identifier: Murray, P. (2018). Methodology and Tools to Make Predictions from Sporadic Delivery Data  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours de la révolution industrielle, les entreprises manufacturières ont vu naître la notion d'intégration verticale; elles ont acquis des matières premières qu'elles ont transformé en produits finis et livrés à leurs clients. Bien que l'intégration verticale ait été très efficace, à une certaine époque, en raison du contrôle centralisé de la qualité et de la production, elle a également conduit à la création de grandes organisations peu flexibles, qui évoluent difficilement et lentement, et souvent moins capables de tirer parti des technologies émergentes. Les technologies émergentes, les progrès en télécommunications et en transport ont permis aux entreprises de différentes régions d'améliorer leur collaboration, de produire plus efficacement et, ont finalement mené aux réseaux de production et à l'émergence de la gestion de la chaîne d'approvisionnement. La gestion d'une chaîne d'approvisionnement nécessite une compréhension précise des exigences à tous les niveaux de la chaîne. Cependant, cette compréhension des besoins des partenaires de la chaîne d'approvisionnement dépend fortement du partage d'information entre eux. Le partage d'informations entre ces partenaires n'est pas toujours possible et le fournisseur est alors obligé de rechercher d'autres sources d'informations. Les fournisseurs peuvent par exemple disposer des données historiques provenant de leurs registres de livraison. On peut alors s'attendre à ce que ces données fournissent une bonne indication des besoins des clients. Dans la pratique, les registres de livraison sont mal adaptés pour prédire les exigences futures de la demande en raison de la relation non linéaire entre la consommation et les opérations de livraison. Notre recherche a révélé plusieurs défis lors de la tentative d'interprétation de l'information recueillie à partir des données de livraison. Les données de livraison reflètent plus que les comportements de consommation des clients. Les décisions logistiques, telles que le calendrier, la fréquence de livraison, le volume et le nombre de camions, entre autres, sont reflétés dans les données de livraisons, malgré que ces décisions ne soient pas motivées par le client. Une méthode pour extraire les informations de comportement de consommation à partir des données de livraison a donc été nécessaire. Un deuxième point est de savoir comment gérer des prédictions pour une large population de clients. La globalisation de tous les besoins de production présente une vue d'ensemble de l'organisation, mais peu de connaissances sont révélées sur les comportements de consommation individuels. Enfin, même lorsque les prédictions sont faites à un niveau global, il est besoin d'une méthode pour appliquer ces prédictions au niveau individuel de chaque client. Dans cette recherche, nous proposons une méthode pour calculer des prévisions au niveau individuel de chaque client à partir d'un grand ensemble de données globales. La littérature est unanime quant au fait que le partage d'informations collaboratif au sein d'une chaîne d'approvisionnement est bénéfique, mais les auteurs reconnaissent également que d'autres données doivent parfois être substituées, et que ces données peuvent être corrompues ou faussées par des effets de globalisation et d'amplification. Il y a une lacune dans la littérature quant à la façon d'interpréter les données et de les rendre utiles pour l'analyse. Nous répondons à cette lacune en proposant une méthode de substitution des données de livraison aux données de consommation. Nous trouvons également une lacune dans les écrits concernant la segmentation du marché qui utilise généralement des variables descriptives pour distinguer le niveau de similitude entre les clients. Les auteurs ne traitent pas de la façon d'établir des segments lorsque les variables descriptives ne sont pas disponibles. Nous comblons cet écart en proposant une méthode qui établit des segments de marché en fonction du comportement passé démontré. La littérature sur la segmentation de marché se concentre sur le découpage d'une population en segments pour faciliter l'analyse comme la prévision. Il y a peu de conseils sur la façon de désagréger des données et d'appliquer les analyses précédentes aux clients individuels. Nous avons proposé une méthode pour cela. Enfin, pour tenter de combler le besoin d'une méthode de validation des résultats de la segmentation du marché, nous proposons une solution qui établit les segments en fonction du comportement démontré et qui vérifie ensuite si les attributs descriptifs peuvent aboutir à des résultats de segmentation similaires. Un jeu de données réel est utilisé dans cette recherche pour tester les méthodes proposées. L'ensemble de données comprend les données de livraison d'un fournisseur pour l'ensemble de ses clients pendant plus de cinq ans; plus d'un million d'événements de livraison sont inclus. Les données ont été triées pour éliminer les valeurs aberrantes, laissant 