans la région de sortie de la tôle a une importance critique dans la compréhension du mécanisme de l'interaction air-zinc, qui est à l'origine de la formation des skimmings.  L'oxydation du liquide  dans le bain de galvanisation en continu est contrôlé par le transfert des constituants liquides vers l'interface gazeux. Par conséquent, il est raisonnable de supposer que l'oxydation de l'alliage de zinc liquide ne produira pas un mélange d'équilibre de scories complexes de O, Zn, Fe et Al. Donc, ce travail suppose que la formation d'oxydes est le résultat des réactions chimiques suivantes: 〖Zn〗_((l))+1⁄2 O_(2_((g)) )→ZnO_((s)) 2〖Al〗_((l))+3⁄2 O_(2_((g)) )→〖Al〗_2 O_(3_((s)) ) 2〖Fe〗_((l))+3⁄2 O_(2_((g)) )→〖Fe〗_2 O_(3_((s)) ) Les expériences en laboratoire de bullage de l'air dans le bain liquide ont simulé ces réactions à l'interface gaz-liquide. Il existe une littérature considérable sur le comportement et la réaction de bulles de gaz dans les liquides à température ambiante. Cependant, la littérature sur la réaction de bulles de gaz dans les métaux liquides à haute température est très limitée. Les difficultés de l'expérimentation à haute température empêchent également le progrès concernant l'interaction entre la bulle de gaz et le métal liquide. D'importance particulière est l'estimation de la taille des bulles générées par un tube submergé avec un débit de gaz contrôlées pour la détermination expérimentale des coefficients de transfert de masse pour les interactions entre les bulles et le métal liquide. Certains chercheurs ont montré que le comportement de bulles de gaz dans les métaux liquides est semblable à celui des bulles dans les liquides à basse température sous certaines conditions.  Analyse des données industrielles et les résultats des essais en laboratoires  Le chapitre 3 est un document qui a été publié dans les comptes rendues du congrès de la Galvanizers Association Meeting (2009) tenue en Louisville, KY,USA. La publication présente une caractérisation des écumes produites par deux différentes lignes de galvanisations (ArcelorMittal Cleveland et U.S.Steel Canada). La ligne d'ArcelorMittal Cleveland utilise de l'air ou de l'azote comme gaz d'essuyage alors que la ligne d'U.S.Steel Canada utilise l'azote exclusivement. Le résultat de cette étude identifie les paramètres opérationnels qui on la plus grande influence sur la génération des skimmings. L'approche détaillée de l'analyse statistique utilisée dans cette étude est présenté dans l'Annexe 1. Les montants de skimmings générés par la ligne d'ArcelorMittal Cleveland pour des opérations galvanneal et galvanisé ont été examinés. L'analyse montre que le bain de GI produit plus de skimmings que le bain GA. En fait, le bain de GI produit 38% plus de skimmings par unité de temps au cours de la même période que le bain de GA. En plus, les microstructures illustrant les caractéristiques physiques et la composition des constituants des skimmings, déterminé par spectroscopie X à dispersion d'énergie, a aussi été présentée.  Le chapitre 4 est un document qui a été présenté à la 8th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet (Galvatech 2011) qui s'est tenue à Gênes en Italie. Cet article présente les résultats des essais en laboratoire simulant les conditions industrielles de la formation des skimmings. Les expériences consistent de l'agitation d'environ 20 kg de zinc fondu avec un agitateur en acier dans un creuset fermée ou ouvert. Au même temps, un jet d'azote ou d'air a été dirigé sur la surface liquide du bain. L'agitateur et le jet pourraient, respectivement, simuler la tôle mobile et les couteaux d'essuyages trouvés dans l'industrie. Ces expériences peuvent, simuler la région de sortie de la tôle dans un bain de galvanisation industrielle. Néanmoins, les tendances observées au chapitre 3 ont démontré que la génération d'écume dans des conditions laboratoire représente bien les conditions industrielles. À vitesse de rotation faible, les deux solutions GA et GI génèrent des quantités similaires de skimmings par unité de temps. D'autre part, la solution GI produit 51 % plus de skimmings par unité de temps à une vitesse de rotation moyenne et 143 % plus de skimmings par unité de temps à une vitesse de rotation élevée. La constatation de l'effet de la composition du bain et le degré d'agitation sur le taux de génération de skimmings n'a pas été documentée dans la littérature, et par conséquence représente une contribution originale d'importance pour l'industrie. Les résultats montrent que deux facteurs contribuent à la stabilisation de la structure de la mousse d'écume produite dans un bain de GI: la présence de top dross et d'oxyde d'aluminium en raison de niveaux élevés d'aluminium dans le liquide. Enfin, au chapitre 5, les données de skimmings industrielles fourni par ArcelorMittal Cleveland ont été revues et une nouvelle série d'expériences à échelle de laboratoire a également été menée. Les résultats des chapitres 3 et 4 ont montré une façon dont la génération de skimmings peut être quantifiée