identifier: Taravati, S. (2017). Application of Space-and Time-Modulated Dispersion Engineered Metamaterials to Signal Processing and Magnetless NONRECIPROCITY  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les métamatériaux sont des structures conçues pour intéragir avec les composantes électriques et magnétiques de la lumière d'une manière particulière qui n'est pas possible avec des matériaux naturels. Elles sont composées de méta-atomes, qui sont faits d'un ensemble d'éléments de taille plus petite que la longueur d'onde, réalisés à partir de matériaux composites tels que des métaux ou des diélectriques. Les métamatériaux acquièrent leurs propriétés de leur structure macroscopique plutôt que des propriétés microscopiques des élements qui les composent. Le mot « méta » provient du Grec dont la signification est au-delà, indiquant le concept d'une abstraction au-delà d'un autre concept. Les métamatériaux statiques conventionnels tirent profit de l'ingénierie spatiale de la dispersion pour présenter des propriétés exotiques non observées dans les matériaux usuels, tel qu'un indice de réfraction négatif. Un type plus sophistiqué de métamatériaux statiques, basé sur une structure dispersive modulée spatialement, peut être employé pour former un manteau d'invisibilité. Au cours de la dernière décennie, les métamatériaux dynamiques ont été présentés comme une nouvelle génération de systèmes électromagnétiques versatiles et ont rapidement acquis un grand intérêt de la part de la communauté scientifique. Les milieux modulés dans “l'espacetemps”, dont les paramètres constitutifs varient périodiquement dans l'espace et le temps, représentent une classe avancée de métamatériaux dynamiques non-réciproques. De tels milieux sont dotés de propriétés particulières telles que la capacité à générer des fréquences de façon non-réciproque. Contrairement aux métamatériaux périodiques statiques tels que les cristaux photoniques, les milieux modulés dans l'espace-temps présentent une dispersion asymétrique. D'ailleurs, par analogie avec les milieux en mouvement, où la vitesse du milieu est limitée à la vitesse de la lumière, les milieux modulés dans l'espace-temps peuvent acquérir des vitesses subluminales et superluminales. En conséquence, un éventail varié de bandes d'énergie orientées horizontalement, obliquement et verticalement sont accessibles dans les milieux modulés dans l'espace-temps, alors que dans les métamatériaux conventionnels ou les réseaux de Bragg, les bandes d'énergie sont seulement orientées horizontalement. Ces bandes d'énergie obliques et verticales apportent des degrés de liberté additionnels qui peuvent être utilisés pour la conception de différents systèmes électromagnétiques. La non-réciprocité basée sur la modulation dans l'espace-temps offre un chemin viable vers la conception de systèmes électromagnétiques non-réciproques intégrés.  ABSTRACT: Metamaterials are engineered structures which interact with the electric and magnetic components of light in a peculiar way that natural materials do not. These so-called meta-atoms are made of assemblies of subwavelengthly spaced elements fashioned from composite materials such as metals or dielectrics. Metamaterials acquire their properties from their macroscopic structure rather than the microscopic material of which they are made of. The word “Meta” originates from Greek whose meaning is beyond, indicating a concept as an abstraction beyond another concept. Conventional static metamaterials take advantage of spatial dispersion engineering to exhibit exotic properties not observed in bulk materials, such as for instance negative refractive index. A more sophisticated type of conventional static metamaterials based on a space-modulated (gradient-index) spatially dispersive structure, was used to form an invisibility cloak. Over the past decade, dynamic metamaterials, as a new generation of versatile electromagnetic systems, have been introduced and soon acquired a surge of scientific interest. “Spacetime modulated” media, whose constitutive parameters are periodically varying in space and time, represent an advanced class of nonreciprocal dynamic metamaterials. Such media are endowed with peculiar properties such as nonreciprocal frequency generation. In contrast to static periodic metamaterials such as photonic crystals, periodic space-time modulated media exhibit asymmetric dispersion. Moreover, by analogy with the moving media, where the velocity of the medium is limited to the speed of light, space-time modulated medium may acquire both subluminal and superluminal velocities. As a result, a diverse range of horizontally-, obliquely- and vertically-oriented electromagnetic band-gaps are accessible in space-time modulated media, compared to horizontal bandgaps in conventional metamaterials and Bragg structures. These oblique and vertical electromagnetic band-gaps offer extra degrees of freedom which may be leveraged for the design of different electromagnetic systems. Nonreciprocity based on space-time modulation grants a viable path towards integrated nonreciprocal electromagnetic systems. This addresses issues of conventional nonreciprocity techniques, such as for instance bulkiness and incompatibility with integrated circuit technology in magnet-based nonreciprocity, and signal power restrictions in nonlinear-based nonreciprocity. Space and time modulation combined with spatial and temporal dispersion engineering techniques offers a variety of unique electromagnetic properties to be discovered.


identifier: Heli, B. (2017). Bacterial Cellulose Supported Sensor for Bacteria and Gas Detection Development  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les intoxications dues à la consommation de produits alimentaires contaminés ont conduit à de nombreuses hospitalisations voire de nombreux décès mais ont également contribué à un énorme fardeau économique pour l'industrie alimentaire suite aux nombreux rappels et mise au rebus. Les méthodes traditionnelles (telles que les cultures microbiennes et croissances bactériennes) pour détecter les pathogènes sont relativement coûteuses et prennent beaucoup de temps et d'expertise à développer. De ce fait, il est devenu impératif de développer des approches de détection rapides et efficaces pour identifier la présence de bactérie(s) dans les aliments afin d'endiguer d'éventuelles épidémies rapidement. Le développement d'emballages alimentaires intelligents a considérablement évoluée récemment et génère de plus en plus d'intérêt afin de satisfaire les exigences des consommateurs et de l'industrie alimentaire, notamment dans tout ce qui a trait aux techniques de détection précoce de la présence de pathogènes et de bactéries.  L'émergence de matériaux nanostructurés a eu un impact considérable sur les techniques de détections précises et rapides d'une molécule unique. De plus, la taille et les propriétés spécifiques des nanoparticules, nanofibres et autres en font des outils prometteurs pour améliorer les tests de détection dans de nombreux domaines tels que la médecine, l'environnement et bien sur, le secteur de l'alimentation. Des appareils miniaturisés, connus sous le nom de biosenseurs, facilitent la détection in situ de pathogènes alimentaires, ce qui donne à l'industrie de l'emballage un atout considérable pour la détection de ces bactéries. Ce travail de recherche se concentre sur le développement de senseurs basés sur des techniques de détections optiques (telles que colorimétrique et fluorescence) pour la détection de bactéries de façon directe via une cellule de détection ou de façon indirecte par la détection de ses sous produits, le tout pour des applications dans le domaine de l'alimentaire. Les senseurs optiques suggérés ont été intégrés à la surface d'une plateforme solide afin de l'adapter à la demande et aux exigences de l'industrie de l'emballage alimentaire. Ici, de la cellulose bactérienne ayant des propriétés remarquables comme une structure en nanofibrilles, une transparence optique, de bonnes propriétés mécaniques et une disponibilité des groupements fonctionnels a été considérée comme plateforme pour assurer la synthèse de nanoparticule et l'immobilisation de biomolécules.    La première partie de ce travail se concentre sur la détection de composés organiques volatils qui peuvent être générés suite à la croissance bactérienne. La méthode proposée consiste en l'utilisation de nanoparticules d'argent, dont les propriétés plasmoniques permettent une détection colorimétrique. Les nanoparticules d'argent sont donc synthétisées dans de la cellulose bactérienne via une procédure in situ qui résulte en la fabrication d'un nano-papier plasmonique dont les propriétés peuvent être hautement modulable uniquement par la modification de la distance entre les particules et/ou de leur taille. Les résultats ont démontré que les nanoparticules plasmoniques ainsi préparées sont très sensibles à des concentrations variées de vapeur d'ammoniaque. La détection précise de l'ammoniaque a été mesurée par absorbance UV-visible qui est associée aux propriétés plasmoniques des nanoparticules d'argent. Une réduction de l'intensité du pic plasmonique de l'argent a été observée lors de l'augmentation de la concentration en ammoniaque et de la durée d'exposition à ses vapeurs. Comme l'ammoniaque est un produit indicateur de contamination bactérienne dans la viande et le poisson, la plate-forme proposée permet la détection et le suivi de la contamination. Il a également été découvert que la taille des nanoparticules d'argent au sein de la cellulose bactérienne subit une réduction due à l'exposition à l'ammoniaque. Suite à ce phénomène, le nano-papier montre un changement de couleur, respectivement d'ambre foncé à ambre clair, au cours de l'interaction avec la vapeur d'ammoniaque, ou de gris à taupe en la présence de poisson ou de viande contaminée (dégageant de l'ammoniaque). Ces résultats prometteurs ouvrent toute une fenêtre d'opportunités pour le développement d'une technique de détection de contamination de la viande et du poisson par l'intermédiaire d'emballages intelligents. