identifier: Sohani, M. (2013). Improvement of Risk Allocation Methods and Choosing PL and SIL for Safety Functions in Machine Industry by Using Fuzzy Logic  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La précision par rapport à la répartition des risques et aux étapes de validation est indispensable pour appliquer la norme ISO 13849 concernant la sécurité des systèmes de contrôle. Toutefois, les données de taux d'échecs sont rarement fournies aux concepteurs et également généralement non-fournies avec composants utilisés dans les systèmes de sécurité. Plus récemment, les entreprises commencent à mesurer les taux d'échecs et incluent ces taux dans leurs fiches techniques. Pendant ce temps, d'autres sources pour les données peuvent être utilisées, et englobent les données inconnues et erreurs provenant de différences entre environnements de tests et d'application/intégration réelle. Les méthodes conventionnelles utilisées pour normes utilisant des niveaux spécifiques ne sont pas appropriées dans ce cas. De plus, la méthode d'évaluation des risques utilisée pour définir le niveau de performance requis («PLr») pour le système de contrôle de sécurité utilise l'avis d'experts pour définir les niveaux de risque des composants. L'utilisation d'avis d'experts entraîne des problèmes reliés à la subjectivité et les valeurs spécifiques ne sont pas appropriées pour exprimer l'évaluation adéquate des risques. L'application de la logique floue pour la norme peut résoudre ces deux problèmes. La logique floue est réputée de traiter efficacement les cas comprenant l'incertitude et la subjectivité. La logique floue peut améliorer la méthodologie et réduire les allocations supplémentaires en matière de conception. En utilisant la théorie d'ensembles flous, deux problèmes majeurs en appliquant les deux normes de sécurité, ISO 13849 et IEC 62061, peuvent être résolus dans une certaine mesure. Le premier problème lors de l'application de ces normes se relie aux différentes approches utilisées par chaque norme pour définir les niveaux de sécurité requis et obtenus pour systèmes de contrôle. ISO 13849 utilise des niveaux de performance («PL») et IEC 62061 utilise des niveaux d'intégrité de sécurité («SIL»). Bien que les niveaux de sécurité pour ces deux paramètres sont basés sur la probabilité de défaillance dangereuse par heure, les méthodologies utilisées pour définir les niveaux sont différentes. En attribuant des valeurs linguistiques basées sur des ensembles flous et utilisées pour définir des niveaux pour les paramètres de risque, ceci par conséquent peut aider dans la conception d'une méthode de répartition dont les résultats sont plus comparables aux deux approches. De cette façon, les niveaux de sécurité provenant de la nouvelle méthode de logique floue peuvent être utilisés par les deux normes de sécurité et résolvent le problème lié aux écarts entre les résultats des deux méthodes. L'avantage de l'approche de logique floue est que cette nouvelle méthode peut s'appliquer (est en conformité) avec les deux normes. De plus, l'utilisation d'avis d'experts en tant que source exclusive d'informations pour définir les niveaux de sécurité d'un système de contrôle s'avère d'être une méthode trop complexe et subjective. Par conséquent, l'extraction d'informations utiles nécessite une méthodologie formelle. La méthode de logique floue est utilisée dans cette étude et sert à transférer les informations d'experts à un modèle mathématique qui est ensuite utilisé pour définir les niveaux de sécurité.  ABSTRACT: Precisions of risk allocation and validation steps are essential to apply standard ISO 13849 on safety related control systems. However, failure rate data is rarely available to designers and usually not provided with components used in safety systems. Recently, companies have started to perform measurements for failure rates in order to include them into their data sheets. Meanwhile, other data sources may be used which encompass uncertainty and error due to dissimilar specifications between test and implementation environment. Conventional methods used in standards based on crisp levels are not appropriate in this respect. Additionally, risk assessment method employed to define required performance level (PLr) for the safety control system uses expert's opinion to define risk component levels. Using expert's opinion entails subjectivity problem and crisp values are not appropriate to express judgmental risk assessment. Applying fuzzy logic in the standard can solve both these problems. Fuzzy logic has been proven to deal effectively with uncertainty and subjectivity. It can improve the methodology and reduce overdesign possibility. Using fuzzy set theory two major problems in using the two safety standards, ISO 13849 and IEC 62061, can be solved to some extent. First problem in using these standards is the different approaches they use to define required and achieved safety level for safety related control systems. ISO 13849 uses performance levels (PLs) and IEC 62061 uses safety integrity levels (SILs). Although safety levels in both parameters are based on probability of dangerous failure per hour, methodologies used to define levels are different. Reassigning linguistic values based on fuzzy sets, used in defining levels in risk parameters, can help to design an allocation method which its result is more comparable to both approaches. This way, safety level from the new fuzzy method may be used by both safety standards and ultimately solves the problem of discrepancy between results from two methods. The advantage of fuzzy approach is that the new method is in accordance with both standards. Additionally, the employment of expert's opinion, as the only source of information, in defining safety level for a safety related control system is inherently subjective and complex. Therefore, elicitation of useful information requires a formal methodology. Fuzzy method is used in this paper to transfer information from experts to a mathematical model, which then is used to define safety levels.


identifier: Towhidi, M. (2013). Treatment of Degeneracy in Linear and Quadratic Programming  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse, nous considérons la résolution de problèmes d'optimisation quadratique dégénérés sur base de techniques initialement développées pour l'optimisation linéaire, ca-pables de tirer avantage de la dégénérescence. Nous commençons par améliorer l'efficacité de la règle de pivotage positive edge en fournissant une implémentation basée sur le logiciel libre CLP. Nous proposons ensuite le logiciel de haut niveau CyLP permettant de définir et d'expérimenter facilement avec de nouvelles règles de pivotage pour la méthode du Simplexe. CyLP offre de plus des services de modélisation puissants réduisant l'effort nécessaire à la modélisation de problèmes linéaires, en variables entières et quadratiques. À l'aide de CyLP, nous appliquons la règle positive edge à la variante du Simplexe suggérée par Wolfe pour résoudre les problèmes quadratiques. Nous incorporons également positive edge dans une méthode de gradient réduit. Nos tests démontrent l'efficacité de positive edge sur les problèmes quadratiques pour lesquels le terme linéaire est dominant. Chaque méthode est capable de fournir des niveaux substantiels d'accélération sur un certain sous-ensemble de problèmes lorsqu'elle est équipée de positive edge. Nous suggérons des pistes de recherche pour la conception de nouvelles méthodes qui incorporent positive edge et accélèrent la résolution sur une plus large gamme de problèmes.  ABSTRACT: We consider solving degenerate quadratic programs (QPs) by means of degeneracy-benefiting techniques designed for linear programs (LPs). Specifically, we use a Simplex pivot method, called positive edge, that is able to take advantage of degeneracy in LPs. First, we improve the efficiency of the positive edge method by providing an internal implementation of it using CLP—an open-source LP solver. In the next stage, we develop a software, called CyLP, which allows easy definition of, and experimentation with, Simplex pivot rules. In addition, CyLP has a powerful modeling facility that reduces the effort of modeling LPs, mixed-integer programs (MIPs), and QPs. Using CyLP, we apply the positive edge rule to Wolfe's method—a Simplex-like method for QPs. We also incorporate positive edge into a reduced-gradient method. Our experiments demonstrate the effectiveness of positive edge on QPs with relatively large linear terms. Each method is able to yield substantial improvements on a subset of test problems. We provide research leads to devise novel methods that incorporate the positive edge rule and are more generally applicable.


identifier: Zandi, K. (2013). Integrated Microphotonic-MEMS Inertial Sensors  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours de la dernière décennie, le développement du contrôle d'attitude de petits satellites a évolué vers une stabilisation complète à trois axes et un contrôle précis alors que leur application augmente dans les télécommunications et les missions de connaissance de l'espace. Pour les systèmes spatiaux, les principaux facteurs sont la puissance, la masse et la fiabilité dans l'environnement spatial. Ceci est associé à une nécessité croissante de systèmes de navigation inertielle compacts et de faible puissance. Les systèmes de navigation actuels d'engins spatiaux consistent en différents capteurs et processeurs qui ne sont pas optimisés pour fonctionner ensemble. Cela est coûteux et peut exiger une réduction considérable de la masse et des ressources en puissance disponibles sur un petit engin spatial. Par conséquent, les composants doivent être optimisés par rapport à leur taille, design et procédé de fabrication. L'objectif de cette thèse est de concevoir, simuler, fabriquer et caractériser des accéléromètres et des capteurs de vitesse de rotation (gyroscopes) planaires miniatures à haute sensibilité et faible coût à base de microsystèmes électromécaniques (MEMS) à bande interdite photonique (PBG) sur un substrat silicium-sur-isolant (SOI) afin d'intégrer un réseau à deux axes de ces capteurs sur une même plate-forme SOI. L'utilisation de dispositifs optiques à guide d'ondes intégrés avec des MEMS sur SOI pour les systèmes de capteurs multicanaux/multifonctions permet l'utilisation de capteurs multiples pour étendre la gamme de mesure et la précision. Cela fournit une redondance essentielle qui rend possible une fiabilité à long terme dans l'environnement spatial, réduisant ainsi la possibilité de défaillance du système. Un navigateur sur puce représente également la capacité à accommoder divers capteurs d'attitude et inertiels sur la même puce afin d'éliminer le besoin de nombreux capteurs séparés. Le produit final présente une réduction de plusieurs ordres de grandeur de la masse et de la taille du système. En outre, la redondance améliore la performance nette et la précision des systèmes de mesure de navigation. Deux classes d'accéléromètres/gyroscopes optiques sont examinées dans cette thèse pour application dans la navigation de petits satellites, l'une fondée sur un filtre accordable Fabry-Perot (FP), où le capteur est actionné par l'accélération appliquée fournissant un décalage de la longueur d'onde d'opération qui varie linéairement avec l'accélération appliquée, et l'autre fondée sur un atténuateur optique variable (VOA), où le capteur est actionné par l'accélération appliquée fournissant pour les petits déplacements un changement linéaire de l'intensité relative du signal  ABSTRACT: Over the last decade, the development of small satellites attitude control has moved towards full three axis stabilization and precise control as their application increases in telecom and space knowledge missions. For space-based systems, the major drivers are power, mass and reliability in the space environment. This is associated with an increasing necessity for compact, low-power inertial navigation systems. Current spacecraft navigation systems consist of various sensors and processors that are not optimized to operate together. This is costly and can require a considerable reduction of the mass and power resources available on a small spacecraft. Therefore the components need to be optimized relative to their size, design, and fabrication process. The objective of this thesis is to design, simulate, fabricate and characterize high sensitive low cost in-plane photonic-band-gap (PBG)-micro electromechanical systems (MEMS)-based miniature accelerometers and rotational rate sensors (gyroscopes) on a silicon-on-insulator (SOI) substrate in order to enable the integration of an array of two-axis of these sensors on a single SOI platform. Use of guided-wave optical devices integrated with MEMS on SOI for multichannel/multifunction sensor systems allows the use of multiple sensors to extend the measurement range and accuracy. This provides essential redundancy which makes long-term reliability in the space environment possible therefore reducing the possibility of system failure. The navigator microchip also represents the ability of accommodating diverse attitude and inertial sensors on the same microchip to eliminate the need of many separate sensors. The end product exhibits orders of magnitude reduction in system mass and size. Furthermore, redundancy improves the net performance and precision of the navigation measurement systems. Two classes of optical accelerometers/gyroscopes are considered in this thesis for application in smallsats navigation, one based on tunable Fabry-Perot (FP) filter, where the sensor is actuated by the applied acceleration providing a shift in the operating wavelength that varies linearly with the applied acceleration and the other one based on variable optical attenuator (VOA), where the sensor is actuated by the applied acceleration providing a linear change for small displacements around the waveguide propagation axis in the relative signal intensity with the applied acceleration. In the case of FP-based sensors, the FP microcavity consists of two distributed Bragg reflectors (DBR) in which one DBR mirror is attached to the proof mass of the system. As