75% des données brutes et 3000 clients uniques pour l'étude de cas. Les composants de notre recherche sont présentés en quatre parties qui fonctionnent ensembles pour résoudre le problème général. Chaque composant a cependant des applications potentielles dans d'autres domaines et pourrait être utilisé pour résoudre d'autres types de problèmes. Dans la première partie, les données sont préparées pour l'analyse. Les premières tentatives pour résoudre le problème de la recherche supposaient que l'ensemble de données brutes pourrait simplement être divisées en tranches mensuelles et ensuite utilisées pour élaborer une prévision. Les résultats étaient extrêmement diffus à tel point qu'aucune information n'a été révélée. Nous avons proposé une méthode pour résoudre ce problème. La deuxième partie aborde le problème du nombre trop important de clients pour permettre une analyse prévisionnelle individuelle. Nous avons proposé une méthode pour segmenter les clients en fonction de leurs comportements démontrés. La troisième partie de notre recherche est une méthode permettant de générer des prévisions par segment, puis d'appliquer ces prévisions à des clients individuels. Dans la dernière partie de la recherche, nous tentons de valider et d'améliorer la méthode en intégrant des variables externes telles que le climat, l'emplacement et les caractéristiques propres au domaine industriel concerné. Nous pensions que les comportements étaient influencés par ces facteurs. Les résultats montrent qu'il existe en réalité très peu de corrélation entre les comportements réels des clients et ces attributs. Ceci est surprenant sachant que la segmentation des clients basée sur des attributs descriptifs est une pratique commerciale courante. Les contributions de cette recherche sont importantes dans trois catégories : méthodologique, scientifique et pratique. La stratégie méthodologique utilisée ici démontre que les nouveaux problèmes n'impliquent pas nécessairement le besoin de nouveaux outils. Nous commençons avec un problème d'entreprise et recherchons des outils établis pour le résoudre. Bien que les outils ne soient pas nouveaux ou uniques, leur combinaison et leur application l'est. Sur le plan scientifique, nous proposons un cadre d'étapes interconnectées pouvant être appliquées séquentiellement pour résoudre un problème métier complexe. Un ensemble de données volumineuses, globales et stochastiques est trié, interprété et transformé en une solution offrant des informations prévisionnelles. Les différentes étapes proposées peuvent également être utilisées individuellement et appliquées dans d'autres domaines pour aider à résoudre d'autres types de problèmes. L'étude de cas qui a inspiré cette recherche est un vrai problème fourni par notre partenaire industriel. Les méthodes proposées dans cette recherche permettent de trier les données, de supprimer les informations corrompues ou faussées et d'afficher des résultats exploitables. Une fois que les modèles de comportement sous-jacents peuvent être vus, la situation de l'entreprise peut être mieux cernée, et les connaissances nouvellement disponibles peuvent aider à prendre des décisions d'affaires. La dernière partie de la recherche est importante dans sa rupture d'un paradigme. Beaucoup d'entreprises utilisent dans la prémisse de leur planification d'entreprise, que les attributs descriptifs sont essentiels pour prédire les comportements des clients. Nos résultats montrent que ces types d'attributs ne sont pas nécessairement très clairement corrélés avec le comportement de consommation, notamment quand il y a du biais important lié au caractéristiques intrinsèques du fonctionnement de l'entreprise. La recherche présentée ici forme un cadre pour acquérir des connaissances à partir d'un ensemble de données brutes qui sont inutilisables en l'état. L'étude de cas fournit une méthode pour mettre en oeuvre le cadre proposé et un ensemble viable de résultats est produit.  ABSTRACT: Managing a supply chain requires an accurate understanding of the requirements at all levels of the chain; understanding requirements of the supply chain partners is therefore highly dependent on information sharing between partners. Information sharing, however, is not always possible and the supplier is forced to look for other sources of information. Suppliers usually have historical data from its delivery records which can be expected to provide a good indication of the customers' requirements. In practice, delivery records do not perform well for predicting future demand requirements due to the non-linear relationship between delivery transactions and consumption. Delivery records reflect more than just the customers' consumption behaviors. Logistics decisions, such as timing, frequency, and volume of deliveries are also reflected in the delivery records. A method to extract the consumption behavior information from the noisy data is necessary. A second challenge is how to manage predictions for a large population of customers. Aggregating all production requirements together presents a high-level view