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons développé un biosenseur pour la détection de bactéries grâce à la méthode basée sur le principe de fluorescence. Ce biosenseur a été développé en utilisant la technique de transfert d'énergie entre molécules fluorescentes (FRET) reposant sur le principe de Förster, une approche de transfert d'énergie non radiative entre un fuorophore photoexcité et une molécule dite accepteur et qui dépend fortement de la distance entre ces molécules. Parmi plusieurs paires de donneur-accepteur, le quantum dot nano-cristal et les nanoparticules d'or sont reconnus comme étant les plus efficaces dans la technique FRET. Au cours de la deuxième partie de ce travail de recherche, le développement d'un biosenseur pour la détection de bactéries a été étudié. Pour développer un biosenseur prometteur, une plate-forme sur une surface solide a été considérée avec les paramètres appropriés pour supporter la bio-reconnaissance des éléments. Il est apparu que la cellulose bactérienne imprégnée avec des nanoparticules d'or permet d'arriver à un système intéressant, soit d'obtenir des propriétés plasmoniques pour l'or et d'abondants groupes fonctionnels pour la cellulose bactérienne. Les résultats ont montré que la plate-forme peut ainsi absorber l'énergie de transfert d'un matériau fluorescent photo-excité, causant une réduction de leur photoluminescence. Cependant, la haute densité des nanoparticules d'or qui génère une capacité de réduction forte, si réduite, entrainera une réduction de cette capacité. Le nano-papier synthétisé présente une surface solide novatrice avec des capacités de désactivation qui peuvent être utilisées en détection par fluorescence comme le FRET. Dans la dernière partie de ce travail, un biosenseur pour la détection bactérienne a été développé basé sur les résultats obtenus au cours de la seconde partie de ce travail. Ce biosenseur a été développé en utilisant l'approche FRET. La cellulose bactérienne carboxylée mélangée avec des nanoparticules d'or sert d'accepteur et en même temps permet la liaison croisée avec l'élément de bio-reconnaissance de la plate-forme solide. Un point quantique (Quantum dot, QD) conjugué à l'anti E. coli joue le rôle de donneur qui se lie à la protéine A/G immobilisée à la surface de la cellulose bactérienne carboxylée. La photo-luminescence du QD génère une réaction de réduction une fois que l'anti E. coli conjugué avec le QD interagit avec la bactérie respective (E. coli). De ce fait, la distance entre le QD et la surface de l'accepteur est réduite, ce qui a pour conséquence le changement de conformation inhérent dans la structure de l'anticorps. Grâce à cette stratégie, E. coli a été détectée à la limite de la LOD près (Limite de Détection-Limit of Detection) qui se situe autour de 10 CFM.mL-1. Cet immuno-senseur identifie la bactérie directement sans autre traitement supplémentaire. Compte tenu de sa simplicité et de sa sélectivité, ce senseur a le potentiel d'être implanté en tant capteur dans un emballage alimentaire.  Finalement, les résultats de ce projet de recherche sont multidisciplinaires et peuvent influencer plusieurs domaines de la science : 1) le secteur environnemental grâce à l'introduction d'une nouvelle génération d'emballages intelligents qui permettraient la reconnaissance précoce des pathogènes et des bactéries permettant de prévenir les infections; 2) la technologie des biosenseurs, en introduisant le nano-papier comme une plate-forme sensible et versatile pour la détection de vapeur; et 3) la simulation des propriétés intrinsèques d'un anticorps pour une détection directe d'antigènes.  ABSTRACT: Foodborne outbreaks due to the consumption of contaminated food products result not only in hospitalization and death, but also place a large economical burden on the food industry due to product recall and disposal. Traditional methods (such as microbial cultures and bacterial growth) for detecting pathogens are relatively costly, time-consuming, and expert related. Therefore, rapid, accurate and in-situ approaches for identifying bacteria in the food industry are urgently needed to overcome the problem that can be widespread easily. Recently, smart food packaging has evolved to meet the demands of customers and food industries, especially in early recognition techniques of pathogens or spoilage bacteria.  The emergence of nanostructured materials has had the greatest impact on the advancement of the most straightforward, quick and accurate detection of a single molecule. On the other hand, the size and unique properties of nanoparticles, nanofibers, nanorods, etc., make them promising tools for the improvement of recognition bioassay in various fields such as medicine, environment and food sectors. In this case, miniaturized devices, known as sensors, facilitate the in-situ detection of foodborne pathogens, benefiting the food packaging industry significantly. This research was addressed the development and demonstration of sensors based on optical techniques (e.g., colorimetric and fluorescent-based methods) for the detection of bacteria, directly through a whole cell or indirectly through its by-product. The suggested optical sensors were integrated to the surface of a solid platform to make it more compatible with demands in the food packaging. Here, bacterial cellulose with remarkable features such as the nanofibrils structures, optical transparency, mechanical properties and, availability of functional groups was considered as the platform, supporting the synthesis of nanoparticles and immobilization of biomolecules.   The first part of this work focused on the detection of volatile organic compounds which may be produced during bacterial growth. The proposed method relied on using silver nanoparticle and its plasmonic properties, allowing a colorimetric technique. As such, the silver nanoparticles were synthesized within bacterial cellulose through an in-situ procedure that resulted in the fabrication of a plasmonic nanopaper, highly tunable by the change of size and interparticle distance. The results demonstrated that the prepared plasmonic nanoparticle is very sensitive to various concentrations of ammonia vapor. Interestingly, the precise detection of ammonia was measurable by the UV-vis absorbance spectra associated with the plasmonic properties of silver nanoparticles and trancparency of bacterial cellulose. Consequently, it revealed a reduction in the intensity of a plasmonic peak by increasing the concentration of ammonia and time of exposure. As ammonia is one of the primary compounds of bacterial spoilage in meat and fish, the proposed platform was assessed against the produced gases during spoilage. We also discovered that the size of silver nanoparticles embedded in the bacterial cellulose endured a reduction due to the etching by exposure to the ammonia. As observed, because of this phenomenon, the nanopaper exhibited a color change from amber to a light amber by interacting with ammonia vapor and, to a gray or taupe upon the presence of ammonia in fish spoilage or for meat, respectively. Thus, these results opened the window to an innovative technique for examining the spoilage in meat and fish by smart packaging.  In the second part of this research, we studied the development of a biosensor for detection of bacteria relying on the fluorescent based-method. This biosensor was developed by using Förster (fluorescence) resonance energy transfer (FRET) approach that is a non-radiative energy transfer from a photoexcited fluorophore to an acceptor molecule with strong dependency on the distance between these molecules. Among various donor-acceptor pairs, nano-crystal quantum dot and gold nanoparticles are known as the high efficient ones in FRET technique. In order to design a promising biosensor, a solid surface platform was considered with the appropriate features to support the biorecognition and transducer elements. Interestingly, we found that bacterial cellulose impregnated with gold nanoparticles addressed the demands for such a system, owing to the plasmonic properties of gold nanoparticles (served as the acceptor) and abundant functional groups available in the bacterial cellulose. Our result showed that it functioned to absorb the energy transfer from photoexcited fluorescent materials, caused a reduction their photoluminescence. Accordingly, the high population density of gold nanoparticle-bacterial cellulose was intended as a strong quencher while this ability reduced by the reduction of the nanoparticle population density. Successfully, the synthesized nano paper presented a novel solid surface with quenching ability that can be utilized in fluorescence detection approaches such as FRET. In the last step, a biosensor for bacterial detection was assembled based on the obtained results from the pervious step of this research and by applying FRET approach. The carboxylated bacterial cellulose embedded with gold nanoparticles served as the acceptor and simultaneously cross-linked to the biorecognition element as the solid platform. Quantum dot (QD) conjugated to anti-E. coli played as the donor which bonded to the protein A/G immobilized on the surface of carboxylated bacterial cellulose. The photoluminescence of the QD endured a reduction once the anti-E. coli conjugated QD interacted with the respective bacteria. So, the distance between the QD and the surface of the acceptor was reduced, as the consequence of the inherent conformational change in the antibody structure after interacting. Through this strategy, E. coli was recognized with a LOD (limit of detection) about 10 CFM.mL-1. Thus, this immunosensor identified the bacteria directly without employing extra treatments. Given the simplicity and selectivity, the proposed biosensor has the potential to be implemented as a portable device in food packaging.   Finally, the results of this research involve multidisciplinary and novel outcomes that can influence several fields of science. 1) the environmental sector, by introducing a new generation of smart packaging that allows early recognition of foodborne pathogens and spoilage bacteria to prevent  infections outbreak, 2) biosensing technology, by introducing plasmonic nanopaper as a versatile and sensitive platform for the detection of vapor; and suggesting the intrinsic properties of an antibody for straightforward detection of antigens.