identifier: Hamie, A. (2013). Prototype d'une micropompe dédiée à l'injection des médicaments anti-épileptiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'épilepsie est une des maladies du système nerveux central qui demeure sans solution efficace malgré les progrès technologiques impressionnants dans le domaine biomédical. En effet, environ 15% des patients souffrants de cette maladie sont réfractaires à tout médicament ou autre solution médicale. De nos jours, le traitement d'épilepsie, chez les patients réfractaires, consiste à stimuler électriquement la région du cerveau provoquant les foyers épileptiques. De plus, des travaux de recherche sont en cours pour examiner les résultats d'injection des médicaments ou de refroidissement de régions épileptiques. Nous proposons dans ce mémoire une solution basée sur une micropompe automatisée et miniaturisée permettant d'empêcher le foyer épileptique de se déclarer et se propager en injectant des débits précis des médicaments à l'endroit de détection du foyer juste au moment de sa naissance. La micropompe choisie est basée sur un mécanisme qui génère un champ magnétique à l'aide d'une microbobine intégrée. Cette micropompe sert à manipuler un diaphragme intégré pour déplacer les médicaments à injecter. La membrane de la micropompe en question est fabriquée par polydiméthylsiloxane (PDMS) qui vibre à une fréquence variant entre 85 et 175 Hz. La micropompe permet de livrer un débit de 2.9 ml/min et est activée par un circuit de détection de crises épileptiques. Quant à l'interface électronique, elle regroupe un microcontrôleur, quelques circuits logiques simples et un convertisseur numérique – analogique (CNA) qui servent à contrôler et commander le courant alimentant la microbobine faisant partie de la micropompe. Le déclenchement de la micropompe proposée a été validé, en partie, à l'aide d'enregistrements d'électroencéphalogrammes intracorticaux (icEEG) des patients atteints d'épilepsies. Les résultats obtenus ont confirmé l'opération de l'injection précise des médicaments. Notre système, destiné à être implantable, se caractérise également par la réduction de la consommation d'énergie dans sa mise en oeuvre. Nous avons réalisé à ce sujet des circuits donnant lieu à des bonnes performances en terme d'économie d'énergie, comparé à un autre type de micropompes piézoélectriques du commerce que nous avons examiné dans ce projet dont la consommation est de l'ordre de 70 mA au lieu de 40 mA obtenue dans la micropompe proposée.  ABSTRACT: Approximately 15% of patients with partial epilepsy are neither drug responsive nor good candidate for surgery. There has been growing interest in neuro-responsive intracerebral local treatment of seizures such as focal drug delivery, focal cooling, or electrical stimulation. The latter requires an effective seizure-detection system and an intracortical stimulator. In this project, we present an automated miniaturized micropump that provides precise drug flow rate in order to control epileptic seizure. The implantable responsive drug delivery system proposed by Polystim team was validated using intracortical Electroencephalogram (icEEG) recordings from patients with refractory epilepsy. In this project, the proposed micropump is based on electromagnetic mechanism that is generated through microcoil and deflects a diaphragm fabricated using a polydimethysiloxane (PDMS), by supplying precise amount of current using a digital-to-analog convertor (DAC). The device delivers simultaneous focal drug to suppress the seizure following its onset detection by a dedicated microelectronic interface. The PDMS based membrane is driven under a range of an actuating frequency between 85 and 175 Hz. It provides a flow rate of 2.9 ml/min when all the inputs of the DAC are high and the operation frequency is 143 Hz. The feedback controller and the micropump are activated for a given duration (2, 4, 8, 16 seconds) on response to seizure detections, but they remain in sleep mode for the rest of time. The experimental results demonstrated the detection accuracy of proposed implantable responsive drug delivery systems. The implemented control circuit provides a good performance in term of power consumption, comparing with another piezoelectric micropump we previously used in our experiments. The later requires about 70 mA instead of 40 mA for the proposed micropump.


identifier: Biron, M. (2013). Croissance et transfert de graphène pour la fabrication d'électrodes transparentes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise porte sur la caractérisation et l'optimisation d'électrodes transparentes et conductrices de graphène. Nous avons utilisé un procédé de croissance CVD à basse pression, avec du méthane comme source de carbone et du cuivre comme support et catalyseur de croissance, pour synthétiser le graphène. Les couches de graphène ainsi déposées sont complètes et uniformes, tel qu'observé par microscopie électronique à balayage et par spectroscopie Raman. Une méthode utilisant un polymère (PMMA) comme support mécanique a été optimisée pour le transfert du graphène vers différents substrats, tels du verre ou du silicium recouvert d'oxyde de silicium. La caractérisation par microscopie optique et électronique à balayage et par spectroscopie Raman des échantillons transférés démontre que le procédé de transfert n'endommage pas le graphène et laisse la surface exempte de résidus apparents de contamination. Les mesures de cartographie Raman montrent une très faible intensité du pic associé aux défauts, preuve que la croissance produit du graphène de haute qualité. Ce procédé de transfert a été appliqué pour réaliser des électrodes transparentes comportant entre une à quatre couches de graphène empilées. Ces électrodes ont été caractérisées par spectroscopie Raman, par des mesures en transmission optique et par des mesures de résistance électrique par la méthode de van der Pauw. Les résultats de spectroscopie Raman montrent que le niveau de dopage des échantillons diminue lorsqu'on augmente le nombre de couches de graphène. Les mesures optiques montrent une transparence variant entre 97,5 et 90%pour une longueur d'onde entre 400 et 1000 nm en fonction du nombre de couches empilées. La résistance de feuille des électrodes varie entre 560 et 360, une performance équivalente, voire supérieure à celle des électrodes de graphène présentées dans la littérature. Une méthode électrochimique est utilisée pour doper les échantillons à des niveaux très élevés,diminuant la résistance de feuille jusqu'à 260 pour une électrode de graphène monocouche. Ce dopage permet de varier le travail de sortie du graphène entre 3,9 et 5,6 eV. L'ensemble de ces résultats démontre que le graphène est un matériau idéal pour être utilisé comme électrode transparente, étant donné ses excellentes propriétés optiques et électriques ainsi que la possibilité de modifier simplement son travail de sortie, permettant de minimiser la résistance de contact avec divers matériaux semiconducteurs.  ABSTRACT: This master's thesis focuses on the characterization and optimization of transparent and conductive electrodes made from graphene layers. We used a low pressure CVD method, with methane as the carbon source and copper as a catalyst and growth support, to synthesize graphene. Scanning electron microscopy and Raman spectroscopy were used to demonstrate that the graphene layers are complete and uniform. A method using a polymer (PMMA) as a mechanical support has been optimized for the transfer of graphene films onto various substrates, such as glass or silicon dioxide on silicon. Characterization of transferred samples by optical and scanning electron microscopy and Raman spectroscopy reveals that transferred films are undamaged and that the surface is free of visible residues. The intensity of the defect-related peak in Raman mapping measurements is low, indicating that the as-grown and transferred graphene layers are of high quality. This transfer process has been applied to fabricate transparent electrodes with one to four layers of graphene. The electrodes were characterized by Raman spectroscopy, optical transmission analyses and electrical resistance measurements using the van der Pauw method. Raman results indicate that the average doping level of the samples decreases with an increasing number of graphene layers. The optical measurements yield transparency values ranging from 97.5 to 90 % for wavelengths between 400 and 1000 nm, depending on the number of stacked layers. The sheet resistance of the electrodes varies between 560 and 360, which is an equivalent or superior performance to that of graphene electrodes reported in the literature. An electrochemical method was used to dope the samples in an ionic liquid to vary the Fermi level and to decrease the sheet resistance down to 260for a monolayer graphene electrode. This doping allows to vary the work function of graphene between 3.9 and 5.6 eV. Taken together, these results demonstrate that graphene appears as an ideal material to be used as transparent electrode given its excellent optical and electrical properties as well as the ability to easily modify its work function and thus minimize the contact resistance with various semiconductor materials.