de manière fiable dans un bain de galvanisation. L'analyse du chapitre 5 a démontré que les skimmings produites par unité de surface de rouleau sont plus cohérentes. Par ailleurs, le transfert de masse entre l'air et le zinc liquide a été étudié aussi. La méthodologie utilisée pour calculer les propriétés des bulles de gaz est indiqué dans l'Annexe 2. Au chapitre 4, la période durant laquelle la ligne de galvanisation en continu d'ArcelorMittal opérait avec de l'azote et de l'air a été examiné et réanalysé au chapitre 5. Les valeurs calculées des skimmings par unité de surface par temps de séjour de tôle (chapitre 4) demontrent une dispersion beaucoup plus large au fil du temps que les valeurs calculées pour les skimmings par unité de surface de tôle (chapitre 5). Par exemple, au chapitre 4, le taux de production moyen était de 44,3 ± 25,0 g/m2/hr pour l'essuyage avec l'azote et 103 ± 83,9 g/m2/hr pour essuyage avec l'air. Alors qu'au chapitre 5, le taux de production moyen des skimmings était 11.2 ± 4,15 g/m2 pour l'essuyage avec de l'azote et 18,6 ± 9,37 g/m2 pour l'essuyage avec de l'air pour la même période. En d'autres termes, 11,2 g/m2 ± 37% versus 44,3 g/m2/hr ± 56% pour l'essuyage avec de l'azote et 18,6 g/m2 ± 50% versus 103 ± 81% g/m2/hr pour l'essuyage avec de l'air. En ce qui concerne le reste des données industrielles, la masse de skimmings produite par unité de surface de rouleau représente mieux la formation spécifique de skimmings d'un processus de galvanisation par rapport aux skimmings générés par rouleau par temps de séjour de tôle. Au chapitre 5, il a été montré que l'utilisation de l'air pour essuyer les tôles d'aciers produit plus de skimmings qu'en essuyant avec de l'azote. Les mêmes résultats ont été obtenus expérimentalement dans le chapitre 4. Lorsque les données industrielles pour l'essuyage avec de l'air et de l'azote sont comparé avec des compositions de bain, des vitesses de ligne et des pressions d'essuyage similaires, la ligne de galvanisation en continu d'ArcelorMittal Cleveland produit 9,6% de plus de skimmings par surface de rouleau lorsque l'air a été utilisé. De plus, il a été constaté que la pression d'essuyage était le paramètre dominant qui influençait le montant de skimmings produites par unité de surface de rouleau. En ce qui concerne les données expérimentales, il a été constaté que l'utilisation d'un jet d'air produit 10,5 fois de plus de skimmings par unité de temps par rapport à un jet d'azote. Cela peut potentiellement être expliqué par l'effet stabilisant des films d'oxyde sur la structure mousseux des skimmings. En outre, le taux de génération des skimmings à augmenté avec la vitesse de rotation de l'agitateur et, par conséquent, la surface libre du liquide. Les coefficients de transfert de masse du côté liquide pour le transport d'aluminium et de fer ont été évalués dans le chapitre 5. Ces valeurs ont été du même ordre de grandeur que ceux trouvés dans des manuels qui traitent le sujet de transfert de mass entre métal liquide et gaz [30], [31], [32], [33].  Comme le montre le chapitre 1, le skimmings analysés par Thiounn et al. [23] avaient une morphologie similaire par rapport au skimmings industriels examinés dans le chapitre 3. Les deux échantillons industriels contiennent des particules de dross, des oxydes et des porosités. Toutefois, Thiounn et al. n'ont pas fait distinction de la composition variable des éléments chimiques dans leurs échantillons de skimmings. Au chapitre 3, nous avons analysé les échantillons polis des skimmings industriels pour leurs distributions élémentaires en utilisant la spectroscopie X à dispersion d'énergie. Cette technique fournit une évaluation de la composition chimique de zones analysées. La série d'images identifie clairement les particules cristallines de Fe2Al5Znx et de FeZn10Aly ainsi que les films d'oxyde. Par conséquent, cette technique c'est montré efficace pour identifier les différentes particules intermétalliques présentes dans un bain de galvanisation. Les skimmings produites au laboratoire ont montré des caractéristiques similaires aux skimmings produites dans l'industrie. Les résultats expérimentaux avaient aussi du top et bottom dross, des porosités ainsi que des oxydes de zinc, de l'aluminium et du fer. Par ailleurs, les résultats de laboratoire ont aussi montré des enveloppes d'oxyde clairement définis qui entourent des volumes de zinc liquide. Les skimmings industrielles ne montrent pas des quantités appréciables d'enveloppes d'oxyde. On trouve des films dégénérés qui  s'accumulant le long des murs du bain. Les échantillons de laboratoire ont été recueillis sur une courte période de temps. Par conséquent, l'enveloppe d'oxyde dans les échantillons de laboratoire n'a pas eu assez de temps à se transformer. La technique utilisée pour analyser la composition chimique globale des skimmings produites au laboratoire était la spectrophotométrie d'absorption atomique. Du fait que l'aluminium et le fer sont présents dans de telles petites quantités, la précision de la technique peut être imprécise. La teneur en aluminium et en fer des skimmings produites variaient respectivement entre 0,14% à 0,34% en poids et 0,04% à 0,194% en poids. Alors que ceux analysés par Thiounn et al. avaient des niveaux d'aluminium entre 0,4% et 1% en poids et les niveaux de fer entre 0,02% en poids et 1% en poids.  