identifier: Mehri, B. (2017). Learning Algorithm to Automate Fast Author Name Disambiguation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La production scientifique mondiale représente une quantité massive d'enregistrements auxquels on peut accéder via de nombreuses bases de données. En raison de la présence d'enregistrements ambigus, un processus de désambiguïsation efficace dans un délai raisonnable est nécessaire comme étape essentielle pour extraire l'information correcte et générer des statistiques de publication. Cependant, la tâche de désambiguïsation est exhaustive et complexe en raison des bases de données volumineuses et des données manquantes. Actuellement, il n'existe pas de méthode automatique complète capable de produire des résultats satisfaisants pour le processus de désambiguïsation. Auparavant, une application efficace de désambiguïsation d'entité a été développée, qui est un algorithme en cascade supervisé donnant des résultats prometteurs sur de grandes bases de données bibliographiques. Bien que le travail existant produise des résultats de haute qualité dans un délai de traitement raisonnable, il manque un choix efficace de métriques et la structure des classificateurs est déterminée d'une manière heuristique par l'analyse des erreurs de précision et de rappel. De toute évidence, une approche automatisée qui rend l'application flexible et réglable améliorerait directement la convivialité de l'application. Une telle approche permettrait de comprendre l'importance de chaque classification d'attributs dans le processus de désambiguïsation et de sélectionner celles qui sont les plus performantes. Dans cette recherche, nous proposons un algorithme d'apprentissage pour automatiser le processus de désambiguïsation de cette application. Pour atteindre nos objectifs, nous menons trois étapes majeures: premièrement, nous abordons le problème d'évaluation des algorithmes de codage phonétique qui peuvent être utilisés dans le blocking. Six algorithmes de codage phonétique couramment utilisés ont été sélectionnés et des mesures d'évaluation quantitative spécifiques ont été développées afin d'évaluer leurs limites et leurs avantages et de recruter le meilleur. Deuxièmement, nous testons différentes mesures de similarité de chaîne de caractères et nous analysons les avantages et les inconvénients de chaque technique. En d'autres termes, notre deuxième objectif est de construire une méthode de désambiguïsation efficace en comparant plusieurs algorithmes basés sur les edits et les tokens pour améliorer la méthode du blocking. Enfin, en utilisant les méthodes d'agrégation bootstrap (Bagging) et AdaBoost, un algorithme a été développé qui utilise des techniques d'optimisation de particle swarm et d'optimisation de set covers pour concevoir un cadre d'apprentissage qui permet l'ordre automatique des weak classifiers et la détermination de leurs seuils. Des comparaisons de performance ont été effectuées sur des données réelles extraites du Web of Science (WoS) et des bases de données bibliographiques SCOPUS. En résumé, ce travail nous permet de tirer des conclusions sur les qualités et les faiblesses de chaque algorithme phonétique et mesure de similarité dans la perspective de notre application. Nous avons montré que l'algorithme phonétique NYSIIS est un meilleur choix à utiliser dans l'étape de blocking de l'application de désambiguïsation. De plus, l'algorithme de Weighting Table-based surpassait certains des algorithmes de similarité couramment utilisés en terme de efficacité de temps, tout en produisant des résultats satisfaisants. En outre, nous avons proposé une méthode d'apprentissage pour déterminer automatiquement la structure de l'algorithme de désambiguïsation.  ABSTRACT: The worldwide scientific production represents a massive amount of records which can be accessed via numerous databases. Because of the presence of ambiguous records, a time-efficient disambiguation process is required as an essential step of extracting correct information and generating publication statistics. However, the disambiguation task is exhaustive and complex due to the large volume databases and existing missing data. Currently there is no complete automatic method that is able to produce satisfactory results for the disambiguation process. Previously, an efficient entity disambiguation application was developed that is a supervised cascade algorithm which gives promising results on large bibliographic databases. Although the existing work produces high-quality results within a reasonable processing time, it lacks an efficient choice of metrics and the structure of the classifiers is determined in a heuristic manner by the analysis of precision and recall errors. Clearly, an automated approach that makes the application flexible and adjustable would directly enhance the usability of the application. Such approach would help to understand the importance of each feature classification in the disambiguation process and select the most efficient ones. In this research, we propose a learning algorithm for automating the disambiguation process of this application. In fact, the aim of this work is to help to employ the most appropriate phonetic algorithm and similarity measures as well as introduce a desirable automatic approach instead of a heuristic approach. To achieve our goals, we conduct three major steps: First, we address the problem of evaluating phonetic encoding algorithms that can be used in blocking. Six commonly used phonetic encoding algorithm were selected and specific quantitative evaluation metrics were developed in order to assess their limitations and advantages and recruit the best one. Second, we test different string similarity measures and we analyze the advantages and disadvantages of each technique. In other words, our second goal is to build an efficient disambiguation method by comparing several editand token-based algorithms to improve the blocking method. Finally, using bootstrap aggregating (Bagging) and AdaBoost methods, an algorithm has been developed that employs particle swarm and set cover optimization techniques to design a learning framework that enables automatic ordering of the weak classifiers and determining their thresholds. Performance comparisons were carried out on real data extracted from the web of science (WoS) and the SCOPUS bibliographic databases. In summary, this work allows us to draw conclusions about the qualities and weaknesses of each phonetic algorithm and similarity measure in the perspective of our application. We have shown that the NYSIIS phonetic algorithm is a better choice to use in blocking step of the disambiguation application. In addition, the Weighting Table-based algorithm outperforms some of the commonly used similarity algorithms in terms of time-efficiency, while producing satisfactory results. Moreover, we proposed a learning method to determine the structure of the disambiguation algorithm automatically.


identifier: Laroche, J.-L. (2017). Modélisation du transport et du devenir d'E. coli à l'échelle d'un bassin versant  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La préoccupation des citoyens et des autorités locales sur la qualité de l'eau du lac Raymond et de la rivière du Nord a permis d'établir un enjeu socio-environnemental sur la contamination de l'eau et de l'usage récréative de celle-ci. Avec le bassin versant du lac Raymond comme aire d'étude, ce projet de recherche s'inscrit comme l'une des stratégies de restauration durable dans le cadre de la protection de l'environnement du lac Raymond et de la rivière du Nord. Une meilleure compréhension du comportement hydraulique et bactériologique du bassin versant est alors identifiée comme le but ultime cette étude. Pour se faire, un modèle SWAT est paramétré afin de simuler les composantes hydriques du bassin versant pour ensuite s'en servir afin de modéliser le transport et le devenir de la bactérie Escherichia coli comme indicateur de contamination fécale. Des échantillonnages de coliformes fécaux en 2015 et de l'activité enzymatique GLUC par leColiMinder en 2016 sont utilisés en guise d'observations.  ABSTRACT: The concern of citizens and local authorities over the water quality of the lake Raymond and the Du-Nord river has established a socio-environmental issue concerning the fecal contamination of the water and its recreational use. With the lake Raymond's watershed as a study area, this research project is one of the sustainable restoration strategies for the protection of the lake's environment. A better understanding of the watershed's hydrological and bacteriological behavior is identified as the goal of this study. To do so, a SWAT model is set up to simulate the water components and the fate and transport of the Escherichia coli bacteria as an indicator of fecal contamination. Samples of fecal coliforms from 2015 and GLUC enzymatic activity measured by the ColiMinder in 2016 are used as observations.


identifier: Zhang, S. (2017). Processing and Patterning of Conducting Polymer Films for Flexible, Stretchable and Healable Electronics  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'électronique flexible, étirable et autoréparante a le potentiel de redéfinir l'apparence, la conception et la fabrication des appareils électroniques ayant un impact sur l'électronique personnelle, la peau électronique et les soins de santé. Le développement de l'électronique flexible, étirable et autoréparante à des fins biologiques et médicales fait appel à la biocompatibilité et la transparence des matériaux électroniques adaptable. Parmi ces matériaux, les polymères organiques conducteurs présentent des opportunités uniques. La recherche sur les propriétés électroniques, chimiques et mécaniques des polymères organiques conducteurs permet d'assurer leur intégration dans les appareils électroniques adaptable. Cette thèse explore le traitement des polymères organiques conducteurs et le développement de nouvelles technologies de fabrication pour l'électronique flexible, étirable et autoréparante. Nous avons premièrement recherché les effets de plusieurs additifs sur les propriétés fondamentales du polymère conducteur poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonât (PEDOT:PSS). Nous avons démontré que les additifs jouent des rôles vitaux dans la détermination de la conductivité électronique de la couche mince, les propriétés mécaniques et la stabilité dans l'eau (essentielle aux applications biologiques). Nous avons trouvé que les couches minces déposées sur des substrats flexibles en plastiques ou sur des élastomères étirables démontrent une stabilité accrue dans l'eau en comparaison avec les couches minces sur des substrats rigides en verre. Des couches minces de PEDOT:PSS hautement conductrices, étirables et stables dans l'eau ont été obtenues en ajustant la composition chimique des couches et en contrôlant les conditions de traitement. Pour la fabrication de dispositifs flexibles et étirables, un défi majeur apparait lors de la génération de patron de matériaux électroniques organiques dans le but de produire une électronique à haute résolution. L'application de la photolithograpie à cet effet n'est pas aussi facile, car les composés chimiques utilisés dans cette technique (photorésines, développeurs, décapant de résine) peuvent contaminer ou solubiliser les polymères organiques conducteurs. De plus, la génération de patrons d'électrodes métalliques pour les électroniques souples crée aussi un défi. En effet, l'adhésion des photorésines sur la surface des substrats souples (tels que les élastomères) sur lesquels les composants électroniques sont déposés est faible. Nous avons pu fabriquer, avec une résolution micrométrique, des dispositifs qui peuvent soutenir des plis et des extensions afin de leur permettre de s'adapter à des surfaces courbées, souples et élastiques. À cet effet, nous avons utilisé une photorésine récemment développée, qui est immiscible avec des matériaux organiques, pour générer des patrons de PEDOT:PSS. Des masques basés sur des couches minces (2 µm) de polymère ont été utilisées pour générer des patrons d'électrodes métalliques.  