identifier: Latendresse, V. (2013). Développement d'un biocapteur combinant la plasmonique et l'électrochimie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les biocapteurs sont des outils de détection extrêmement puissants, utiles pour une grande variété d'applications dans plusieurs domaines tels que la recherche biomédicale, le système de santé, l'industrie pharmaceutique et plusieurs autres. Les techniques plasmoniques et électrochimiques possèdent chacune leurs avantages et leurs inconvénients pour les applications de biodétection. Un biocapteur combinant les deux types de mesures a été fabriqué dans le cadre de ce projet. Un peigne d'électrodes interdigitées en or sert de surface pour la résonance des plasmons de surface (SPR) et pour les mesures d'impédance. Différentes mesures simultanées peuvent être prises en temps réel dans une cellule de mesure fermée avec un système d'impédance à 2 électrodes et un système SPR. La limite de détection SPR est dans le même ordre de grandeur que les systèmes en vente sur le marché. Dans le cadre de ce projet, un laser ultrarapide (impulsions de 120 femtosecondes) a été utilisé pour le prototypage rapide du peigne d'électrodes interdigitées sur une lamelle de verre (BK7) recouverte de 50 nm d'or. Le procédé de fabrication a été optimisé afin qu'il soit possible de contrôler la largeur des électrodes et que la qualité de surface soit idéale pour la résonance des plasmons de surface. La période de l'échantillon utilisé est de 30 μm et la distance entre les électrodes est de 6 μm. Les dimensions obtenues sont compatibles avec des techniques de microfabrication, ce qui permettrait une fabrication à faibles coûts pour une entrée sur le marché. Une fois les échantillons optimisés, deux montages optiques basés sur la configuration Kretschmann ont été réalisés dans le but de faire des mesures SPR spectrales. Le premier de ces systèmes se servant de la réflexion spéculaire sur l'échantillon et le deuxième se servant du premier ordre de diffraction en réflexion de l'échantillon qui agit comme un réseau. Des limites de détections de 7.9×10-7 RIU (refractive index units) et 7.2×10-6 RIU ont étés obtenus pour ces deux systèmes respectivement pour des expériences avec de l'éthanol. Un modèle électrique est présenté pour le peigne d'électrodes interdigitées du système de mesure d'impédance. La compatibilité du modèle est vérifiée, basée sur des changements dans la résistance de la solution. La limite de détection pour des solutions de NaCl est de 1.3×10-3 mg/100ml. La combinaison des deux systèmes a permis de montrer que le système SPR est plus  ABSTRACT: Biosensors are powerful tools that are used for a wide range of applications in fields like biomedical research, healthcare, pharmaceuticals and many more. Plasmonic and electrochemical techniques have each their advantages and their weaknesses for biodetection applications. A biosensor combining both these measurement techniques was fabricated for this project. Gold interdigitated electrodes (IDEs) were used as a surface plasmon resonance (SPR) propagation surface and as electrodes for impedance measurements. Different types of measurements are enabled in real time within a closed measuring cell with a two-electrode impedance system. The limit of detection of the SPR system compares well with commercial systems. For this project, an ultrafast laser (120 femtosecond pulses) was used for fast prototyping of the interdigitated electrodes on a glass slide on which a 50 nm thin film was previously deposited. The fabrication process was optimized in order to obtain the optimal electrode width and a good surface quality for the propagation of surface plasmons. The period of the sample that was used is 30 μm and the distance between the electrodes is of 6 μm. These dimensions are compatible with standard microfabrication techniques, which would enable fabrication at a low price for a market entry. Two optical setups based on the Kretschmann configuration were realised in order to take spectral SPR measurements once the sample was fabricated. The first of these systems used the specular reflection on the sample and the second used the first order of diffraction from the interdigitated electrodes which acts as a grating. The limit of detection of those systems, measured with a change between water and ethanol solution are 7.9×10-7 RIU (refractive index units) and 7.2×10-6 RIU respectively. An equivalent circuit model is presented for the electrical impedance system. Based on changes between solutions with different salt concentrations, the model was verified. The limit of detection for a NaCl solution is 1.3×10-3 mg/100ml. The combination of these two types of measurements showed that the SPR system as a better sensitivity to variations in ethanol concentration and the impedance system to variations in salt concentrations.


identifier: Olivieri, P. (2013). Génération de chemins de couverture pour des opérations automatisées de contrôle non destructif appliquées dans l'industrie aérospatiale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie aérospatiale accorde un rôle majeur au contrôle non destructif (CND) dans le processus de fabrication et de maintenance des structures et il est utilisé, entre autres, pour détecter des défauts tels que des fissures à un stade précoce. Cependant, les techniques de CND sont encore principalement opérées manuellement, en particulier sur des structures aérospatiales complexes. Plusieurs inconvénients en résultent tels que la pénibilité et le temps d'opération des techniques. De plus, la fiabilité et la répétabilité des résultats d'inspection est susceptible de varier de manière significative puisqu'elles dépendent de l'expérience et de la dextérité de chaque opérateur. Dans le cadre du projet MANU-418 du Consortium de recherche et d'innovation en aérospatiale au Québec (CRIAQ) dans lequel s'inscrit le présent travail de recherche, il a été proposé de développer un système muni d'un bras manipulateur à 6 DDL permettant d'automatiser trois techniques particulières de CND utilisées dans l'industrie aérospatiale : l'inspection par courants de Foucault (ECT), l'inspection par ressuage fluorescent (FPI) et l'inspection par thermographie infrarouge (IRT). L'objectif global du projet MANU-418 est de démontrer que ce système automatisé permet d'obtenir des résultats de détection de défauts (des fissures généralement) en surface et légèrement sous la surface au moins aussi acceptables en termes de fiabilité et de répétabilité que ceux obtenus manuellement. Un des objectifs spécifiques qui découle de ce projet est de développer une méthodologie et un outil logiciel de génération de chemins de couverture adaptés aux trois techniques de CND mentionnées précédemment pour l'inspection de surfaces complexes de structures aérospatiales. Le présent travail de recherche s'attache à la réalisation de cet objectif spécifique.  Dans un premier temps, les propriétés de géométrie et de topologie du type de surfaces considérées dans ce projet sont définies (surfaces planes, congés, bords droits, surfaces cylindriques, trou dans la surface). Il est également supposé que le modèle 3D de la surface à inspecter est connu à l'avance. Aussi, l'automatisation de l'inspection ECT étant prioritaire devant celles des techniques FPI et IRT dans le cadre du projet MANU-418, la méthodologie développée se base sur les propriétés de chemin qu'une sonde différentielle à courants de Foucault (appelée ici sonde EC) suit habituellement lors d'une inspection manuelle, tout en permettant de rester utilisable pour les autres techniques. Le chemin d'inspection d'une sonde EC est défini par un balayage en zigzag et cette sonde est généralement en contact léger avec la surface durant le balayage. Aussi, l'axe de la sonde doit en tout temps être normal à la surface et, l'alignement de ses deux bobines doit toujours être orienté le long de sa direction de déplacement. Une première méthodologie est alors proposée pour générer des chemins de couverture sur toute la surface à inspecter en respectant les contraintes de la sonde EC.  ABSTRACT: Non destructive testing (NDT) plays an important role in the aerospace industry during the fabrication and maintenance of the structures built and is used, among other useful applications, to detect flaws such as cracks at an early stage. However, NDT techniques are still mainly done manually, especially on complex aeronautical structures, which then results in several drawbacks. In addition to be difficult and time-consuming, reliability and repeatability of inspection results are likely to be affected, since they rely on each operator's experience and dexterity. The present thesis is part of a larger project (MANU-418) of the Consortium for Research and Innovation in Aerospace in Québec (CRIAQ). In this project, it has been proposed to develop a system using a 6-DOF manipulator arm to automate three particular NDT techniques often needed in the aerospace industry: eddy current testing (ECT), fluorescent penetrant inspection (FPI), and infrared thermography (IRT). The main objective of the MANU-418 project is to demonstrate the efficiency of the developed system and provide inspection results of surface and near surface flaws (cracks usually) at least as reliably and repeatably as inspection results from a human operator. One specific objective stemming from the main objective of the project is to develop a methodology and a software tool to generate covering paths adapted for the three forementioned NDT techniques to inspect the complex surfaces of aerospace structures. The present thesis aims at reaching this specific objective. At first, geometrical and topological properties of the surfaces considered in this project are defined (flat surfaces, round and straight edges, cylindrical or near cylindrical surfaces, holes). It is also assumed that the 3D model of the surface to inspect is known in advance. Moreover, it has been decided within the framework of the MANU-418 project to give priority to the automation of ECT compared with the other techniques (FPI and IRT). As a result, the methodology developed to generate inspection paths is more closely focused on path constraints relative to the manual operations of ECT using a differential eddy current probe (named here EC probe), but it is developed to be flexible enough to be used with the other techniques as well. Common inspection paths for ECT are usually defined by a sweeping motion using a zigzag pattern with the EC probe in mild contact with the inspected surface. Moreover, the main axis of the probe must keep a normal orientation with the surface, and the alignment of its two coils must always be oriented along the direction of its motion. A first methodology is then proposed to generate covering paths on the whole surface of interest while meeting all EC probe motion constraints. First, the surface is meshed with triangular facets, and then it is subdivided into several patches such that their geometry and topology are simpler than the whole surface.