Conclusions Une analyse statistique des données fournis par ArcelorMittal Cleveland HDGL conduit aux conclusions suivantes:  Deux paramètres opérationnels qui influencent le montant de skimmings produites dans le procédé de la galvanisation en continu ont été identifiés: (1) la pression de l'air dans le distributeur des couteaux d'essuyage et (2) la vitesse de la ligne.  La pression d'essuyage a un effet plus important que la vitesse de ligne sur le montant de skimmings produites par unité de surface de tôle traitée.   2. Le type de gaz utilisé pour le système d'essuyage a une influence importante sur la  quantité de skimmings produit par unité de surface de rouleau. Essuyant avec de l'air  produit plus de skimmings qu'avec de l'azote.   3. L'opération de galvanisation (GI) produit plus de skimmings que l'opération de  galvannealing (GA) illustrant l'effet de la composition du bain sur la génération d'écume.  Une étude de la morphologie et de la composition des échantillons fournis par l'écumage industriels d'ArcelorMittal Cleveland et U.S.Steel Hamilton conduit à la conclusion suivante:   4. La spectroscopie X à dispersion d'énergie s'est avéré à être une méthode très efficace  pour identifier la composition et la répartition des éléments dans les échantillons de  skimmings. Les skimmings consistent un mélange très poreux et hétérogène d'une ou de  deux différentes particules intermétalliques de Fe2Al5Znx et FeZn10Aly et une  agglomération de films d'oxyde de zinc, d'aluminium et de fer dans une matrice de  zinc liquide.  Les expériences à l'échelle laboratoire pour simuler la formation de skimmings dans la région de la sortie de la tôle du bain de galvanisation ont donné des résultats importants:  5. L'analyse d'image des échantillons montrent que les skimmings produit à l'échelle  laboratoire sont similaires aux échantillons prises sur des lignes de galvanisation à  ArcelorMittal Cleveland et d'U.S.Steel Hamilton. Les échantillons consistaient de  mélanges hétérogènes de solution de bain, des particules de top et bottom dross et  des films d'oxyde de zinc, d'aluminium et de fer.   6. Les expériences ont montré que la production d'écume augmente avec l'agitation du  bain. Les alliages GI ont également produit plus de skimmings que les alliages GA. Il y a  plus de skimmings formé lorsqu'un jet d'air est utilisé par rapport à un jet d'azote. Le  placement d'un couvercle sur le creuset contribue à réduire la quantité de skimmings  formées. Cela est particulièrement évident quand on compare les deux cas d'un creuset  couvert sous un jet d'azote et un creuset ouvert sous un jet d'air.  Une deuxième série d'expériences à l'échelle laboratoire a été menée pour déterminer le transfert de fer et de l'aluminium dans le zinc et l'atmosphère ambiante près de la région de sortie de tôle d'acier du bain de galvanisation. Cela a été accompli par le bullage de l'air dans un creuset chargé avec l'alliage de zinc liquide:   7. Cette méthode a été utilisée pour évaluer les coefficients de transfert de masse de  l'aluminium et de fer produit dans le zinc liquide sur la surface de réaction. Les résultats  se comparent favorablement avec ceux trouvés dans la littérature. Il a été démontré que  les corrélations obtenues pour calculer des flux de bulles dans l'eau peuvent être aussi  appliqués aux métaux liquides.  ABSTRACT: This study examined skimmings formation in the continuous hot-dip galvanizing process. Skimmings are metallic foam that is produced near the strip exit region of the galvanizing bath due to the high degree of mixing and oxidative conditions in this area. Industrial operating data from ArcelorMittal Cleveland's HDGL was examined and it was found that the production of skimmings per coil surface area increased with wiping pressure and line speed but more so with the former. Moreover, galvanizing (GI) baths were found to produce more skimmings per unit time than galvannealing bath (GA) and air wiping produced significantly more skimmings than nitrogen wiping. Dispersive X-ray mapping was found to be a reliable technique for identifying the elemental distribution and morphology of skimmings samples from the galvanizing lines of ArcelorMittal Cleveland and U.S. Steel Hamilton. Two different bench scale experiments were conducted as well. The first attempted to simulate skimmings formation in a galvanizing bath using a shrouded crucible loaded with liquid zinc, a steel impeller for agitation and an impinging jet of gas. The results showed that the rate of skimmings generation increased with impeller rpm. Also, GI alloys and air jetting produced more skimmings per unit time than GA alloys and nitrogen jetting. Finally, shrouding the crucible had an inhibiting effect on skimmings formation especially when comparing the two cases of a shrouded crucible under a nitrogen jet and an open crucible under an air jet. The second experiment attempted to simulate the mass transfer between liquid zinc and air in a galvanizing operation by top submerging a jet of air into a crucible loaded with liquid zinc. The liquid side mass transfer coefficients for aluminum and iron in liquid zinc were evaluated and compared favourably with the literature. Therefore, the assumption that the correlations for bubble flow in water can be applied to liquid metals was satisfactory.