Ensuite, nous avons utilisé ces techniques pour fabriquer des transistors électrochimiques flexibles et étirables avec une résolution micrométrique. Nos dispositifs ont démontré une haute performance sous des conditions de pli et d'étirement et aussi une très bonne stabilité cyclique. Les dispositifs électroniques souples doivent supporter la déformation mécanique à travers le temps, qui peut endommager les appareils et nuire à leur fonctionnalité. Le développement de matériaux autoréparants, pouvant restaurer la fonctionnalité de l'appareil après endommagement, permettrait d'améliorer grandement la longévité de l'électronique souple. En particulier, l'autoréparation des matériaux électroniques organiques est de première importance car elle peut être combinée avec la flexibilité et la biocompatibilité. Ainsi, cette propriété est très prometteuse pour la détection biologique, l'enregistrement neurologique et l'ingénierie tissulaire. Nous avons exploré les propriétés d'autoréparation du PEDOT:PSS. Les couches de PEDOT:PSS, avec une épaisseur de plus de 1 µm, démontrent une autoréparation électronique instantanée après que de l'eau ait été appliquée à l'endroit endommagé. Le processus d'autoréparation des couches minces n'est pas affecté par le dommage répété et se réalise très rapidement après mouillage. L'autoréparation se fait même après exposition à la vapeur d'eau. Nous avons établi qu'une application possible pour les couches minces autoréparantes est de les utiliser dans des détecteurs d'eau ultrasensibles.  La fabrication avancée et les techniques de traitements étudiées dans cette thèse permettront de paver la voie pour le développement de microélectroniques organiques souples pour les appareils électroniques portatifs et de stockage d'énergie flexibles, les écrans flexibles et les détecteurs d'humidité. En particulier, le fait que les appareils puissent travailler de manière stable et s'auto réparer dans l'eau, mène à de futures applications dans la détection biologique, les interfaces neurales, l'administration de médicaments et l'ingénierie tissulaire.  ABSTRACT: Flexible, stretchable and healable electronics have the potential to redefine the appearance, design and fabrication of electronic devices, with a profound impact on personal electronics, electronic skin and healthcare. The development of flexible, stretchable and healable electronics, in particular for biological or healthcare applications, calls for biocompatible, transparent and conformable electronic materials, among which organic conducting polymers present unique opportunities. Investigation of the fundamental properties of organic conducting polymers, in order to control their electronic, chemical and mechanical properties is therefore of great importance for their integration into conformable organic electronic devices.  This thesis explores the processing of organic conducting polymer and the development of new fabrication technologies for flexible, stretchable and healable electronics. We first investigate the effect of several additives on the fundamental properties of the conducting polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS). We demonstrate that the additives play vital roles in determining the films' electronic conductivity, mechanical properties, and water stability (essential for biologic applications). We find that films on flexible plastic and stretchable elastomer substrates show enhanced water stability compared with that of films on rigid glass substrates. Highly conductive, intrinsically stretchable and water-stable PEDOT:PSS thin films are finally obtained by adjusting the films' chemical composition and controlling the processing conditions.  For the fabrication of flexible and stretchable device, a major challenge is the patterning of organic electronic materials to produce electronics with high resolution. Applying conventional photolithographic techniques to this purpose is not straightforward, because the standard lithography chemicals (photoresists, developers, strippers) may contaminate or solubilize the organic material. In addition, the patterning of metallic electrodes for soft electronics is also challenging because photolithography is an inefficient method for directly patterning stretchable electronics, due to the poor adhesion of the photoresist on the surfaces of soft substrates (such as elastomers) on which electronic components are deposited.  We are able to pattern devices with microscale resolution that are able to sustain not only bending but also extensive stretching, so that they can accommodate on curved, soft, and elastic surfaces. To this purpose we use a recently developed photoresist, which is non-miscible with organic materials, to pattern PEDOT:PSS and a ultrathin polymer film (< 2 µm) to pattern metallic electrode arrays on stretchable substrates. We use these technologies thereafter to develop both flexible and stretchable organic electrochemical transistors with microscale resolution. Our devices show high performance with unchanged electrical properties under extreme bending or stretching conditions, and also superior cyclic stabilities. Soft electronics must endure mechanical deformation over time, which may damage devices and disable their functionality. The development of healable materials, which can repair themselves and restore the device functionality after damage could greatly improve the longevity of soft electronics. Particularly, healing of organic electronic materials is of primary importance because it can be combined with flexibility and biocompatibility, thus being very promising for long-term biological sensing, neurologic recording and tissue engineering applications. We explore the healing property of PEDOT:PSS. PEDOT:PSS films (with thickness greater than 1 µm) show instantaneous electronic healing after water is applied to the damaged area. The healing process of the films is not affected by repeated damage to the film and occurs very rapidly, i.e. within 150 ms after wetting. Healing occurs even after exposure to water vapor. The potential of healable PEDOT:PSS thin films is demonstrated as ultrasensitive water detectors and as active materials for self-healing organic electronic devices.  The advanced fabrication and processing technologies investigated in this thesis pave the way for the development of soft organic microelectronics for personal wearable electronics, flexible energy storage devices, flexible display and humidity detectors. In particular, the fact that devices can work stably and can self-repair in water leads to further applications in biological sensing, neural interfaces, drug delivery, and tissue engineering.


identifier: Mirsalari, S. R. (2017). A Model for Software Quality Evaluation Using the User's Point of Views  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Contexte: Dans le marché des logiciels en constante évolution, les acheteurs de logiciels sont confrontés à un défi majeur: parmi ces différents produits, lequel répond le mieux aux exigences et au budget des utilisateurs? Bien que la plupart des acheteurs de logiciels soient conscients de leurs besoins fonctionnels et budgétaires, les facteurs de qualité tels que la « disponibilité » ou la «fiabilité » ne sont généralement pas pris en compte. Les fournisseurs de logiciels parlent aussi rarement des aspects de qualité de leurs produits. Le défi principal est « comment susciter les attentes de qualité des utilisateurs ? », puis « comment déterminer les caractéristiques de qualité d'un produit logiciel ?». La comparaison de ces deux facteurs de qualité peut aider les acheteurs de logiciels à sélectionner le produit le mieux adapté et à ne pas gaspiller de budget supplémentaire pour des facteurs de qualité inutiles et ne pas acheter un produit qui ne couvre pas leurs exigences de qualité. Existe-t-il une méthode systématique pour rendre cette comparaison possible? Quels sont les facteurs qui influent sur la perception de l'utilisateur de la qualité du produit logiciel? Objectif: Dans cette thèse, nous visons à aborder la qualité du produit logiciel du point de vue des utilisateurs. L'objectif est de créer le profil de qualité attendu et observé du produit logiciel afin de démontrer les différences entre les qualités attendues par les utilisateurs et quelles qualités sont observées chez le produit logiciel. Méthode: Nous avons utilisé une stratégie empirique en utilisant une méthode basée sur un sondage pour créer le profil des caractéristiques de qualité attendues et observées. Après avoir développé un modèle de qualité standard, nous avons créé quatre types de questionnaires pour les utilisateurs finaux et les utilisateurs expérimentés, qui visent à susciter les facteurs de qualité. À titre d'étude de cas, nous avons mené trois enquêtes en deux phases dans l'industrie. Dans la phase I, nous avons demandé aux utilisateurs potentiels d'un produit logiciel en cours de développement, de répondre au questionnaire «qualité attendue». Dans la phase II, les utilisateurs d'un produit logiciel existant ont été invités à répondre au questionnaire «qualité observée». Résultats: Les résultats de la première phase montrent qu'il n'y a pas de différence significative entre les attentes de qualité de groupe d'utilisateurs final (end user) et d'utilisateurs expérimentés (power user). Dans la phase II, les résultats révèlent que les utilisateurs du département de développement, connus comme utilisateurs techniquement compétents, trouvent le logiciel plus performant que les utilisateurs d'autres départements de l'entreprise. Conclusion: Avec des profils de plan de qualité en main, il est possible d'effectuer un contrôle croisé utile entre les attentes de qualité spécifiques des utilisateurs et d'autres pilotes (exigences fonctionnelles et architecture / conception), avant ou pendant le processus de développement de logiciels. Le contrôle croisé devrait viser à garantir qu'il existe suffisamment d'activités et de sous-activités dans le processus de développement de logiciels pour répondre aux attentes de qualité des utilisateurs. Sur la base des enquêtes menées, nous concluons que la qualité du logiciel du point de vue des utilisateurs dépend de la connaissance des utilisateurs sur les développements et la qualité de la technologie, en général, et sur le produit logiciel à l'étude, en particulier.  ABSTRACT: Context: In the ever-evolving software market, software buyers face a central challenge: Among these various products, which one best meets the users' requirements and budget? While most software buyers are aware of their functional and budgetary requirements, quality factors such as ‘availability' or ‘reliability' are not usually taken into account. Software vendors also rarely talk about the quality aspects of their products. The primary challenge is “how to elicit the users' quality expectations”, and then “how to determine the quality characteristics of a software product”. Comparing these two can assist the software buyers to select the best-fit product; not to waste extra budget for unnecessary quality factors, and not buy a product that does not cover their quality requirements. Is there any systematic method to make this comparison possible? What are the influencing factors that affect the user's perception of the software product quality? Objective: In this thesis, we aim to address the quality of the software product from the users' point of view. The goal is to create the expected and observed quality profile of the software product to demonstrate the differences between what qualities were expected from the users' side, and what qualities are observed in the software product. Method: We employed an empirical strategy using a surveybased method to create the profile of expected and observed quality characteristics. After developing a standard-based quality model, we created four types of questionnaires for end users and power users, which aim to elicit the quality factors. As a case study, we conducted three surveys in two phases in the industry. In phase I, we asked the potential users of a software product which was under development, to answer the ‘expected-quality' questionnaire. In phase II, the users of an existing software product were asked to answer the ‘observed-quality' questionnaire. Results: The results of the first phase show that there is no significant difference between the quality expectations of the end and power user groups. In phase II, the results reveal that the users in development department who are known as technically knowledgeable users find the software as higher quality than the users in other departments of the company. Conclusion: With quality plan profiles in hand, it is possible to perform a useful crosscheck between users' specific quality expectations and other drivers (functional and architecture/design requirements), before or during the software development process. The crosscheck should be aimed to guarantee that there are enough activities and sub-activities in the software development process to support the users' quality expectations. Based on the conducted surveys, we conclude that the software quality from the users' point of view depends on the knowledge of the users about the software developments and quality, in general, and on the software product under study, specifically.