identifier: Haouzi, F.-Z. (2013). Analyse numérique du comportement non drainé d'une argile saturée lors de l'expansion d'un cylindre creux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La présente étude s'articule autour de l'analyse de l'expansion et de la consolidation d'une argile saturée. Cette étude, se basant sur les résultats expérimentaux de Abba (1993), consiste en l'analyse numérique d'une cavité en expansion, taillée sous forme de cylindre creux (déformation plane), dans le domaine non-drainé en supposant que le sol suit la loi du comportement de Cam-Clay. L'analyse porte sur l'argile de Saint-Hilaire (Quebec). Après avoir réalisé les différents essais de simulation de l'expansion à pressions contrôlées pour différentes pressions de confinement, il s'est avéré que le coefficient de consolidation radial influence peu les courbes d'expansion et les lois de cisaillement non drainé dérivées. Par contre, la variation du coefficient de consolidation radial, liée directement à la perméabilité du sol, influence la vitesse de dissipation des surpressions interstitielles. Il en découle que les contraintes effectives seront ainsi affectées par ce paramètre. Les fonctions d'expansion et les surpressions générées lors de l'essai ont été comparées aux résultats expérimentaux élaborés par Abba (1993). Ceci a révélé que la méthode de Cam-Clay surestime légèrement les résistances au cisaillement non-drainé. La théorie de Silvestri (2005) basée sur l'approche de Nadai (1950), permettant de déduire directement la résistance au cisaillement non-drainé, sans faire d'hypothèse sur la loi du comportement du sol étudié, a été mise de l'avant pour l'interprétation des résultats expérimentaux qui ont été comparés, par la suite, aux résultats des simulations numériques menées lors de l'analyse numérique.  ABSTRACT: This study, based on the experimental analysis of Abba (1993), aims to analyse the undrained plane strain expansion and the consolidation of hollow cylindrical specimens of saturated clay. The present investigation consists in carrying out a numerical analysis on Saint-Hilaire clay assuming that this soil follows the Cam-Clay constitutive law. Various stress-controlled expansion simulations with different confining pressures were completed, which showed that the radial coefficient of consolidation hardly affects the total stress paths and the undrained shear strengths, whereas the variation of the consolidation coefficient, related directly to the permeability, influences the rate of dissipation of excess pore pressures and, thus, the effective stresses. The expansion functions and the excess of pore pressure curves were compared with the experimental results obtained by Abba (1993). This showed that the Cam-Clay method over-estimates the undrained shear strength. Silvestri (2005) presented a simple method, based on Nadai's approach (1950), to deduce the undrained shear strength from the expansion curves without any hypothesis about the soil constitutive law. This approach has been used to interpret Abba's results and has been compared to the numerical results of the present investigation. Consequently, the numerical results gave over-estimated the values of undrained shear strength.


identifier: Castro Gonzalez Rubio, L. (2013). Technology Acceptance, Acceptabilty and Appropriation in Professionnal Bureaucracies : The Case of RFID for Improving Mobile Assets Management in Hospitals  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les hôpitaux, même ceux de petite taille, peuvent gérer sur une base quotidienne  plusieurs milliers d'actifs fixes et mobiles. Les actifs mobiles sont très diversifiés et incluent des pompes à infusion, du matériel chirurgical, des électrocardiogrammes, des machines portables à rayons X, des défibrillateurs, etc. Ces actifs circulent en permanence entre les différents services et les divers départements. Pratiquement tous les patients dépendent d'un ou plusieurs actifs mobiles lors de leur hospitalisation. Ces actifs sont également indispensables à la prestation des soins de santé et le personnel clinique consacre une partie importante de leur temps pour chercher ces actifs lorsque requis. L'incapacité de retrouver ces actifs en cas d'urgence peut mettre la vie des patients en danger. La technologie RFID (Radio Frequency Identification) a le potentiel de retracer et d'effectuer le suivi, et ce, de façon unique et transparente, les actifs mobiles et, par conséquent, d'en améliorer leur gestion dans les hôpitaux. Comparé à d'autres secteurs d'activité, le secteur de la santé adopte RFID à un rythme beaucoup plus lent, ce qui se traduit par un nombre limité d'études empiriques portant sur l'implantation de RFID dans ce secteur. Cette thèse se propose donc de contribuer à ce vide empirique par une analyse en profondeur d'une implantation réelle de RFID. Cette implantation vise à améliorer la gestion d'un type d'actifs mobiles, nommément les pompes à infusion dans un hôpital. Les données empiriques ont été recueillies pendant une période de 25 mois, de la phase de préfaisabilité jusqu'à la phase de post-implantation. Huit organisations (incluant l'hôpital qui est le principal site d'observation) et 35 participants ont été impliqués. Les résultats de la  recherche peuvent être résumés comme suit. À la question, pourquoi RFID est implanté? La réduction des inefficacités existantes liées à la gestion des actifs mobiles en est la principale raison. De plus, la familiarité avec les technologies de l'information au sein de l'hôpital, la compatibilité de l'infrastructure existante (l'hôpital est presque 100% Wi-Fi) et l'expérience des partenaires technologiques sont des facteurs positifs reliés à l'implantation RFID. Comment l'implantation RFID est-elle effectuée? Les résultats montrent que le processus d'implantation est fortement itératif : les participants reviennent en effet sur les phases précédentes et modifient les décisions approuvées antérieurement. L'amélioration continue des services de soins est sans aucun doute la préoccupation principale exprimée par tous les participants de l'hôpital. Toutefois, les attentes et les exigences diffèrent entre les différents groupes de participants. Les résultats démontrent un clivage entre les points de vue de l'administration et ceux du côté clinique. Des divergences sont notées entre les infirmières et les médecins, et, entre les techniciens de l'hôpital (responsables des TIC, ingénieurs biomédicaux, et spécialistes de la maintenance) et les administrateurs. Les enjeux  les plus importants ne sont pas technologiques, mais sont principalement organisationnels, ce qui semble découler de la présence de points de vue divergents. Est-ce que la RFID améliore la gestion des actifs mobiles? Les résultats suggèrent que les avantages identifiés et évalués lors l'implantation de RFID appartiennent aux catégories suivantes: amélioration de la visibilité des actifs, augmentation  de l'efficacité opérationnelle, réduction de certains coûts et émergence de processus intelligents. Ce dernier point apparait comme particulièrement important. Les processus intelligents misent principalement sur les capacités d'auto-identification et de sensibilité au contexte (context-awareness) de RFID, sur le changement automatique de statuts, et sur la mise à jour automatique des applications d'hôpital (par exemple, WMS). Les résultats démontrent également que les processus intelligents améliorent la planification et la prise de décision. Est-ce que les caractéristiques intrinsèques des organisations dans lesquelles la technologie RFID est envisagée posent des contraintes à son implantation? Les hôpitaux, qualifiés de bureaucraties professionnelles, constituent un ensemble unique de contraintes dont on doit tenir compte lors d'une implantation RFID. En particulier, l'inertie, la complexité et la rigidité organisationnelles ne sont pas favorables à des changements à grande échelle dans l'hôpital et affectent la façon dont RFID est implanté. En outre, l'existence d'une structure à double pouvoir et les pièges liés à une culture forte (culture entrapment)ont un impact profond sur l'importance des avantages découlant de RFID. Est-ce que l'acceptation de la technologie, son acceptabilité et son appropriation représentent des concepts clés pour comprendre l'implantation de la RFID? Ces trois concepts ont été explorés lors de cette recherche et ont conduit à deux observations principales. Tout d'abord, on peut affirmer que si la technologie est acceptée, acceptable et appropriée, elle est utilisée, de façon partielle ou plus large. Par extension, l'acceptation, l'acceptabilité et l'appropriation pourraient être importantes non seulement pour expliquer l'ampleur de l'utilisation d'une technologie (utilisation partielle par rapport à la pleine utilisation), mais aussi pour expliquer les raisons pour lesquelles une technologie a été initialement adoptée, puis ensuite rejetée. Deuxièmement, les résultats empiriques ne confirment pas un ordre chronologique entre ces trois concepts. Par exemple, l'appropriation ne suit pas l'acceptation, même au début de l'implantation. Au contraire, l'acceptation, l'acceptabilité et l'appropriation coexistent à tout moment pendant le processus d'implantation. Cependant, l'ordre chronologique joue quand même un rôle puisque les niveaux d'acceptation, l'acceptabilité et l'appropriation varient au fil du temps. En outre, ces trois concepts sont sensibles à la fois à la technologie (dans ce cas, RFID) et au contexte dans lequel cette technologie est utilisée (l'hôpital), qui continuent de  leur côté  à changer au fil du temps. La thèse se termine en examinant les limites de la recherche, en proposant quelques pistes de recherche. Les contributions de cette thèse peuvent être pertinentes pour les chercheurs, les décideurs du secteur de la santé, les administrateurs d'hôpitaux, et les spécialistes et consultants en TI.  ABSTRACT: Hospitals, even small ones, handle on a daily basis several thousands of mobile and fixed assets. Mobile assets are very diverse, ranging from infusion pumps, surgical equipment, electrocardiograms, portable x-ray machines, defibrillators to wheelchairs and rotate constantly between different medical wards. Since virtually every patient depends on one or more mobile assets during his or her hospital stay, they are also indispensable in healthcare delivery. Clinical staff spends a significant share of their working time searching for these essential, but commonly misplaced assets. Locating mobile assets is not only a time consuming activity, but the inability to find them when needed is remarkably costly, and possibly life threatening.  RFID (Radio Frequency Identification) holds the potential to uniquely and seamlessly track and trace mobile assets and, thus, to improve mobile asset management in hospitals. Compared to other sectors, healthcare organizations adopt RFID at a much slower pace and only a limited number of empirical studies address RFID adoption and implementation in the context of healthcare. This thesis intends to contribute the research arena by analysing a real-life RFID implementation in order improve the management activities of one type of mobile assets, namely infusion pumps in hospital settings. The research focuses on a real-life RFID implementation in one European hospital. Empirical data was collected for a 25 month period from the pre-feasibility stage to post-implementation stage from eight organizations (including the hospital as the main observation site) and from thirty-five participants. Research results can be summarized as follows. To the question why RFID is implemented? The most straightforward answer is to reduce the existing inefficiencies related to mobile assets management. Technological preparedness and readiness drive RFID implementation: This includes familiarity with IT innovations within the hospital, compatibility with existing IT infrastructure (the hospital is almost 100% Wi-Fi enabled), and experience of technological partners with RFID implementation in various sectors. How RFID implementation is carried out? The answer seems to be through a highly iterative five stage process where participants revisited and modified previously agreed steps. The continuous improvement of care services was without a doubt the superseding concern expressed by all participants from the hospital. However, expectations and requirements differ among different groups of participants. The empirical evidence demonstrates not only a cleavage between the administrative and clinical perspectives, but also within the clinical perspective. Divergences run deep within each perspective (for instance, nurses vs. doctors) and between the technologists in the hospital (ICT managers, biomedical engineers, and maintenance specialists) and the administrators. The most significant issues related to such implementation are not technological but are mainly organizational, as they seem to arise from the presence of diverging perspectives. Does RFID really improve mobile assets management? Results suggest that the benefits identified and evaluated during the real life RFID implementation belong to the following broad categories: improving assets visibility, promoting operational efficiency, reducing costs and facilitating the emergence of intelligent processes. Intelligent processes are mainly derived from the RFID capabilities for auto-identification and context-awareness, process automatic status change, and automatic update in hospital's enterprise applications (i.e. WMS). Results further demonstrate that intelligent processes improve planning and decision-making.  Do the intrinsic characteristics of organizations play a role in RFID implementation? The very characteristics of hospitals, qualified as complex professional bureaucracies, constitute a unique set of constraints to be taken into account for RFID implementation. In particular, organizational inertia, complexity and inflexibility are not conductive to hospital-wide changes and affect how RFID is implemented. Moreover, the existence of a dual power structure and a tendency to culture entrapment may have a profound impact on the importance of the benefits derived from RFID. Do technology acceptance, acceptability and appropriation represent key concepts that should be considered to understand the implementation of RFID? These three concepts were explored in the research. This leads to two main observations. First, it could be stated that if technology is accepted, acceptable and appropriated, then it is fully used. By extension, acceptance, acceptability and appropriation could be significant not only in explaining the extent of use of a technology (partial use vs. full use), but also the reasons why a technology was initially adopted and then discarded. Second, empirical results reject the presence of a chronological order between the three concepts. For instance, appropriation does not follow acceptance, even initially. Rather, acceptance, acceptability and appropriation coexist at any time during the implementation process. However, chronology still matters since the levels of acceptance, acceptability and appropriation vary over time. Furthermore, these three concepts are sensitive to both the technology (in this case RFID) and to the context where it is use (the hospital), which are also changing over time. The thesis examines research limitations, proposes some research avenues and outlines contributions that may be relevant for researchers, healthcare policy makers, hospital administrators, IT specialists and IT consultants.