identifier: Caron, J. (2011). Amélioration de l'optimisation des designs de fosses par l'approche stochastique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le design final d'une fosse à ciel ouvert consiste à déterminer les contours ultimes de la fosse au-delà desquelles la poursuite de l'exploitation du gisement n'est plus souhaitable. L'objectif premier de l'optimisation d'un design de fosse est de définir des contours ultimes qui maximisent le profit net de la fosse. Ce processus se présente comme un problème d'optimisation combinatoire où il importe de trouver une sélection de blocs qui maximise le profit. L'approche classique d'optimisation de fosse, présentement utilisée en industrie, est généralement basée sur des teneurs de blocs krigées. L'optimisation du design repose sur les valeurs nettes (profits) des blocs du gisement. Ces valeurs nettes dépendent des coûts d'extraction (sautage et halage), des coûts de traitement, de la classification économique des blocs (stérile/minerai) et des revenus engendrés par la teneur en métal des blocs. Les teneurs de blocs sont appliquées à une fonction de profit convexe afin de déterminer leur valeur nette respective. Les valeurs nettes sont ensuite soumises à un algorithme d'optimisation qui permet de  trouver la sélection de blocs maximisant le profit. L'ensemble de ces blocs correspond aux contours ultimes de la fosse. Peu importe l'algorithme d'optimisation choisi, les méthodes d'optimisation considèrent que les valeurs nettes des blocs sont connues et dépourvues d'incertitudes et d'erreur. Cette hypothèse est toujours invalide puisqu'il est impossible d'estimer parfaitement les teneurs d'un gisement. Le risque lié à la géologie est reconnu comme étant le facteur prédominant quant à l'échec éventuel d'un projet minier. Cette incertitude a tout intérêt à être modélisée et intégrée au processus d'optimisation du design de fosse afin d'évaluer le risque sur la valeur nette du projet, les flux de trésorerie attendus ou les quantités de minerai récupérées. Un gain substantiel au niveau de la valeur de la fosse serait obtenu en considérant l'incertitude géologique. Une façon d'envisager ce problème est de recourir à des simulations géostatistiques pour exprimer l'incertitude sur les teneurs.  ABSTRACT: An open pit design consists in defining the ultimate pit shell beyond which the exploitation is not to be desired. The primary objective of open pit optimization is to find the pit design that maximizes the profit. This process is presented as a combinatorial optimization problem where the objective is to find a selection of blocks that maximizes profit. The traditional approach, currently used in the industry, relies on kriged block grades from which a profit for each block is calculated based on a convex profit function. The profit function's inputs are the mining costs (drilling, blasting and hauling), the processing costs, the block economical classification (ore/waste) and the recoverable block value. The block profits are then subjected to an optimization algorithm that finds the selection of blocks that maximizes profit. Regardless of the optimization algorithm used, it still considers than the block profits are known and certain. This hypothesis is always invalid because it is impossible to perfectly estimate ore grades. The geological risk related to ore grades is known as a dominant factor in mine valuation and for possible project failure. The open pit optimization approach greatly benefits from the integration of grade uncertainty. One approach to this problem is to use geostatistical simulations to model grade uncertainty. The approach proposed in this thesis is to use conditional simulations in a stochastic optimization program to include the geological risk. The algorithm optimizes the expected profit of the blocks computed from the conditional simulations. The optimization algorithm used is a "maximum flow" type algorithm calculated on a directed graph. Because of the convexity of the profit function, the pit computed on expected profit differs substantially from the traditional one obtained with kriged grades. In this thesis, it is shown that the stochastic optimal solution predicts a higher or equal profit than the traditional optimal solution (under the assumption that the average of simulated block grades corresponds to the kriged grade). This theoretical result is confirmed by two synthetic case studies.