identifier: Hassanipour, M. (2017). Fatigue Crack Propagation Under Variable Amplitude Loading in Steels Used in Francis Turbine Runners  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les turbines hydrauliques sont soumises à de très grands nombres de cycles à faible amplitude de contrainte et à haute fréquence. Ces petits cycles sont générés par des phénomènes hydrauliques et sont superposés à une contrainte statique de tension. Aussi, dépendant des conditions de fonctionnement, il est possible d'avoir superposé aux petits cycles un plus faible nombre de grands cycles à forte amplitude de contrainte et basse fréquence. On a ainsi en pratique une superposition de petits cycles, de grands cycles et d'une contrainte statique de tension durant les 70 ans de durée de vie de la turbine. Les turbines hydrauliques qui sont fabriquées à partir des aciers AISI 415, ASTM A516, et AISI 304L (notés 415, A516, et 304L pour simplification) sont soumises à de telles contraintes cycliques et statique. Ces contraintes ont pour effet de favoriser la propagation des défauts existants dans les roues des turbines et peuvent mener à leur rupture. Pour éviter la propagation des fissures, les petits cycles doivent induire un ΔK qui est en dessous du seuil de fatigue. Néanmoins, les grands cycles peuvent contribuer à propager ces fissures. Ainsi, pour prédire la vitesse de propagation des fissures dans de telles conditions de cycles superposés, on a recours à la sommation linéaire de dommage (SLD). Il a été observé que les grands cycles superposés aux petits cycles peuvent induire une diminution du seuil de fatigue des petits cycles. Différentes procédures ont été proposées dans la littérature pour mesurer les seuils associés au petits cycles seuls et avec superposition des grands cycles. Cependant, la plupart des procédures ne minimise pas la fermeture induite lors de la mesure du seuil conduisant ainsi à une surestimation de leur valeur. La présente étude propose de nouvelles procédures d'essais pour réduire la fermeture lors de la mesure du seuil de fatigue pour les aciers mentionnés précédemment. De plus, différentes études ont démontré que les fissures peuvent se propager plus rapidement sous l'effet des grands cycles que ce que prédit la SLD. Nous vérifierons ainsi la précision de la prédiction LDS par rapport aux mesures de propagation. Dans une première étude, la propagation des fissures par l'interaction de petits et de grands cycles est caractérisée dans les trois aciers. Les cycles de base sont entrecoupés par les grands cycles. Les vitesses de propagation des fissures par les cycles de base et les grands cycles de sous-charges sont additionnées dans la SLD pour évaluer la vitesse de propagation de fissure.  ABSTRACT: Hydraulic turbine runners are subjected to a very large number of cycles with small stress amplitudes at high frequencies. These cycles are generated by hydraulic phenomena and are superimposed to a tensile static stress. Depending on the operating conditions, much lower number of large cycles are generated with large stress amplitudes at low frequencies. As a summary, the whole stress spectrum consists of small cycles superimposed to a tensile static stress that is intercut with large cycles during the 70 years design life of turbine runners. Turbine runners, which are fabricated from AISI 415, ASTM A516, and AISI 304L steels (i.e. called 415, A516 and 304L for simplicity), are subjected to the aforementioned stress cycles. The imposed stress spectrum propagates the existing defects or cracks in turbine runners and may lead to their failure. In order to avoid crack propagation, the small cycles should induce a ΔK that is lower than the fatigue threshold. Nonetheless, the crack can grow due to large cycles. As a result, linear damage summation (LDS) is employed to predict the crack growth. The large cycles superimposed to small cycles can also induce a decrease in fatigue threshold of the small cycles. Different test procedures have been proposed to measure the fatigue threshold of small cycles and the ones superimposed to large cycles; however, most of them do not minimize the crack closure while reaching the fatigue threshold leading to an overestimation of fatigue thresholds. In this study new test procedures are proposed in order to minimize crack closure while reaching the fatigue thresholds in turbine runner steels. Different studies have shown that crack can grow faster than the LDS prediction due to the interaction between large cycles. Therefore, we verify the precision of LDS prediction compared to the measured crack growth rates. In this first study, crack growth due to the interaction between two large cycles is investigated in the three aforementioned turbine runner steels. Baseline cycles are periodically intercut by an underload cycle. This variable amplitude loading is hereafter called periodic underloads. Crack growth rates of baseline cycles and underload cycles are summated in LDS to predict crack growth under periodic underloads. Crack growth measured under periodic underloads is then compared to LDS prediction. A ratio between the measured and predicted crack growth, that is greater than unity, is defined as an acceleration factor.


identifier: Mohammadian, N. (2017). Surface Finish Control of Inconel 625 Components Produced by Additive Manufacturing Using Combined Chemical-Abrasive Flow Polishing  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les secteurs manufacturiers à l'échelle mondiale, particulièrement dans les domaines de l'aérospatial et de l'automobile, expriment de plus en plus le besoin de produire des composants de géométrie complexe en utilisant des approches de fabrication additive plutôt que d'emprunter des voies de fabrication plus traditionnelles. Ainsi, les techniques de fabrication additive de fusion sélective par laser ou faisceau d'électron permettent de réduire le temps de fabrication et la quantité de matière pour produire les pièces tout en améliorant la performance des matériaux. Dans le procédé de fusion sélective par laser, un faisceau laser de haute puissance est utilisé pour fondre localement une poudre métallique pour fabriquer une pièce couche par couche. Cette méthode offre l'avantage de produire des composants à partir de matériaux durs et à haut point de fusion. Bien que les techniques de fabrication additives permettent d'obtenir des caractéristiques uniques du point de vue de la géométrie des pièces, il demeure une problématique au niveau du fini de surface des composants, particulièrement pour les surfaces internes de pièces utilisées pour contenir des écoulements de fluide. La présence de particules partiellement fondues soudées à la surface peut causer une pollution indésirable dans le fluide de même que la rugosité de surface peut limiter l'écoulement du fluide. Ainsi, un des sujets les plus critiques en recherche qui amène une pénalité importante pour les procédés de fabrication additive concerne les opérations secondaires de finition de surface. Peu de résultats de recherche ont été publiés sur les procédés secondaires de polissage de surfaces internes dans les pièces de géométrie complexe. Ceci devient plus important considérant la variété de matériaux utilisés en fabrication additive. Les quelques résultats publiés reliés aux techniques de polissage chimique, électrolytique et mécanique montrent bien les limites de la fabrication additive. Les principaux objectifs des travaux de recherche sont de concevoir, fabriquer et valider une méthode de polissage basée sur la combinaison de produits chimiques et de particules abrasives pour des surfaces internes de pièces aéronautiques en IN-625 produites par fabrication additive. Pour atteindre ce but, on envisage d'étudier : a) l'écoulement de produits chimiques, b) l'écoulement d'abrasifs et c) l'écoulement combiné de produits chimiques et d'abrasifs.  ABSTRACT: ABSTRACT ABSTRACTABSTRACTABSTRACT World manufacturing sectors, in particular aerospace and automotive industries, wish to produce highly complex and customized components by adopting additive manufacturing (AM) of products compared to the conventional fabrication methods. This has brought attention to the AM techniques, most commonly selective laser melting (SLM) and electron beam melting (EBM), that have been proven to reduce time to market, decrease buy-to-fly ratio and improve parts performance. In the SLM process, a high-power density laser selectively melts and fuses powders within and between layers to produce a component. Several advantages are offered by SLM such as processing hard materials and production of materials with high melting points. Regardless of excellent features of SLM additive manufacturing technique, the processing conditions lead to some surface problems in the case of internal surfaces of parts designed for fluid flows. This involves appearance of semi-welded particles attached to the surface, causing pollution in the fluid system, and relatively high surface roughness and texture, compromising the fluid flow. Therefore, one of the critical research issues and excessive cost factors penalizing AM approaches is post-processing surface finish. There is a lack of knowledge on the post-AM surface finish techniques that are appropriate for improving the internal surface quality of complex parts. This becomes more complicated when it comes to the wide range of materials produced by AM techniques. According to the review of the literature, some chemical, electrochemical and mechanical techniques have been investigated that deal with the polishing limitations of SLM-built parts. The main objectives of this study were to design, manufacture and validate a post-SLM surface finish technique, used for internal surface polishing of tubular IN-625 parts designed for aerospace industry, employing a combination of chemical and abrasive flow actions. For this purpose, comprehensive experimental studies included: a) chemical flow polishing, b) abrasive flow polishing and c) chemical-abrasive flow polishing. The effect of SLM build orientation and fluid velocity on the surface finish quality for the three polishing techniques was studied. The obtained results showed the feasibility of using the combined chemical-abrasive polishing to reach better polishing efficiency. Indeed, the semi-welded powder particles attached to the surface were removed and surface roughness and texture notably improved.