identifier: Chevallier, A. (2013). Plateforme multicapteurs pour le monitorage du positionnement géographique et des signaux comportementaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, de nombreuses maladies chroniques touchent les populations et semblent en augmentation. Parmi elles on peut citer les maladies cardio-vasculaires et le diabète. L'obésité, considérée à la fois comme une maladie et un facteur de risque d'autres maladies, est également un problème de santé publique. Pour étudier les causes et l'impact de ces maladies, de nombreuses études cherchent à récupérer des données sur certains paramètres physiologiques des personnes, mais aussi des informations sur l'environnement où elles se situent. La question est de savoir dans quelle mesure l'environnement et le mode de vie ont un impact sur l'émergence et l'accroissement de ces maladies. Afin de réaliser ces études, des outils plus ou moins spécialisés sont utilisés pour mesurer et récupérer les données. Divers appareils du commerce peuvent être utilisés, augmentant ainsi le nombre de modules qu'un participant à l'étude doit porter. La démocratisation des téléphones portables intelligents, contenant de plus en plus de capteurs différents, pourrait permettre de réduire le fardeau généré pour les participants. Malheureusement, des problèmes de durée de vie de pile et d'imprécision des mesures sont constatés. Ainsi, de plus en plus d'équipes de recherche se tournent vers la conception et le développement des outils dont ils ont besoin et qui n'existent pas à ce jour sur le marché. Ce mémoire présente donc la participation à la conception et au développement d'un tel appareil, permettant de recueillir la position géographique et certains paramètres physiologiques, tout en étant portable, peu encombrant et ayant une autonomie de pile de plus de 12 heures. Afin de parvenir à cette autonomie et pour l'améliorer le plus possible, des optimisations de gestion de pile sont effectuées. Le principe est de déterminer à quels moments certaines données ne sont pas indispensables permettant d'éteindre ou mettre en veille les modules les générant. Pour vérifier l'impact des algorithmes de gestion de pile, des tests sont effectués. Deux unités sont portées simultanément par un participant. Une des unités comprend un programme de référence où toutes les données sont récupérées en tout temps. L'autre unité comprend un programme avec les stratégies de gestion de pile. Les courbes de décharge de pile sont ensuite comparées et l'amélioration de la durée de vie de pile est largement démontrée.  ABSTRACT: Nowadays, people are more and more touched by chronic diseases. Diabetes and cardiovascular diseases are of the number. Obesity, considered both as a disease and a risk factor for other illnesses, is also a public health problem. In order to study the causes and consequences of these diseases, a large number of studies are conducted to examine the patients. These studies' goals are to get data on some physiological parameters and on the environment in which the patients live. One of the big questions is to know how and how much does the environment and the way of living affect the emergence and increase of these diseases. In order to be able to do these studies, more and more sophisticated tools are used to measure and get the relevant data. Commercial devices can be used, increasing the number of devices the participant of the study has to wear. The new capabilities of smart phones, bearing a lot of different sensors, could help reduce the burden of the participants. However a lot of problems concerning the battery lifetime and the lack of precision of some data have been observed. This is the main reason why more and more research groups start to develop themselves custom systems in order to fulfill their needs. This thesis present the participation to the design and development of such custom system that can get both the geographic position and physiologic data on a patient, while being portable, not cumbersome and being able to work continuously for more than 12 hours. In order to be able to work that long, optimizations have been made in the battery management. A strategy is to determine when, during the study, some data are not useful and to shut down the corresponding modules in the device, thus allowing to preserve the battery much longer. In order to verify the impact of the different smart battery management algorithms a few tests have been conducted. Two units are simultaneously wears by a user, one of them without battery management but still recording all the data, and the other with a smart battery algorithm. Battery discharge curves are shown and compared and a significant increase in the battery lifetime is demonstrated by using the algorithms.


identifier: Dehghani, M. (2013). A Regularized Interior-Point Method for Constrained Linear Least Squares  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous proposons une méthode de points intérieurs non réalisable pour le problème aux moindres carrés linéaire avec contraintes basée sur la régularisation primale-duale de problèmes quadratiques convexes de Friedlander et Orban (2012). À chaque itération, la méthode effectue une factorisation LDLT creuse d'une matrice symétrique et quasi définie. Cette matrice est uniformément bornée et non singulière. Nous établissons des conditions sous lesquelles la méthode produit une solution du problème original. La régularisation nous permet d'éliminer l'hypothèse que les gradients actifs sont linéairement indépendants. Bien que l'implémentation proposée ici repose sur une factorisation, elle ouvre la voie à une implémentation itérative dans laquelle on résout un problème aux moindres carrés régularisé sans contraintes de façon inexacte à chaque itération. Nous illustrons notre approche sur plusieurs applications qui mettent en évidence ses avantages.  ABSTRACT: We propose an infeasible interior-point algorithm for constrained linear least-squares problems based on the primal-dual regularization of convex programs of Friedlander and Orban (2012). At each iteration, the sparse LDLT factorization of a symmetric quasi-definite matrix is computed. This coefficient matrix is shown to be uniformly bounded and nonsingular. We establish conditions under which a solution of the original problem is recovered. The regularization allows us to dispense with the assumption that the active gradients are linearly independent. Although the implementation described here is factorization based, it paves the way for a matrix-free implementation in which a regularized unconstrained linear least-squares problem is solved at each iteration. We report on computational experience and illustrate the potential advantages of our approach.


identifier: Charette, É. (2013). Étude des défauts apparaissant dans les aménagements intérieurs des avions d'affaires  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La constante évolution dans le domaine aéronautique amène de nos jours l'utilisation de nouveaux matériaux plus légers et résistants que les matériaux traditionnels. Par exemple, les ameublements intérieurs des avions d'affaires sont maintenant construits à partir d'un assemblage de panneaux composites sandwichs recouvert d'un placage en bois qui combine l'esthétisme à la légèreté. L'assemblage et la fixation au fuselage de ces meubles se font par l'introduction de dispositifs de fixation à l'intérieur des panneaux composites sandwichs. En effet, des inserts métalliques sont collés dans l'âme du panneau composite sandwich à l'aide d'une résine époxy. Cependant, des défauts apparaissent fréquemment à la surface visible des ameublements au niveau des zones de fixation des panneaux composites. Ces défauts sont visibles soit lors de la fabrication de l'assemblage ou bien plusieurs mois après la mise en service de l'avion, ce qui induit des frais de réparation importants au fabricant. Les défauts peuvent être de nature mécanique (déformation due à un serrage excessif), de nature chimique (expansion thermique ou retrait de l'adhésif époxy) ou hygrothermique (à cause de changement des conditions environnementales auxquelles sont exposées les structures aéronautiques). L'objectif de ce projet de maitrise est l'étude de l'apparition de défauts de sources chimique et hygrothermique qui ont lieu lors du vieillissement des ameublements intérieurs. Cette étude vise plus particulièrement à identifier et à quantifier les phénomènes donnant lieu à l'apparition des défauts de surface dans l'ameublement intérieur des avions d'affaires. Le présent projet de recherche constitue la première partie d'un projet parrainé par le CRIAQ et le CRSNG. Ce projet de maîtrise a été divisé en trois parties dans le but d'étudier la problématique dans un niveau de complexité croissant puisque la combinaison de plusieurs matériaux donne lieu à différents phénomènes entrecroisés pouvant être responsables de l'apparition des défauts. Une première étude a permis de caractériser séparément les différents matériaux composant l'assemblage. Cette première partie vise l'étude thermique, rhéologique et mécanique des résines époxy ainsi que les propriétés mécaniques des panneaux composites sandwichs. Il a été constaté que les deux adhésifs utilisés pour coller les inserts métalliques dans les panneaux composites sont très différents tant au niveau de leurs cinétiques de polymérisation que leurs propriétés mécaniques.  ABSTRACT: The evolution of the aeronautic industry led to the development of new materials for these high performance applications. Among other examples, composite sandwich structures are increasingly used for interior body panels of business airplanes. These structures are assembled and fixed to the fuselage using metallic inserts bonded inside the sandwich panels with an epoxy resin adhesive. A thin film of wood veneer covers the visible side of interior furniture in order to bring sophistication and esthetic to the interior design. However, due to multiple factors, surface defects frequently appear on the veneered side of the panel where inserts are located. Moreover the defects tend to appear months after the airplane delivery causing costly reparations. The sources of defects can be mechanical (deformation due to an excessive tightening), chemical (shrinkage of the epoxy adhesive) or the result of hygrothermal exposition. It is therefore important to understand the source of such surface defects and ultimately prevent or control their appearance. The present thesis deals with defects from chemical and hygrothermal sources appearing on the composite panels used on the interior body of business jets after aging. The main objective was to identify and quantify phenomena causing the defects on the interior panels of business planes. This research project is the first part of a project sponsored by CRIAQ and NSERC. The interaction of several materials can lead to various phenomena causing the apparition of surface defects. The project was thus divided into three parts in order to study an increasingly complex problem. The first study deals with the characterization of the different constitutive materials taken separately. This first part focused on thermal, rheological and mechanical aspects of epoxy adhesives. It was shown that the two adhesives used have different mechanical properties and cure kinetic reactions. In addition, the mechanical properties of sandwich composites panels were studied. The second study focused on the analysis of hygrothermal influence on the adhesive and the composite sandwich panels taken separately. Humidity and temperature can have an important effect on the constitutive materials, it is therefore important to know their influence. Finally, the third part deals with the influence of hygrothermal aging on a structure combining all the different materials. Sample panels including fixing zones (insert and resin) were made at the industrial partner's facility according to the industrial procedure.