identifier: Khajehnouri, Y. (2011). Propriétés électriques des sols contaminés par des hydrocarbures pétroliers: étude en laboratoire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans de nombreuses villes à travers le monde, le développement urbain a atteint les franges des anciennes zones industrielles où la réduction des effectifs industriels a produit un nombre important de friches industrielles. Ce sont souvent des sites orphelins contaminés par divers polluants qui restent encore sous-développés, même après plusieurs décennies d'abandon. Ces dernières années, les friches industrielles urbaines ont commencé à être considérées comme étant bénéfique pour les occasions de réaménagement des terrains urbains, cependant, il a été reconnu que leur restauration et la réutilisation ralentissent l'étalement urbain ainsi que leurs impacts environnementaux. Par conséquent, il y a un besoin croissant d'évaluer la qualité environnementale de ces sites. Toutefois, l'évaluation environnementale des friches industrielles urbaines est difficile en raison de leurs grandes hétérogénéités physique et chimique. L'une des méthodes les plus prometteuses pour caractériser ces sites urbains (remblais hétérogènes) qui sont souvent contaminés par des polluants après plus d'un siècle d'industrialisation est la polarisation provoquée (PP en abrégé ou Induced Polarization en anglais). Dans ce projet, le potentiel de cette méthode à détecter les sols contaminés aux hydrocarbures frais est étudié en procédant à des mesures en laboratoire. Durant la première phase de ce projet, une étude approfondit et menait sur les différentes méthodes d'auscultation géophysique pour caractériser les remblais hétérogènes. Cette étude comprend la méthode de résistivité électrique et polarisation provoqué pour caractériser le sol contaminé. Une fois l'étude achevée, ces différentes méthodes analysent les propriétés électriques comme la résistivité et la chargeabilité, ainsi que les propriétés chimiques et physiques seront expérimentées en laboratoire sur des échantillons (sable et till contaminé) procurés d'un remblai urbain de Montréal. La résistivité électrique et la chargeabilité sont, en principe, sensibles à la composition minérale du sol, granulométrie, teneur en eau, chimie du fluide interstitiel, la teneur en métal et le degré de présence d'hydrocarbures. Enfin, il sera possible d'évaluer la capacité de la méthode polarisation provoquée à déterminer la concentration d'hydrocarbures et en général l'efficacité de cette méthode dans l'évaluation du comportement électrique, physique et chimique des remblais urbains (hétérogène).  ABSTRACT: In many worldwide cities, urban development has reached the fringes of old industrial areas, whereas industrial downsizing has produced a significant number of Brownfield. These are often orphan sites contaminated with various pollutants which still remain undeveloped even after several decades of abandonment. In recent years, urban Brownfield started to be considered as been beneficial occasions for urban land redevelopment, however, it was recognized that their remediation and reuse slows down urban sprawl as well as their environmental impacts. Hence, there is a growing need to assess the environmental quality of these sites. The environmental assessment of urban Brownfield is difficult due to their large physical and chemical heterogeneity. One of the most promising methods to characterize these urban sites (heterogeneous fill) that are often contaminated by pollutants after more than a century of industrialization is the induced polarization (IP). In this project, the potential of this method to detect contaminated soil with fresh oil is investigated by doing laboratory measurements. During the first phase of this project, an exhaustive study is conducted on the different geophysical auscultation methods to characterize heterogeneous fill. This study includes the method of electrical resistivity and induced polarization to characterize the contaminated soil. After the study is completed, these methods analyze the electrical properties such as resistivity and chargeability. The chemical and physical properties will be tested on laboratory samples (sand and till) obtained from a Montreal urban Brownfield. The electrical resistivity and chargeability are in principle susceptible to the soil mineral composition, grain size, water content, pore fluid chemistry, metal content and the degree of hydrocarbons presence. Finally it will be possible to assess the IP sensitivity to hydrocarbon concentration (detection level) and in general the effectiveness of the induced polarization method to evaluate the electrical, physical and chemical behaviour of the urban fills (heterogeneous).