identifier: Lopez Rios, N. (2017). Development of a New Multi-Channel MRI Coil Optimized for Brain Studies in Human Neonates  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs événements et conditions indésirables causent des lésions cérébrales chez les nouveau-nés qui peuvent conduire plus tard à des troubles neurodéveloppementaux. Des études d'imagerie rapides, non invasive et de haute qualité sont nécessaires pour initier un traitement neuroprotecteur précoce et minimiser les effets néfastes sur ces patients. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une méthode de choix pour détecter ces lésions et évaluer le développement du cerveau in vivo. Les systèmes d'IRM comprennent des antennes spécifiques qui permettent d'interagir avec l'objet étudié au moyen de signaux radiofréquences (RF). Ces antennes jouent un rôle important sur la qualité d'image résultante et donc sur notre capacité à détecter des pathologies subtiles. Plus les antennes sont proches du tissu à imager, meilleure est la qualité d'image. Le but de ce travail était de développer une nouvelle antenne de réception IRM qui peut s'adapter physiquement à la taille de la tête des nouveau-nés dans la gamme de prématurés de 24 semaines à des bébés de 1.5 mois. L'antenne est constituée de treize éléments répartis de manière sphérique, fixés individuellement à un soufflet en plastique compressible, qui peuvent se déplacer de manière indépendante dans des directions radiales et axiales. Un système pneumatique les rétracte au moyen d'un vide, en maximisant l'espace à l'intérieur de l'antenne pour faciliter le placement du sujet. Le vide est ensuite libéré pour permettre l'expansion du soufflet et le mouvement des éléments vers le centre de l'antenne jusqu'à ce qu'ils s'adaptent physiquement à la forme de la tête. La simulation électromagnétique a aidé le processus de conception, révélant la faisabilité de l'idée proposée. Un découplage efficace à l'aide de préamplificateurs a garanti les niveaux requis de découplage global entre les canaux de l'antenne. La validation a été effectuée sur le banc d'essai et sur une IRM 3T en utilisant différents fantômes en forme de tête. Les résultats démontrent une augmentation moyenne de rapport signal-à-bruit (SNR) de jusqu'à 68% dans la région de la tête et 122% dans la région du cortex, par rapport à une antenne commerciale de tête à 32 canaux. La distribution du SNR est stable pour toutes les tailles de fantômes utilisés. En conclusion, une antenne de réception a été conçue, modélisée puis construite. Cette antenne est adaptable avec contrôle pneumatique, ce qui a permis un SNR plus élevée par rapport à une antenne de tête commerciale à 32 canaux utilisée normalement dans la pratique clinique.  ABSTRACT: Several adverse events and conditions cause brain injury in neonates that can later lead to neurodevelopmental disabilities. Fast, non-invasive and high-quality image studies are required to initiate early neuroprotective treatment and minimize adverse effects on these patients. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a vital method to detect these injuries and assess brain development in vivo. The MRI systems include specific types of antennas, commonly known as radiofrequency (RF) coils, to interact with the object under study by means of RF signals. These coils play a strong role on the resulting image quality and hence on our ability to detect subtle pathologies. The closer the coils are to the scanned tissue, the better the image quality. The purpose of this work was to develop a new MRI RF receiver array coil that can physically adapt to infant head sizes from 24-week premature to 1.5-month-old. The coil is made of thirteen spherically distributed elements, individually attached to compressible plastic bellows, that can independently move in radial and axial directions. A pneumatic system retracts them by means of vacuum, maximizing the space inside the coil to facilitate the placement of the subject. The vacuum is afterward liberated to allow the expansion of the bellows and the movement of the elements toward the coil center until they physically adapt to the head shape. Electromagnetic simulation assisted the design process, revealing the feasibility of the proposed idea. A strong preamplifier decoupling guaranteed the required levels of overall decoupling among the coil elements. The validation was performed on the bench and on a 3T scanner using different head-shaped phantoms. The results show up to up to 68% in the head region and 122% in the cortex region, compared to a 32-channel commercial head coil. A stable SNR distribution through the complete size range was also obtained for all the used phantoms. In conclusion, an MRI receiver coil was designed, modeled, and built. The coil is adaptable with pneumatic control, which allowed a higher SNR compared to a commercial 32-channel head coil used normally in clinical practice. The risks associated with mechanical pressure on the head of newborns are non-existent (use of negative versus positive pressure) and the head motion is restricted. In addition, the method has potential applications to other age groups and body parts.


identifier: Blanchard-Dionne, A.-P. (2017). Propriétés optiques des nano-trous périodiques dans une couche mince métallique : modélisation, fabrication et application comme biocapteur  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse de doctorat, les réseaux de nano-trous périodiques dans des films métalliques sont étudiés. Leurs dimensions sont de l'ordre de la centaine de nanomètres, autant pour la taille du trou que l'espacement entre chacun et l'épaisseur du film. Ils possèdent des propriétés optiques remarquables : à certaines longueurs d'onde, la lumière qui diffracte à la surface de cette structure peut se coupler avec l'onde de propagation à l'intérieur du trou. Lorsque ces conditions sont rencontrées, un phénomène de résonance est excité et une forte transmission optique est observée de l'autre côté du film. On parle alors de transmission optique extraordinaire ou EOT pour "Extraordinary Optical Transmission". Le terme extraordinaire provient du fait que, si on considère la transmission optique des trous individuellement, l'intensité observée serait plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle mesurée pour le réseau. De plus, même si on réunissait tout les trous en un seul grand trou (avec les proportions avec la partie métallique conservée), la transmission optique serait encore inférieure à celle observée pour le réseau. Le réseau possède donc la propriété de canaliser la lumière vers les indentations et ainsi de concentrer l'onde électromagnétique vers l'intérieur de l'indentation. Ces structures permettent de manipuler la lumière à l'échelle du nanomètre et ainsi de construire des matériaux avec des propriétés optiques remarquables. Dans une première partie de cette étude de ces structures, la modélisation des propriétés optiques est abordée en utilisant la théorie des modes couplés ou CMT pour "Coupled Mode Theory". Cette méthode consiste en une expansion des champs électromagnétiques des modes possibles dans chacun des milieux de la structure ainsi qu'un calcul des coefficients de couplages de l'onde d'un milieu à l'autre. Bien que d'autres méthodes de modélisation analytique existent, la CMT a été choisie car elle permet de minimiser les approximations employées dans la modélisation, tout en offrant un développement analytique typique des problèmes de transmission optique. De plus, sous certaines proximations, la méthode permet d'écrire les équations sous une forme simple qui décrit directement l'origine de la résonance. Une compréhension approfondie des mécanismes en jeu de la transmission optique est donc obtenue grâce à cette modélisation. Dans le cadre de ce travail de modélisation, une contribution originale a été effectuée afin d'approfondir la méthode lorsque l'on considère plusieurs modes possibles à l'intérieur des indentations.  ABSTRACT: In this Ph.D thesis, periodic nanohole arrays built in metallic films are studied. These arrays consist in an arrangement of holes, spaced apart periodically, in thin metallic films. The structures are all of the order of the nanometer. These structures have extraordinary optical properties : for certain wavelengths, light can diffract at the surface of the metal and couple to the propagation wave inside the holes. When these conditions are met, a resonant phenomenon is excited and a strong transmission is observed. This phenomenon was termed extraordinary optical transmission or EOT. The term extraordinary comes from the fact that, if we consider the transmission of the sum of the isolated holes, the transmitted intensity would be orders of magnitude lower than the one observed from the array configuration. Furthermore, even if we were to assemble all the holes in one big hole (with hole/metal ratio conserved), the optical transmission would still be lower. These structure have the capacity to channel light inside the holes and concentrate electromagnetic radiation at the surface. They can thus manipulate light at the nanoscale level to create optical components with remarkable properties. In the first part of this thesis dedicated to the study of these structures, modelling of the optical properties of these structures is presented, using the method of Coupled Mode Theory (CMT). This method consists in an expansion of the electromagnetic fields in modes in the different regions of the structure and in a calculation of the coupling coefficients of the modes from one region to another. This method has several advantages compared to other methods, namely that is can minimize the approximations used, while offering an analytical development typical of problems in optics. Furthermore, under certain approximations, the method can describe the equations under a simple form which highlights the origin of the resonance. A deeper understanding of the mechanism involve in the resonance property of these structures can thus be achieved. One of the original contribution of this thesis was made in order to develop further the understanding of this method. Indeed, when considering the region inside the holes, most articles in the literature use only the fundamental mode. This approximation is good in the subwavelength case and for holes of small dimension, but becomes imprecise otherwise. Since the interesting dimensions of nanohole arrays for sensing might make use of all dimensions it was important to use a more complete model. A matrix formalism has thus been written in order to assess the contribution of each mode and the coupling of the modes between them.


identifier: Morel, L.-P. (2017). Using Ontologies to Detect Anomalies in the Sky  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise présente une solution pour améliorer la sécurité des systèmes de contrôle de trafic aérien. Cette solution prend la forme d'un détecteur d'anomalies qui va déceler les manipulations malicieuses de données. Par les mêmes mécanismes, ce détecteur peut aussi détecter les situations d'urgences et les violations des lois du trafic aérien. Les systèmes de contrôle de trafic aérien sont composés de plusieurs capteurs qui envoient des données aux stations de travail des contrôleurs aérien sur un réseau IP en utilisant un protocole de partage de données en temps réel nommé Data Distribution Service. Des données malicieuses comme de fausses positions d'avions peuvent être insérées dans le trafic du réseau en compromettant une machine connectée à celui-ci ou en émettant des signaux contenant les données falsifiées qui seront captées et transmises sur le réseau par les capteurs. Actuellement, une fois que ces données sont sur le réseau, les systèmes ne disposent pas de mécanismes pour différencier les données malicieuses des vraies données et les traiteront de la même façon. La présence de données falsifiées sur le réseau peut causer de la confusion qui peut mener à des situations dangereuses incluant une sécurité aérienne réduite. Nous avons évalué l'impact des différentes attaques sur les systèmes de contrôle de trafic aérien en construisant un modèle de menaces tout en considérant les procédures d'urgence déjà en place dans le monde de l'aviation. Nous avons conclu qu'il y a plusieurs façons selon lesquelles un adversaire peut injecter des données malicieuses dans les systèmes. Il peut le faire soit en injectant les données directement dans le réseau ou en utilisant une radio logicielle pour émettre des données malicieuses sur les fréquences utilisées par les capteurs qu'ils les transmettent eux-mêmes sur le réseau. Ces données peuvent induire les contrôleurs de trafic aérien en erreur et leur faire prendre une décision dangereuse. Ce modèle de menaces a servi dans l'ébauche des méthodes de détection.  ABSTRACT: This Master's thesis introduces an anomaly detection solution to increase the security of Air Traffic Control Systems against malicious data manipulation threats. At the same time, this detection system can detect emergencies and air traffic rules violations. Air Traffic Control Systems are made of multiple sensors sending data to air traffic controller workstations over an IP network using a publish-subscribe protocol, Data Distribution Service. Malicious data can be inserted into this network by either compromising a machine on the network, or by tricking the sensors into emitting falsified data. Once into the network, the system currently cannot distinguish malicious data from real one and will treat it as such, potentially causing dangerous situations and general confusion that could lead to air traffic safety being compromised. We quantify the impact different attacks have on the system by building a threat model while considering existing safety procedures already in place in the aviation world. We found that there are multiple ways an attacker can inject malicious data into the system either directly by injecting false data into the network or indirectly by sending spoofed broadcasts that will be picked up by the ground equipment and in turn injected into the network. These data manipulations can induce an air traffic controller into making a wrong decision. This threat model also gives us direction on how to detect potential threats. To counter these threats, we design a detection solution using ontologies to store data and a query engine to interact with it. By using ontologies, we can add semantics to the data and facilitate the creation of detection queries in the SPARQL query language. It uses a translation table to convert Data Distribution Service data structures into ontological concepts. The detection engine runs on dedicated machines and sends alerts to the concerned computers if a query detects an anomaly. The ontological model was built using the assumptions we made about the data pieces circulating on the Air Traffic Control System's network. Designing an ontology that is specific enough to be useful for detection, but also generic enough to easily add new detection capabilities proved to be a challenge. We found that we often needed to add new concepts to the ontology when we designed new queries.