identifier: Lux, Q. (2013). Calcul des coefficients aérodynamiques d'un avion complet par la méthode RANS  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La détermination des dérivées de stabilité pour l'ensemble de l'enveloppe de vol grâce à la mecanique des fluides numériques (CFD) est l'un des prochains grands défis de l'aérodynamique numérique externe. Pour rester compétitifs, les constructeurs aéronautiques se tournent de plus en plus vers la CFD afin d'obtenir les précieuses données aérodynamiques dans le but d'améliorer la qualité de leurs produits tout en réduisant les délais et les coûts de développement. Cependant, la méthode numérique a besoin d'évoluer afin d'assurer une fiabilité élevée pour répondre aux besoins des constructeurs et diminuer les essais en soufflerie. La présente étude se donne pour but d'évaluer le potentiel d'une méthode CFD 3D haute-fidélité dans la détermination du comportement aérodynamique d'un avion en incidence et en lacet. La méthodologie complète aboutissant à l'obtention des coefficients de stabilité statique y sera développée afin de comparer les résultats aux données expérimentales. Les différentes étapes de la méthode seront présentées incluant : le traitement de la géométrie, le processus de maillage et la résolution par un solveur CFD commercial. Les points importants à suivre afin d'obtenir une fidélité élevée y seront aussi développés ainsi que la phase de vérification et validation. L'ensemble des résultats sera présenté de facon brute ainsi qu'à l'aide d'une métrique d'erreur afin d'évaluer la précision de la présente méthode. Dans un premier temps, celle-ci sera appliquée sur un cas de validation de la littérature : le Drag Prediction Workshop II avec l'étude du DLR-F6. Les cas tests incluant une étude à CL constant ainsi qu'un balayage en incidence seront recréés. Ensuite, la méthode sera appliquée sur un avion de recherche : un Bombardier Research Aircraft. Les différentes associations de composantes sur le fuselage incluant l'aile, la nacelle et l'empennage vertical seront étudiées en balayage d'incidence et de lacet à faible nombre de Mach. L'étude conclura ensuite sur le potentiel d'une telle étude par rapport à son coût de développement dans les cas de recherche présentés ici.  ABSTRACT: The evaluation of stability derivatives within the entire  flight domain through the use of Computational Fluids Dynamics is one of the next challenges of numerical external aerodynamics. To remain competitive, aircraft manufacturers are increasingly turning to CFD to provide aerodynamic data in an effort to increase the quality of their products while reducing the development turnaround time and costs. However, the numerical analysis need to evolve to insure a higher fidelity and meets the need of the aircraft manufacturers and decrease  wind-tunnel experiments. The present study aims to estimate the potential of a high-fidelity 3D CFD analysis in the determination of the aerodynamic behavior of an airplane in incidence and yaw. The complete methodology to obtain the static stability coefficients will be developed and the results compared with the experimental data. All the phases of the methodology will be presented including: the treatment of the geometry, the meshing process and the  flow solving by a commercial CFD software. Important points to obtain a high-fidelity will also be developed as well as the verification and validation phase. The results will be presented as raw as well as with an error metric in order to estimate the accuracy of the current method. First, it will be applied on a validation case from the literature: the Drag Prediction Workshop II with the study of the DLR-F6. The test cases including a study at fixed CL as well as an incidence sweeping will be recreated. Then, the methodology will be applied to a Bombardier Research Aircraft. The various associations of components on the fuselage including the wing, the nacelle and the tail will be studied in incidence and yaw sweepings. The study concludes on the potential of such study with regard to its development costs in the cases presented here.