identifier: Léveillé, S. (2011). Filtration membranaire avec haute concentration de charbon actif en poudre pour le traitement des eaux de surface  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les membranes basse-pression sont désormais une alternative intéressante et éprouvée pour le traitement de l'eau potable. Ces dernières sont particulièrement efficaces pour le traitement de la pollution particulaire et microbiologique. Cependant, elles sont peu performantes pour l'élimination de la pollution dissoute. Afin de pallier cette faiblesse, du charbon actif en poudre (CAP) peut être ajouté directement dans le bassin dans lequel des membranes en fibres creuses sont installées. Ce travail se concentre sur l'étude d'un tel procédé dans lequel le CAP agit en mode biologique, dénommé bioréacteur membranaire à haute concentration de charbon actif en poudre (BRM-HCCAP). La performance de traitement (COT, COD, CODB, NH4 +, UV254, THM AHA) et les impacts sur l'opération (pression transmembranaire, lavages chimiques) ont été étudiés à l'échelle pilote et comparés à un bioréacteur membranaire (BRM) sans CAP ainsi qu'à un filtre biologique à charbon actif en grain. Le BRM-HCCAP a été étudié à un temps de rétention hydraulique de 79 minutes pour une concentration de CAP biologique de 10 g/L durant 300 jours. En température chaude, le BRMHCCAP tout comme le BRM a permis l'abattement complet du NH4 +. Le CAP à haute concentration a permis d'accélérer le développement de la biomasse nitrifiante et de prolonger la nitrification lors du refroidissement de la température bien plus longtemps que ne le permet un BRM sans CAP. À température froide, à 5 oC, le BRM-HCCAP n'a toutefois pas été en mesure de traiter le NH4 +. Le BRM-HCCAP a été étudié à un âge de CAP stable de 30 jours (carbon usage rate (CUR) = 16,1 mg/L), un âge de CAP stable de 60 jours (CUR = 8,1 mg/L) et un âge de CAP sans ajout/purge de plus de 200 jours (CUR < 2,4 mg/L). Globalement, la performance de traitement du BRM-HCCAP d'un âge de 30 ou de 60 jours était équivalente à la performance obtenue du filtre biologique. La qualité de l'eau obtenue à un âge de CAP de plus de 200 jours est inférieure, ce qui semble justifier l'utilisation d'un CAP à âge contrôlé. À un âge de CAP de 30 jours, la réduction moyenne des THM-CFU et de AHA-CFU est de respectivement 15% et de 65%. Cette réduction est équivalente à celle obtenue par le filtre biologique (23% et 50% respectivement) et nettement supérieure à la réduction obtenue dans un BRM (- 27% et 35% respectivement).  ABSTRACT: Low-pressure membranes are now an interesting and proven alternative for water treatment. Those are particularly efficient for particulate pollution removal including parasites removal. However, they are poorly efficient at removing dissolved contaminants. In order to overcome this weakness, powder activated carbon (PAC) can be added directly into the basin in which hollowfiber membranes are installed. This work focus on the study of such a process in which PAC acts under biological mode. The process is referred as a high concentration powder activated carbon membrane bioreactor (HCCAP-MBR). The process performance concerning water quality (TOC,DOC, BDOC, NH4 +, UV254, THM, HAA) and impacts on operation (transmembrane pressure, chemical cleanings) were investigated at a pilot scale and compared to a membrane bioreactor without PAC (MBR) as well as to a biological granular activated carbon filter. The HCCAP-MBR was studied at an hydraulic retention time of 79 minutes using a PAC concentration of 10 g/L for 300 days. In warm water, the HCCAP-MBR as the MBR allowed full nitrification. High concentration PAC has accelerated the development of nitrifying biomass and extended nitrification during cool water conditions, much longer than it was possible without PAC. However, in cold water, at 5 oC, the HCCAP-MBR was unable to remove the NH4 +. The HCCAP-MBR was studied at a stable PAC age of 30 days (carbon usage rate (CUR) = 16.1 mg/L), a stable PAC age of 60 days (CUR = 8.1 mg/L) and at an aging PAC (without addition or purge) of over 200 days (CUR < 2.4 mg/L). Overall, the treatment performance of HCCAP-MBR at an age of 30 days or 60 days was equivalent to the performance obtained by the biological GAC filter. Water quality obtained at a PAC age over 200 days is lower, which seems to justify usage of PAC at a controlled age. At a PAC age of 30 days, the average reduction of THM-UFC and HAA-UFC is respectively 15% and 65%. This reduction is equivalent to that obtained by the biological filter (23% and 50% respectively) and significantly higher than the reduction achieved by the MBR without PAC (-27% and 35% respectively). DOC and BDOC reductions reach respectively 32% and 60% under inter-ozonation condition during the summer (about 25 oC). Under moderate temperature condition (about 15 oC) at a PAC age of 60 days, DOC and BDOC reduction decreased to 22% and 33% respectively.