identifier: Castonguay, A. (2017). Histologie massive basée sur la microscopie à tomographie par cohérence optique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'histologie consiste en l'étude des tissus vivants à l'échelle microscopique. Cette discipline a permis de grandes avancées, tant en biologie qu'en médecine, allant de la découverte de la cellule, jusqu'à devenir l'outil de prédilection pour le diagnostic de nombreuses maladies. L'avènement de l'histologie s'est fait en parallèle avec le développement du microscope, nécessaire pour visualiser les tissus sous grossissement. La microscopie est par nature limitée à imager une très petite région d'intérêt et ne donne donc qu'un petit aperçu de l'échantillon en entier. Récemment, des microscopes tomographiques sériels combinant la microscopie au sectionnement du tissu ont permis d'imager automatiquement de larges échantillons de tissu à l'échelle du micron. Des algorithmes spécifiquement développés pour ces appareils permettent de reconstruire dans une grande matrice tridimensionnelle l'échantillon imagé. Dans le cadre de cette thèse, un tel système a été construit avec la tomographie par cohérence optique comme modalité d'imagerie. Cette technique d'imagerie, qui est basée sur la réflectance intrinsèque des tissus, permet une acquisition de données volumétriques à haut débit en plus d'offrir une haute résolution spatiale et une bonne pénétration dans les tissus. Le système développé a permis d'imager de façon fiable et répétable un organe de souris en l'espace de quelques heures avec un voxel d'une taille de (4,88 x 4,88 x 6,5) μm. L'objectif général de ce projet était d'utiliser le système développé pour faire des études de groupe sur la souris, pour répondre à des questions spécifiques. D'abord, une validation du système d'imagerie était de mise pour vérifier que la plateforme d'imagerie donne une représentation fidèle du tissu in vivo. En imageant une population de cerveaux de souris in vivo en imagerie par résonance magnétique, puis avec la plateforme d'imagerie, les déformations entre les modalités d'imageries furent quantifiées. L'utilisation d'outils d'analyses morphométriques développés pour l'imagerie par résonance magnétique a démontré que le sectionnement et la fixation ne déforment pas de façon significative le tissu et que les algorithmes permettant la reconstruction en un volume tridimensionnel donnent une représentation fidèle du cerveau in vivo. Cette démonstration ouvre la voie à des études de groupes s'intéressant à des altérations microscopiques dans un organe entier. Considérant la répétabilité et la fiabilité prouvée de la plateforme d'imagerie, l'effet du vieillissement normal sur le coeur de la souris a été examiné. En comparant les coeurs de souris jeunes à ceux de souris âgées, il a été mis en évidence que des changements dans l'architecture du myocarde s'opèrent en vieillissant. Chez les souris âgées la paroi du ventricule gauche s'épaissit résultant en une diminution du taux de changement d'orientation des fibres musculaires dans cette même paroi. En imageant préalablement la fonction cardiaque de ces mêmes coeurs in vivo, il fut démontré que ces changements microscopiques s'accompagnent de changements fonctionnels.  ABSTRACT: Histology consists in the study of biological tissue at the microscopic scale. This discipline has led to great advances in biology, such as permitting the discovery of the cell and in medicine, where it is to this day the gold standard to detect many diseases. The advent of histology has been brought to in parallel with the development of microscopy, necessary to visualize tissues under magnification. Microscopy is limited to imaging small field of views, thus giving only a small representation of the entire sample. Recently, serial scanning microscopes, combining light microscopy and tissue sectioning have allowed to automatically image large tissue samples, expanding the imaged region to the order of the centimeter while keeping micrometer scale resolution. Post processing algorithms, specifically developed for serial scanning microscopes, are used to reconstruct in large 3D datasets the imaged sample. In this thesis, a serial scanning optical coherence tomography microscope was developed. This imaging modality, based on the intrinsic reflectance of tissue, allows high-speed acquisition of volumetric datasets at micrometer scale spatial resolution and penetrates deep in biological tissue. The developed platform allowed reliable and repeatable imaging of whole mouse organs within a time lapse of a few hours with a voxel size of (4,88 x 4,88 x 6,5) μm. The general objective of this project was to use this developed imaging platform to perform group studies on mice, to answer specific questions on tissue morphology. First, a system validation was required to verify that the imaging platform gives reliable representation of in vivo tissue. By imaging a group of in vivo mice brains with magnetic resonance imaging before serial sectioning, inter-modality deformations were quantified. The use of morphometric analysis tools developed for magnetic resonance imaging demonstrated that tissue sectioning and fixation does not significantly deform tissue and that reconstruction algorithms to obtain a large 3D dataset give a reliable representation of the in vivo brain. This proof of concept investigation opens the way to further group studies looking at microscopic alterations in an entire small animal organ. Considering the previously demonstrated repeatability and reliability of the imaging platform, the effect of normal aging on the mouse heart was examined. By comparing hearts of young and old mice, it was shown that architectural changes in the myocardium occur with aging. In old mice, there was a thickening of the left ventricle wall, which showed a decrease of muscle fiber orientation change. Prior imaging of the cardiac function in vivo revealed that these microscopic changes in morphology were accompanied by changes in the heart function.


identifier: Meng, X. (2017). Electrolyte-Gated Tungsten Oxide Transistors: Fabrication, Working Mechanism, Device Performance  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le transistor est l'un des composants clés des ordinateurs, des téléphones cellulaires intelligents, des moniteurs et d'autres produits électroniques qui ont affecté le progrès technologique et scientifique de notre société. Ces dernières années, l'attention a été consacrée à l'étude des transistors utilisant la commutation électrolytique, au lieu de diélectriques solides conventionnels. Bien que l'utilisation d'électrolytes dans l'électronique ne soit pas un nouveau concept, la commutation électrolytique est importante pour le développement de l'électronique flexible et biocompatible. Les transistors à commutation électrolytique ont, en effet, attiré l'attention en raison de leur faible tension d'alimentation (< 2 V) ainsi que de la possibilité d'obtenir une densité de charge aussi élevée que 1014-1015 cm-2 en raison de la capacité élevée de l'interface électrolyte/canal du transistor (1-10 μF·cm-2). Mis à part leur intérêt technologique intrinsèque, les transistors à commutation électrolytique constituent aussi une plateforme expérimentale pour étudier des aspects fondamentaux. Ils sont en effet utilisés pour étudier le transport combiné électronique et ionique, le transport de charge à haute densité de charge et le contrôle électrique des transitions de phase. Différents électrolytes ont été utilisés comme grille électrolytique, tels que des solutions aqueuses d'électrolyte, des polyélectrolytes, des polymères électrolytiques et des liquides ioniques. Parmi ceux-ci, les liquides ioniques se distinguent par leurs propriétés physico-chimiques uniques. En effet, les liquides ioniques peuvent être conçus pour posséder des caractéristiques de volatilité limitée, bonne conductivité ionique, faible viscosité, stabilité thermique élevée et large fenêtre de stabilité électrochimique (jusqu'à environ 5 V), en sélectionnant la structure appropriée pour le cation et l'anion. Les oxydes métalliques sont de candidats prometteurs en tant que matériaux de canal pour les transistors à grille électrolytique. Les semi-conducteurs à base d'oxydes de métaux ont été intensément étudiés au cours des dernières décennies pour les transistors, en particulier pour des applications de type affichage, en raison de leur mobilité de charge élevée, de leur transparence optique, de leur stabilité chimique, facilité de mise en forme et faible coût. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'oxyde de tungstène qui peut être synthétisé par de simples méthodes en solution, est sensible à la lumière visible et présente de transitions intéressantes isolant-métal (métallisation).  ABSTRACT: Transistors are one of the key components in computers, smart cell phones, monitors and other electronics products, which have affected the technological and scientific progress of our society. In recent years, attention has been dedicated to the study of electrolyte-gated transistors, which utilize electrolytes as the gating layer instead of conventional solid dielectric. Although the use of electrolytes in electronics is not a new concept, new printable, fast-response electrolytes are expanding the potential applications of electrolyte-gated transistors in flexible, rollable and biocompatible electronics. Electrolyte-gated transistors are indeed attracting attention because of their low driving voltages (< 2 V) as well as the possibility of achieving charge carrier density as high as ca. 1014 −1015 cm−2, owing to the high capacitance of the electrolyte/transistor channel interface (ca. 1−10 μF·cm−2). The intrinsic technological interest of electrolyte-gated transistors is paralleled by their relevance as experimental platforms to study fundamental aspects of electrochemistry, solid state physics and electronic engineering. Particular attention is devoted to combined electronic and ionic transport, charge carrier transport at high charge density and electrical control of phase transitions. Different electrolytes have been used as gating media in electrolyte-gated transistors, such as aqueous electrolyte solutions, polyelectrolytes, electrolyte polymers and ionic liquids. Among these, ionic liquids stand out due to their unique physicochemical properties. Indeed, ionic liquids can be designed to exhibit limited volatility, good ionic conductivity, low viscosity, high thermal stability, and a wide electrochemical stability window (up to ca. 5 V) by appropriate choice of structure for the cation and anion. Promising channel material candidates for electrolyte-gated transistors are metal oxides. Metal oxide semiconductors have been intensively investigated over the past decades for transistors, particularly in display applications due to their high charge carrier mobility, high optical transparency, chemical stability, low temperature processability and low cost. In this thesis, we focus on tungsten oxide that features solution processability, insulator-to-metal transition and visible light sensitivity.