identifier: Lemieux, F. (2013). Analyses de journalisation d'utilisation d'un guide d'étude informatisé en mathématiques pour étudiants en génie  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse porte sur la façon dont on peut étudier avec un outil disponible en ligne. Un guide d'étude en ligne est ici présenté ainsi qu'une méthodologie d'analyse des traces produites par une journalisation des actions des utilisateurs. Après l'utilisation du guide par 116 utilisateurs, une analyse de cette journalisation assortie d'entrevues avec des utilisateurs révèle un certain nombre de comportements.  Le guide est un exerciseur de 1030 problèmes de mathématiques répartis dans 144 sujets couvrant 10 thèmes de mathématiques de niveau préuniversitaire. Il est assorti de l'équivalent de 152 pages de notes comprenant des explications, des théorèmes et des exemples. Et c'est lors de leur admission que les étudiants de l'École Polytechnique de Montréal sont invités à évaluer par un test en ligne si leurs connaissances en mathématiques sont adéquates pour poursuivre une formation en génie. À ce moment, ils sont invités à utiliser le guide. La méthodologie est conçue pour comprendre comment les étudiants utilisent l'exerciseur par l'extraction de patrons d'utilisation à partir de données journalisées. L'analyse des actions des utilisateurs est notamment traduite dans des diagrammes d'états qui permettent de constater visuellement l'émergence de ces patrons. La journalisation a ainsi permis de répertorier trois modes d'utilisation de l'application : un mode exploratoire, un mode de consultation des notes et un mode d'exécution des exercices. Le mode exploratoire correspond surtout à un parcours des exercices. C'est le stade « d'acceptation » de l'application sans que l'utilisateur se compromette à ce que la littérature identifie comme une « continuité d'utilisation ». Le mode de consultation des notes consiste d'abord à consulter des notes et accessoirement à exécuter quelques exercices. Le mode d'exécution des exercices, à l'inverse, consiste à résoudre des exercices et à consulter les notes pour faciliter l'exécution des exercices. L'analyse de la journalisation doit tenir compte d'un phénomène décrit par la littérature sous la terminologie « d'engagement ». La contrepartie de « l'engagement » est le « désengagement » qui correspond à des moments où l'utilisateur n'utilise pas l'application pour ce à quoi elle est conçue alors qu'il vaque à d'autres occupations bien qu'il soit connecté. Dans le contexte de ce guide d'étude, il est assez facile d'appliquer la notion « d'engagement » lors du parcours des exercices. Il est plus périlleux de l'appliquer au mode de consultation des notes ou d'exécution des exercices. En effet la consultation des notes ne correspond pas qu'à la seule prise de connaissances des informations affichées sur les pages et c'est encore plus vrai pour l'exécution des exercices qui exige une charge cognitive encore plus élevée. Un utilisateur a exécuté les 1030 exercices en un peu moins de 155 heures. 55 utilisateurs ont exécuté des exercices. Un expert a été sollicité pour résoudre les 1030 exercices et le temps qu'il y a consacré a été retenu à des fins de comparaison et d'analyse.  Il est difficile d'interpréter le temps de résolution des exercices. Ainsi, lorsque les temps d'exécution des exercices sont scrutés à l'échelle d'un sujet, il n'y a pas de corrélation entre les temps d'exécution des utilisateurs et ceux de l'expert. Par contre, on peut constater de fortes corrélations à l'échelle des modules lorsqu'on compare la somme des temps d'exécution par sujet des utilisateurs qui ont résolu tous les exercices. En d'autres termes, si on peut comparer les temps d'exercices les uns aux autres, on peut les comparer d'un sujet à l'autre entre étudiants et experts. Une analyse des rapports entre les temps des utilisateurs et celui de l'expert a été faite afin d'évaluer si ce rapport diminuait entre le premier exercice et le dernier exercice d'un même sujet. Dans 60 % des cas on constate une pente négative de cette courbe qui permettrait d'interpréter une progression de l'apprentissage. Cette présomption repose sur le fait que l'utilisateur a bien résolu l'exercice lorsqu'il a pris connaissance de la réponse et que le temps mesuré par la journalisation n'est pas trop contaminé par des désengagements. La plupart des utilisateurs ont d'abord exécuté les exercices des deux premiers modules. Enfin, deux versions de l'application ont été mises en production. Par contre, une autre disposition de la deuxième version a eu un effet non prévu sur l'utilisation du guide. En effet, un exercice par sujet a été d'abord rendu accessible aux utilisateurs. Ainsi, par exemple, en ouvrant l'application, les utilisateurs avaient accès à 30 exercices : un exercice pour chacun des sujets du module « Exposants et radicaux ». La majorité des utilisateurs de la deuxième version qui ont exécuté des exercices ont donc systématiquement fait un exercice par sujet. Ainsi, les utilisateurs ont donc tendance à exécuter les exercices dans l'ordre qui leur est présenté. Deux analyses qui contribuent à la recherche rapportée par cette thèse sont rapportées. La première (Lemieux, Desmarais & Robillard, 2013) propose une façon innovatrice de présenter graphiquement les séquences temporelles d'actions des utilisateurs. Elle identifie une catégorisation des utilisateurs par niveaux de motivations. Les utilisateurs s'y distinguent par le temps total qu'ils consacrent à l'application : moins de une minute pour le premier niveau, une à 10 minutes pour le deuxième niveau, 10 minutes à deux heures pour le troisième niveau et plus de deux heures pour le quatrième niveau. Les utilisateurs des premier et deuxième niveaux n'ont pas tendance à faire des exercices. Par ailleurs, il n'y a pas de lien entre le résultat du prétest et la volonté d'utiliser le guide. Les étudiants utilisent plus ou moins le guide sans égard au résultat obtenu. L'autre analyse (Desmarais & Lemieux, 2013) propose, elle, d'identifier des comportements d'utilisateur à partir de séquences d'activités. Six types d'agrégations d'actions sont identifiés eux-mêmes regroupés en trois types de comportements qui sont dominés par l'exécution des exercices, l'exploration des notes et des exercices et par des patrons d'utilisation variés. Les données tirées de la journalisation du guide d'étude recèlent d'informations qui gagneront à être explorées en profondeur. La recherche future devrait s'orienter vers une meilleure identification de la « continuité d'utilisation » et de « l'engagement » lorsque d'autres données seront disponibles et que l'utilisation de l'application pourra être mesurée dans des conditions contrôlées. Cela permettra d'identifier la motivation extrinsèque et la motivation intrinsèque qui animent les utilisateurs.  Les contributions de cette recherche sont une représentation graphique des actions des utilisateurs pour ce type de guide d'étude, une catégorisation des modes d'utilisation de ce guide, de preuves de l'existence d'un apprentissage et la constatation qu'une proportion appréciable des utilisateurs suivent l'ordre d'exécution des exercices proposé par le guide.  ABSTRACT: This thesis investigates how people study with an online tool. An eLearning study guide is presented actions and a new methodology to analyze its users log traces is introduced. The methodology is shown successful in revealing study patterns of the 116 users who used the learning environments. Interviews complement the log analysis. The study guide is an exerciser that includes 1030 problems spread across144 subjects on 10 mathematics themes at the pre-university level. The exerciser comprises 152 pages of notes including explanations, theorems and examples. When admitted, École Polytechnique de Montréal students' are invited to take a self-assessment test. Their mathematics skills are courses assessed with regards to prerequisite knowledge of the first year engineering courses. Once the test is completed, they are invited to use the online study guide. A methodology is developed to better understand how students use the exerciser to study, and to extract usage patterns from the data. It relies on the analysis of user events log data to derive state diagrams that can be displayed visually, and from which patterns of use emerge. The patterns that emerge show three usage modes of the application: an exploratory mode, a consulting notes mode and an exercise execution mode. The exploratory mode is mainly a walk through exercises without longer term involvement. It corresponds to the “acceptation” of the application without user compromising to “continuance intention”, as known in eLearning literature. Log analysis must take in account a phenomenon called “engagement” where its counterpart “disengagement” happens when connected user gets involved in activities not related the application. While “disengagement” is easily detectable during exercises navigation, it harder to detect during notes consulting and exercises execution. Note consulting is not only reading, no neither is exercises resolution.  One user did all the 1030 exercises in approximately 155 hours. 55 users did exercises. An expert did the 1030 exercises and his time resolution was stored for analysis usage. An expert did the 1030 exercises and his time resolution was stored for analysis. Exercise resolution times are hard to interpret. There are some strong correlations in specific contexts. But, when time resolutions of all the exercises in a subject are considered, there are no correlations between expert time and users' times. A ratio analysis of user time and expert time has been done to determine if a decrease could be observed between the first exercise and the last exercise of a subject. A negative slope is observed for 60 % of the subjects where exercises were done. A learning progress can be interpreted form these data if the user had effectively resolved the exercises when he validated the answer and if time measured through log data is not corrupted by disengagement. Most of the users did exercises from the first 2 modules. According to the data, at least 40% of the users did follow the presented order of the application. On the other hand, two versions of the application were used. In the second version, an exercise by subject was directly available at the first level menu. So by clicking the first module menu, there were 30 exercises extracted from each of the subjects into the module. Log analysis reveals that a vast majority of the users using the second version of the application did one exercise by subject rather than all the exercises within the subjects. They also did the exercises as presented by the application. In addition to the research contributions described above, the thesis also includes two papers that respectively report investigations on short term vs. long term usage patterns, and on clustering of usage patterns.  The first paper (Lemieux et al., 2013) introduces a variant of the activity visualization method, and how to use it to classify users based on their as measured by their duration of use. It shows that short term users (10 minutes and less) typically are not involved in doing exercises. Another finding is that the result of a student at the pre-test, aiming specifically at identifying potential shortcomings of math prerequisites, is not a good predictor of the long term use of the study guide. In spite of the fact that the study guide was intended to address the shortcomings for low performers at the pre-test, both low and high performers are in long term use almost indistinctively. The second paper (Desmarais & Lemieux, 2013) investigates the use of clustering techniques to automatically derive usage patterns. It relies on the Levenshtein distance between activity state sequence to agglomerate similar study sessions. Six types of study sessions are derived and displayed by the visualization technique introduced in the thesis. The visualization allows for a clear interpretation of the six clusters into three main categories that are more or less in line with the patterns (modes) described in the thesis, namely short term explorers that stop usage after a short period, sessions where students are mostly browsing through notes and exercises, and sessions where students are involved in exercise problem solving. The study also shows that new sessions can be reliably classified in the six clusters. Data from the study guide log files are contain a wealth of information to investigate how students study with an online tool, and this thesis introduces methods to visualize and understand this type of data. Future research would be oriented toward “continuance intention” and “engagement”. New data in controlled experimental conditions would be useful for this aim. Contributions of this research are an innovative way of presenting graphically users actions for this type of study guide, a way to categorize usage modes of this guide, some evidence indicators of learning and an exercises execution order fixed by the guide followed by a large part of the users.


identifier: Shahvarpour, A. (2013). Anisotropic Artificial Substrates for Microwave Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux anisotropes possèdent des propriétés électromagnétiques qui sont différentes dans différentes directions, ce qui résulte en des degrés de liberté supplémentaires pour la conception de dispositifs électromagnétique et mène à des applications. Certains matériaux anisotropes peuvent être trouvés dans la nature, comme les matériaux ferrimagnétiques, alors que d'autres peuvent être conçus artificiellement pour des applications spécifiques. Ces matériaux artificiels sont des structures composites qui sont faites d'implants métalliques insérés dans un médium hôte. Ces structures peuvent être considérées comme des matériaux effectifs nouveaux et peuvent posséder des propriétés que l'on ne retrouve pas dans la nature comme un indice de réfraction négatif, une chiralité ou une bi-anisotropie; ils sont donc appelés métamatériaux. Dû à la grande diversité d'implants qu'il est possible de concevoir, ces matériaux sont prometteurs pour la conception de dispositifs uniques et novateurs comme de nouvelles antennes, des antennes miniaturisées, des dispositifs non-réciproques, des analyseurs de signaux analogiques et des dispositifs de génie biomédical. Puisque dans les matériaux artificiels l'effet des implants dans le médium hôte n'est pas le même dans toutes les directions, ces matériaux ont la plupart du temps des caractéristiques anisotropes qui peuvent être contrôlées par les propriétés des implants. Cette propriété amène des degrés de liberté supplémentaires dans la conception de dispositifs nouveaux. L'effet d'anisotropie dans les structures artificielles est plus évident dans la plupart des substrats artificiels anisotropes à cause de leur structure planaire 2D. Une analyse électromagnétique rigoureuse des substrats artificiels anisotropes est requise afin de mieux comprendre leurs propriétés, ce qui est essentiel pour proposer des applications. L'insuffisance de l'analyse disponible dans la littérature a servi de motivation pour cette thèse dont l'objectif est d'effectuer l'analyse électromagnétique rigoureuse de substrats artificiels anisotropes dans le but d'explorer des applications. Afin de mieux comprendre les propriétés de l'anisotropie des substrats artificiels, leur méthode d'analyse et leurs applications, il peut être utile de d'abord mieux comprendre l'anisotropie de substrats naturels existant comme les matériaux ferrimagnétiques. Cette approche peut aussi mener à de nouvelles applications de ces matériaux anisotropes naturels. De plus, afin d'étudier certaines propriétés et applications des substrats anisotropes, certains aspects mal compris des matériaux isotropes doivent tout d'abord être éclaircis. Basée sur les objectifs et la méthodologie décrits ci-haut, la présente thèse contribue les réalisations et avancements suivants au domaine du génie micro-ondes. Le conducteur électromagnétique parfait (PEMC) comme condition frontière est un concept électromagnétique nouveau et fondamental. C'est une description généralisée des conditions aux frontières électromagnétiques incluant le conducteur électrique parfait (PEC) et le conducteur magnétique parfait (PMC). De par ses propriétés fondamentales, le PEMC a le potentiel de rendre possible plusieurs applications électromagnétiques. Cependant, jusqu'à maintenant le concept de condition frontière PEMC était demeuré un concept théorique et n'avait jamais été réalisé en pratique.  ABSTRACT: Anisotropic materials exhibit different electromagnetic properties in different directions and therefore they provide some degrees of freedom in the design of electromagnetic devices and enable many applications. Some kinds of anisotropic materials are available in the nature such as ferrimagnetic materials, while many others can be artificially designed for specific applications. The artificial materials are composite structures made of sub-wavelength metallic implants in a host medium, which constitute novel effective materials. These materials may exhibit properties not readily available in the nature, such as negative refractive index, chirality or bi-anisotropy, and therefore are called metamaterials. Due to the diversity of their possible implants, they have a great potential in unique and novel components, such as specific antennas, miniaturized antennas, non-reciprocal devices, analog signal processors, and biomedical engineering devices. Since in most of the artificial materials, the effect of the implants in the host medium is not the same in all the directions, these materials exhibit anisotropic characteristics which can be controlled by the properties of the implant. This characteristic provides some additional degrees of freedom in the design of novel devices. The anisotropy effect in the artificial structures is more evident in most of the anisotropic artificial substrates due to their 2D planar structure. Rigorous electromagnetic analysis of the anisotropic artificial substrates is required for gaining a better understanding of their properties which is essential for proposing novel applications. Insufficient available analysis in the literature has motivated this thesis whose objective is to perform rigorous electromagnetic analysis of the anisotropic artificial substrates towards exploring their applications. To acquire more insight into the anisotropic properties of artificial substrates, their analysis method, and their applications, it is useful to first better understand anisotropy of existing natural substrates such as ferrimagnetic materials. This approach may also lead to novel applications of the natural anisotropic materials. In addition, to investigating some of  properties and applications of the anisotropic substrates, foremost we may need to clarify some unclear aspects regarding the isotropic materials. Based on the objectives and methodology of the thesis which were explained above, this thesis contributes to the following achievements and advances in microwave engineering. The perfect electromagnetic conductor (PEMC) boundary is a novel fundamental electromagnetic concept. It is a generalized description of the electromagnetic boundary conditions including the perfect electric conductor (PEC) and the perfect magnetic conductor (PMC) and due to its fundamental properties, it has the potential of enabling several electromagnetic applications. However, the PEMC boundaries concept had remained at the theoretical level and has not been practically realized. Therefore, motivated by the importance of this electromagnetic fundamental concept and its potential applications, the first contribution of this thesis is focused on the practical implementation of the PEMC boundaries by exploiting Faraday rotation principle and ground reflection in the ferrite materials which are intrinsically anisotropic.  As a result, this thesis reports the first practical approach for the realization of PEMC boundaries.