identifier: Jamati, F. (2011). Étude numérique d'une éolienne hybride asynchrone  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des turbines de formes différentes fonctionnent optimalement à des vitesses de rotations différentes. Par exemple, une turbine de type Savonius fonctionne optimalement quand elle tourne à peu près à la même vitesse que le vent qui l'entraîne, alors qu'une turbine de type Darrieus fonctionne optimalement quand elle tourne, en moyenne, 5 fois plus vite. Si ces deux turbines sont toutes deux simplement fixées à l'axe d'une éolienne et qu'elles tournent donc à la même vitesse angulaire il y aura des interférences entre les deux. La première étant ralentie par la seconde, et la seconde étant accélérée par la première. L'éolienne hybride asynchrone est une éolienne à axe vertical qui combine deux turbines concentriques qui ont chacune au moins deux pales: une turbine intérieure qui exploite la force de traînée du vent (type Savonius), et une turbine extérieure qui exploite la force de portance du vent (type Darrieus). Le concept de l'éolienne hybride asynchrone est que chaque turbine tourne à une vitesse angulaire différente de l'autre qui correspond à sa vitesse optimale, c'est-à-dire à la vitesse à laquelle elle a le meilleur rendement. Ceci est rendu possible par l'utilisation du train épicycloïdal qui est l'élément nouveau de la machine. Les différentes turbines ne sont pas directement liées à l'axe d'entraînement du générateur mais elles le sont par l'intermédiaire d'un train épicycloïdal. Chaque turbine est liée à l'engrenage périphérique (l'Anneau) d'un train épicycloïdal et tourne à une vitesse différente de l'autre selon le ratio de distribution des vitesses du train épicycloïdal auquel elle est liée. L'engrenage central (le Soleil) des trains épicycloïdaux est fixé à l'axe d'entraînement. Les axes des engrenages intermédiaires (les Planètes) des trains épicycloïdaux sont fixes. De cette manière, la turbine exploitant la force de portance tourne plus vite que celle exploitant la force de traînée, ce qui permet de réduire les interférences entre les rotors concentriques du modèle hybride Darrieus-Savonius. La finalité est d'essayer d'exploiter simultanément les forces de portance et de traînée du vent, pour profiter à la fois d'un couple élevé, donc d'une faible vitesse de démarrage, et d'un haut rendement. La présente étude évalue, par des simulations numériques, les performances de la turbine hybride asynchrone, en comparaison avec l'hybride Darrieus-Savonius conventionnelle. Nous avons conclu que l'on peut améliorer le rendement aérodynamique d'une éolienne hybride de 20% avec un fonctionnement asynchrone.  ABSTRACT: Turbines of different shapes function optimally at different rotation speeds. For example, a Savonius type wind turbine functions optimally when it rotates at about the same speed than the wind that drags it, whereas the Darrieus type functions optimally when it rotates, in average, five times faster. If these two turbines are both simply fixed to the same rotating axis and thus rotate at the same angular speed there will be interferences between the two. The first being slowed down by the second, and the second being accelerated by the first. The asynchronous hybrid wind turbine is a vertical axis wind turbine that combines two concentric turbines of at least two blades each: An interior turbine that harnesses the drag force of the wind (Savonius type), and an exterior turbine that harnesses the lift force of the wind (Darrieus type). The concept of the asynchronous hybrid wind turbine is that each turbine rotates at a different angular speed corresponding to its optimal speed, that is to say the speed at which it has the best efficiency. This is enabled by the use of a planetary gear which is the new element of the machine. The different turbines are not directly linked to the shaft but they are threw a planetary gear. Each turbine is fixed to the Annulus of a planetary gear and rotates at an angular speed different than the other according to the speed ratio of the planetary gear to which it is fixed. The Sun gears of the planetary gears are fixed to the shaft. The rotating axes of the Planets are fixed. This way the lift-based turbine rotates faster than the drag-based turbine, which reduces interference between the concentric rotors of the Darrieus-Savonius hybrid. The purpose of this is to attempt to exploit simultaneously the lift and drag forces, in order to take advantage of both high torque, thus low starting speed, and high efficiency. This study evaluates, by numerical simulations, the performance of the hybrid asynchronous turbine compared to the conventional Darrieus-Savonius hybrid. We have concluded that we can increase the aerodynamic efficiency of a hybrid wind turbine by 20% with an asynchronous operating mode. We have also concluded that is no synergy between the concentric turbines, and mounting one rotor above the other, rather than one inside the other, is recommended.