identifier: Madra, A. (2017). Analyse et visualisation de la géométrie des matériaux composites à partir de données d'imagerie 3D  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les travaux présentés ici sont le résultat d'un projet de collaboration réalisé dans les années 2014 à 2017 dans le cadre d'une thèse en cotutelle entre la Chaire sur les Composites à Haute Performance (CCHP) du Département de Génie Mécanique de l'École Polytechnique de Montréal à Québec et le Laboratoire Roberval, UMR 737 à l'Université de Technologie de Compiègne, France. L'objectif principal des travaux était de proposer une méthodologie pour transformer les données d'imagerie tridimensionnelle obtenues à partir de la microtomographie aux rayons X en modèles numériques de taille réduite pour explorer la microstructure et raffiner la simulation numérique des procédés de fabrication des matériaux composites renforcés par des fibres courtes ou longues. La microtomographie aux rayons X est une technique d'étude non destructrice des matériaux, qui est de plus en plus populaire dans le domaine des composites. Ses applications sont vastes, de la détection des défauts dans les pièces fabriquées à la calibration de modèles de compression de renforts tissés. Bien que l'évaluation qualitative de la microstructure avec cette méthode soit relativement simple, son potentiel majeur réside dans l'analyse quantitative des caractéristiques structurelles du composite. En raison de la quantité de données très large fournie par chaque essai tomographique, l'automatisation de l'interprétation des mesures est indispensable ainsi que l'estimation de l'incertitude qui accompagne le traitement. Etant donné la grande variété des aspects de  microstructures étudiés avec la microtomographie, nous nous sommes proposés d'identifier les éléments clés de chaque type d'analyse dans le but d'élaborer une approche générale de caractérisation d'un matériau composite. Les étapes du traitement considérées du point de vue de la caractérisation du matériau consistent à identifier les éléments homogènes (de phase chimiquement distincte) et/ou hétérogènes (des agrégats de différentes phases) de la microstructure, suivi par la description de leur morphologie et de leur distribution spatiale. De point de vue algorithmique, le traitement consiste à la segmentation de phase et des structures, l'extraction de paramètres géométriques et spatiaux, la recherche des regroupements (ang. «clustering») et leur classification. Une étude approfondie de l'état de l'art sur des concepts reliés à ces opérations est présentée dans le Chapitre 2. Chacune des étapes du traitement des données microtomographiques est illustrée dans les articles qui constituent le coeur de la thèse.  ABSTRACT: The work presented here is the result of a joint Ph.D. project realized during the years 2014 to 2017 between the Chair on Composites of High Performance (CCHP) at the Mechanical Engineering Department of École Polytechnique de Montréal, Québec, and Laboratoire Roberval of Université de Technologie Compiègne, France. The main objective was to propose a methodology to transform data from digital imagery into reduced models suitable for both the exploration of the microstructure and numerical simulations, with a particular emphasis on composite materials visualized by X-ray microtomography. This technique allows a nondestructive investigation of materials and is becoming increasingly popular in the field of composites. Its applications go from defect detection to the calibration of models of textile compression. Although the qualitative evaluation of the microstructure is straightforward with this technique, its main potential lies in the quantitative analysis. Due to the amount of data provided with each scan, an automated approach is necessary as well as a proper evaluation of the uncertainty of the proposed measurements. Given the wide variety of aspects of a microstructure that are studied with the aid of microtomography, an effort was made to identify the key elements of such analyses and propose a general approach to characterize a composite material. These elements may be considered from the point of view of a material scientist, and include the identification of homogeneous (chemically distinct phases) and heterogeneous (aggregates of different phases) elements of a microstructure, the description of their morphology and the analysis of their spatial distribution. From the algorithmic point of view, this consists of phase and structure segmentation, extraction of geometric and spatial features, clustering and classification. An in-depth study of the state of the art of concepts related to those aspects is provided in Chapter 2. The illustrations of each of those aspects are provided in four articles. The first article describes in-depth image processing techniques leading to phase segmentation and proposes methods for extraction of geometric features that are subsequently used to identify different morphological types in the material with the aid of clustering algorithms. The application of the method is presented for a composite reinforced with short natural fibers, where fiber degradation was estimated during the manufacturing process. The second article expands this approach by adding spatial features to the morphological characterization and proposes higher-order descriptors for the comparison of defect geometry and distribution in composites manufactured with different processing parameters.


identifier: Bertrand, O. (2017). Développement de méthodes basées sur des mesures de pression pour la caractérisation de mélanges non-réactifs solide-liquide en cuve agitée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le mélange solide-liquide est un procédé fortement utilisé en industrie. Couramment, il consiste en une cuve mécaniquement agitée par une turbine, soit à pales inclinées, soit Rushton ou soit hydrofoils. Malgré cet usage fréquemment retrouvé en industrie, un montage alternatif peut augmenter l'efficacité du système. Par exemple, l'agitateur raclant, initialement conçu pour des mélanges hautement visqueux, peut s'avérer avantageux pour le mélange solide-liquide. Ce travail de maîtrise a pour objectif de développer une méthode permettant de caractériser un système utilisant un agitateur raclant, le ruban hélicoïdal spécifiquement, pour la suspension de particules solides non-diluées en régimes d'écoulement laminaire et transitoire. Le paramètre d'intérêt dans ce cas-ci est la vitesse minimale de suspension complète (Njs). Celle-ci est définie comme étant la vitesse minimale à laquelle toutes particules sont en suspension. La technique de pression de jauge (« Pressure Gauge Technique », PGT) est une méthode pour la détermination de Njs basée sur des mesures de pression. Elle a initialement été développée pour l'utilisation d'agitateurs axiaux ou radiaux en milieu turbulent. Pour appliquer cette méthode au système présenté dans ce travail, quelques modifications doivent être effectuées, notamment en lien avec l'isolement de la pression dynamique de la pression totale.  Ainsi, la méthode développée a pour fonction de mesurer Njs pour le montage spécifié. Divers facteurs sont à l'étude afin de valider le fonctionnement de la méthode : le diamètre des particules d_p, la fraction volumique des particules X_VS et la viscosité du liquide μ_L.  Après l'obtention de résultats préliminaires, deux nouvelles méthodes basées sur des mesures de pression ont été développées : la méthode de la différence de pression et la méthode de sédimentation. Leur fonctionnement implique qu'elles doivent être utilisées en tandem. La première estime une plage de vitesses où pourrait potentiellement se trouver Njs. La deuxième, en utilisant les résultats de la première méthode, donne une valeur plus précise de Njs. Des résultats obtenus, il est possible d'observer certaines tendances des effets des facteurs étudiés sur le système de mélange. Ce qui est conclu, est qu'une augmentation de la valeur de chacun des facteurs résulte en l'augmentation de Njs. Il est cependant impraticable de déterminer une relation spécifique entre les résultats obtenus et le système de mélange étant donné le nombre limité d'observations recueillies. Enfin, en développant ces deux méthodes basées sur des mesures de pression, il est désormais possible de déterminer Njs pour un système de mélange qui suspend une concentration non-diluée de particules solides en régime laminaire ou transitoire avec un agitateur raclant. Mots-clefs : mélange solide-liquide – fluide visqueux – suspensions non-diluées – cuve mécaniquement agitée – vitesse minimale de suspension complète – sédimentation  ABSTRACT: Solid-liquid mixing is a process frequently used in industry. It is often accomplished by using a mechanically agitated vessel equipped with a turbine, either pitched-blade, Rushton or hydrofoil. Despite the wide range use of this technic, alternative setups could increase general efficiency. For example, the close-clearance impeller, initially used for high viscosity mixes, could be advantageous for solid-liquid mixing.  The objective of the present study is to develop a novel method leading to the characterization of a mixing system that is agitated by means of a close-clearance impeller, the helical ribbon, to suspend non-dilute solid particles in laminar and transitional flow regimes. The parameter of interest in this study is the just-suspended speed (Njs). It is defined as being the minimal speed at which all particles are suspended. The Pressure Gauge Technique (PGT) is a pressure based method used for the determination of Njs. It was initially developed for the use of axial and radial flow impellers in the turbulent regime. To apply this method to the presented system, certain modifications must be made, notably with regards to the isolation of the dynamic pressure from the total pressure. In this manner, the function of the developed method is to measure Njs for the studied system. Different factors are studied to validate the developed method: the particle diameter d_p, the volumetric fraction of particles X_VS and the liquid viscosity μ_L.  After obtaining preliminary results, two novel pressure based methods were developed: the pressure difference method and the sedimentation-based method. Their functionality requires that they work in tandem. The first of the two, estimates a range of speeds that could potentially contain Njs. The second, by using the results of the first method, measures a more accurate value of Njs. From there, it is possible to identify certain effects of specific factors on the mixing system. What is concluded is that the increase in value of each factor results in the increase of Njs. On the other hand, it is unfeasible to determine a specific relation between the experimental results and the mixing system given the limited amount of observations. Finally, by developing these two pressure based methods, it is now possible to determine Njs for a mixing system which suspends a non-dilute concentration of particles in laminar and transitional regimes with a close-clearance impeller.     Keywords: solid-liquid mixing – viscous fluids – non-dilute suspensions – mechanically agitated vessel – just-suspended speed – sedimentation