identifier: Bousser, É. (2013). Solid Particle Erosion Mechanisms of Protective Coatings for Aerospace Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le progrès économique et technologique ainsi que les considérations environnementales nécessitent la conception d'équipements de plus en plus performants, sollicitant les composantes aux limites de leur capacité. Une conséquence importante de cette demande accrue au niveau de la performance est que les lacunes de type tribologique, telles que la dégradation du lubrifiant, l'usure excessive et la tribocorrosion, peuvent être amplifiées de façon significative, menant à des coûts d'exploitation additionnels, une efficacité moindre et une défaillance prématurée. Puisque les processus tribologiques découlent de l'interaction entre au moins deux corps en mouvement relatif dans un environnement donné, l'ingénierie de surface peut permettre de conférer aux surfaces la performance de pointe requise lorsque les conditions de fonctionnement sont très exigeantes. Dans ce contexte, la conception de systèmes de matériaux appropriés doit être guidée par une connaissance poussée des mécanismes de dégradation et de la réponse de la surface au chargement et à la déformation, qui agissent souvent de façon synergique. L'érosion par impact de particules solides (EIPS) survient lorsque des particules solides dures, présentes dans l'environnement, sont entraînées par un fluide et impactent les surfaces de composantes. Ce type de dommage est spécifiquement marqué dans la première section d'un moteur d'avion, où les pales du compresseur peuvent s'éroder à un point tel que la performance aérodynamique et même l'intégrité structurale sont compromises. Ainsi, de nombreux travaux de recherche ont été réalisés dans les secteurs académique et industriel afin de comprendre les mécanismes de perte de matière impliqués dans l'EIPS et afin de développer des technologies protectrices dans le but d'améliorer la durée de vie utile des composantes. Un exemple est l'utilisation de revêtements protecteurs durs afin de limiter l'érosion des composantes de moteur d'avion, qui sont pour la plupart métalliques. Dans cette optique, l'objectif principal de ce projet de doctorat est d'étudier les mécanismes de perte de matière pendant l'EIPS de couches dures protectrices, incluant les systèmes nanocomposites et nanostructurés. De plus, étant donné la nature complexe des mécanismes d'EIPS, des méthodologies expérimentales rigoureuses doivent être mises en oeuvre, et les effets de tous les paramètres de test impliqués doivent être entièrement compris. Dans cette thèse de doctorat, l'importance de la méthodologie expérimentale est mise de l'avant tout au long du  ABSTRACT: Economic and technological progress, as well as environmental concerns, require that modern equipment be designed with ever more stringent performance criteria, frequently pushing components to the very limits of their capabilities. One major consequence of this increased demand on performance is that tribological deficiencies, such as lubrication breakdown, excessive wear and tribo-corrosion, can be significantly amplified, leading to unnecessary operational costs, decreased efficiency and premature failure. Because tribological processes result from the interaction of two or more bodies in relative motion in a particular environment, surface engineering can be used to confer to surfaces the high performance needed for demanding operational conditions. In this context, the design of the appropriate material system must be guided by an accurate understanding of the degradation mechanisms and the surface response to loading and deformation, frequently acting in synergy. Solid Particle Erosion (SPE) occurs in situations where hard solid particles present in the environment are entrained in a fluid stream, and impact component surfaces. This type of damage is most prominent in the first stage of the aircraft engine, where the compressor blades can be eroded to such an extent that aerodynamic performance and even structural integrity are compromised. Consequently, much work has been done in academia and industry in order to understand the material loss mechanisms present in SPE and to develop protective technologies that will increase component lifetimes. One such technology is the use of hard protective coatings to impede the erosion of the predominantly metallic engine components. Accordingly, the main objective of this PhD project is to investigate the material loss mechanisms during SPE of hard protective coatings, including nanocomposite and nanostructured systems. In addition, because of the complex nature of SPE mechanisms, rigorous testing methodologies need to be employed and the effects of all testing parameters need to be fully understood. In this PhD project, the importance of testing methodology is addressed throughout in order to effectively study the SPE mechanisms of brittle materials and coatings. In the initial stage of this thesis, we studied the effect of the addition of silicon (Si) on the microstructure, mechanical properties and, more specifically, on the SPE resistance of thick CrNbased coatings. It was found that the addition of Si significantly improved the erosion resistance and that SPE correlated with the microhardness values, i.e. the coating with the highest


identifier: Karimian-Sichany, M. (2013). High-Accuracy Digital to Analog Converter Dedicated to Sine-Waveform Generator for Avionic Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, malgré les avancées remarquables de la microélectronique, les systèmes avioniques emploient essentiellement des technologies vieillissantes afin de répondre aux normes de sécurité exigeantes des systèmes avioniques. La nouvelle génération d'avionique modulaire intégrée (AMI)  des More Electric Aircrafts (MEA), nécessite des architectures de réseaux stables et fiables, employant des modules électroniques intégrables modernes qui restent à être conçus et développés. Suivant cette tendance, une interface générique intelligente pour capteurs (Smart Sensor Interface - SSI), dédiée aux capteurs de position avionique est proposée dans ce mémoire. Le circuit intégré SSI fera partie d'un réseau de capteurs AFDX amélioré et est composé de signaux d'excitation et de modules d'acquisition de données. Les efforts de conception sont concentrés sur l'unité de génération de signaux d'excitation (Excitation Signal Generation - ESG) de la SSI. En tant que lien entre le réseau AFDX et les capteurs de déplacement, l'unité ESG doit générer des signaux sinusoïdaux précis, d'une fréquence allant de 1.5 kHz à 10 kHz. En respectant la programmation de l'interface, nous démontrerons qu'une architecture de générateur de signaux basée sur la mémoire est la seule option qui réponde aux objectifs du design. Le design d'un convertisseur numérique-analogique (CNA) basé sur le principe du sur-échantillonnage et faisant partie du chemin ESG est également présenté dans ce travail. Ce CNA est le noyau d'un générateur de signaux sinusoïdaux versatile conçu pour le système SSI proposé. Un taux d'échantillonnage élevé est utilisé dans ce CNA, de façon à obtenir un rapport signal sur bruit (Signal to Noise Ratio - SNR) élevé. Une analyse de l'impact d'une implémentation carrée et non-carrée de la matrice de sources de courant (Current Source Array - CSA) sur la performance de la séquence de commutation est présentée. Il sera démontré que la considération de tels impacts conduit à la conception de CNA plus précis. Une séquence de commutation optimale pour la taille du CSA conçu, sera introduite. Afin de réduire la taille des plots d'entrées et de sorties de la puce, un convertisseur de données série à parallèle haute-vitesse est inclu dans le CNA. Ainsi, les données d'entrée peuvent être envoyées de façon sérielle à un registre à décalage et appliquées de façon interne au noyau du CNA.  ABSTRACT: Today, despite the astonishing advances in the field of Microelectronics, avionics systems are mostly employing older technologies to guarantee the level of reliability required by stringent safety standards of avionic systems. Toward the new generation of Integrated Modular Avionics (IMA) in More Electric Aircrafts (MEA), reliable and stable network architecture which employs modern integrated electronic modules must be designed and developed. In this trend, a generic Smart Sensor Interface (SSI) for avionics displacement sensors will be proposed in this Master thesis. The integrated SSI circuit will be part of an improved AFDX sensor network and consists of signal excitation and data acquisition paths. The design efforts of this Master thesis will focus on the Excitation Signal Generation (ESG) unit of the SSI. As a link between AFDX network and displacement sensors, the ESG unit should generate pure and accurate sine-waveform with variable frequency between 1.5 kHz and 10 kHz. Respecting the programmability of the interface, it will be shown that a memory-based signal generator architecture is the only choice which supports the design objectives. As part of the ESG path, the detailed design of a 10-bit interpolating digital to analog converter (DAC) will also be presented in this work. The DAC is the core of a versatile sine-waveform generator unit designed for avionics SSI. High-speed sample rate will be used in this segmented current steering DAC in order to achieve a high Signal to Noise Ratio (SNR). In the module level design of the DAC, the impact of square and non-square implementation of the current source array (CSA) on the performance of the switching sequence is introduced. It will be shown that considering such impacts will lead to the design of more accurate DACs. An optimum switching sequence for the designed CSA size will be designed and introduced. In order to reduce the I/O pads of the chip, high-speed serial to parallel converter will be included in the DAC. Thus the input data can be serially sent to the input shift register and internally applied to the DAC core. The DAC was fabricated on 1.2 × 1.2 mm2 chip fabricated using IBM 0.13µm CMOS technology, operating with a supply voltage of 1.2 V. Sourcing a sine wave current with a peak of 1023 µA, the proposed DAC is able to achieve a SNR better than 84 dB in the Nyquist bandwidth of DC to 20 kHz.