identifier: L'Heureux, G. (2011). Modèle d'optimisation pour la planification à moyen terme des mines à ciel ouvert  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation d'une mine à ciel ouvert requiert un grand nombre d'étapes de planification, que ce soit au niveau de l'analyse du site, de l'organisation des installations ou de la gestion des activités de production. Cette planification est complexe puisque les opérations à planifier sont nombreuses et fortement dépendantes les unes des autres. Dans ce projet, nous nous intéressons principalement au problème de planification à moyen terme (i.e. une période allant jusqu'à 3 mois) de ces activités. Ce problème consiste à trouver l'ordre de traitement des blocs d'une mine, tout en minimisant les coûts de production. Ces séquences doivent respecter les liens de préséances entre les blocs et les contraintes de mélange, ainsi que considérer le déplacement des pelles et le groupement des blocs pour le forage/dynamitage. Ce niveau de planification pour les mines à ciel ouvert a reçu peu d'attention dans la littérature jusqu'à présent. Ainsi, nous proposons un modèle composé d'entiers mixtes (MIP) avec lequel nous établissons l'organisation des opérations et la séquence d'extraction des blocs de la mine. Deux méthodes de résolution sont développées afin d'exploiter ce modèle. En premier lieu, une méthode optimale faisant l'usage de stratégies de résolution est présentée. Parmi ces stratégies, nous retrouvons la fixation de variables, l'établissement de priorités pour l'arbre de branchement et l'inclusion de contraintes et de paramètres ayant la propriété d'éliminer les symétries dans les solutions. L'utilisation de ce type de stratégies est indispensable et améliore le temps de résolution de façon drastique. Par la suite, une méthode heuristique exploitant le caractère intuitif d'extraire les blocs en séquence directe est développée. Cette méthode repose sur l'établissement d'une séquence intuitive qui sera ensuite proposée au solveur, lors de la résolution, par l'entremise de rabais dans la fonction objectif. Les résultats démontrent que cette façon de faire permet d'obtenir de bonnes solutions rapidement pour des modèles de taille très supérieure aux modèles pouvant être résolus de façon optimale.  ABSTRACT: Operating an open pit mine requires a large number of planning steps, either for the site analysis, the organization of facilities or the management of production activities. Such planning is complex as the activities to plan are numerous and highly co-dependent. In this project, we are primarily concerned with the problem of planning in the medium term (i.e. a period of up to 3 months) of these activities. This problem consists of finding the processing order for the blocks of the mine, while minimizing production costs. These sequences must respect the precedence relationships between blocks, the mixing constraints, the movements of the shovels and the grouping of blocks for drilling / blasting.  This level of planning for open pit mining has received little attention in the literature so far. Thus, we propose a model consisting of mixed integers (MIP) with which we establish the organization of operations and the removal sequence for the blocks of the mine. Two resolution methods are developed to use this model.  First, an optimal method making use of resolution strategies is presented. Among these strategies, we find the setting of variables, the setting of priorities for the tree branching and the inclusion of constraints and parameters with the property of eliminating symmetries in the solutions. The use of such strategies is essential and improves the solution time dramatically.  Subsequently, a heuristic exploiting the intuitiveness of extracting blocks in a direct sequence is developed. This method relies on the establishment of an intuitive sequence which is then strongly suggested to the solver during the resolution through discounts in the objective function. The results show that this approach achieves very good solutions quickly for models of size much greater than the models which can be solved optimally.