of the organization, but little knowledge is revealed regarding consumption behavior. Lastly, once predictions are made at an aggregated level, a method to apply the predictions at the customer level is lacking. In this research, we propose a method for developing customer level forecasts from a large, noisy dataset. Our research has revealed several gaps in the literature which we propose to address. The literature is unanimous in opinion that collaborative information sharing within a supply chain is beneficial, but substitute data must sometimes be used; that data may be corrupted or noisy due to aggregation and bullwhip effects. We address a gap in the literature as to how to address the noise in the data and make it useful for analysis. We also find a gap in the literature regarding market segmentation which generally utilizes descriptive variables to distinguish the level of similarity between customers. The literature does not address how to establish segments when descriptive variables are not available. We address this gap with our proposed method that establishes market segments based on demonstrated past behavior. The literature on market segmentation all focusses on combining a population into segments to facilitate analysis such as forecasting. There is little guidance on how to de-segment and apply those subsequent analyses to the individual customers. We proposed a method for that. Finally, in attempt to address the gap of a method to validate market segmentation results, we propose a method that establishes segments based on demonstrated behavior and then test whether descriptive attributes can achieve similar segmentation results. A real dataset is used in this research to test the proposed methods. The dataset consists of a supplier's delivery records for all its customers for over five years; more than one million delivery events are included. The data was cleaned to remove outliers leaving 75% of the raw data and 3000 unique customers for the case study. The components of our proposition are presented in four parts that work together for solving one specific problem. Each component has potential applications in other domains and might be utilized in solving other types of problems. Despite their individual uniqueness, the four parts are also sequentially dependent on their preceding part. The research presented here forms a framework for gaining knowledge from an otherwise unusable dataset. The case study provides a platform for validating the proposed framework and a viable set of results is produced.


identifier: Pelé, N. (2018). Dépenses des ménages pour leur mobilité quotidienne - une approche par les formes urbaines  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉLa mobilité quotidienne est au coeur des réflexions sur la durabilité des villes. Moyen de réaliser ses activités quotidiennes et clé de voute des relations sociales, elle engendre également d'importantes externalités. Ses aspects économiques, et notamment ce que doivent dépenser les ménages pour se déplacer, sont un enjeu actuel majeur. Les contraintes financières relatives au système de déplacements urbains sont en effet croissantes : dépendance automobile au sein de certains territoires, variabilité importante des prix du carburant, mise en place de politiques de mobilité et de stationnement en centre-ville et phénomène d'étalement urbain.  ABSTRACT: Daily mobility is at the heart of the debate on urban sustainability. A mean to carry out our daily activities and a key to social interactions, daily mobility is also the cause of numerous externalities. Economic aspects and especially household expenditures linked to mobility are a major current issue. Financial constraints relative to the urban mobility system are growing: car dependency in some territories, high variability of gas costs, mobility and parking management policies and urban sprawl.This thesis proposes a discussion on the interactions between urban form and daily mobility through mobility expenditures. The notion of urban form allows for the assessment of both morphological and functional characteristics of the territory. This notion is also relevant for an analysis at different scales: from a local vision with the built environment near the living place, to a more global and metropolitan vision and finally a multiscale approach.


identifier: Wu, Q. (2018). 3D Printing of Multifunctional Chitosan-Based Hydrogels and Nanocomposites  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La capacité de produire des micro- ou nanostructures complexes dans des matériaux mous est importante pour diverses applications telles que l'ingénierie tissulaire, les capteurs, l'administration de médicaments et les dispositifs médicaux. Dans les tissus vivants, les micro-environnements peuvent affecter l'alignement et l'organisation des cellules, conduisant à la complexité structurelle et fonctionnelle des tissus natifs. Les hydrogels d'origine naturelle sont une classe de matières molles qui sont exceptionnellement attrayantes pour les applications biomédicales, car ils simulent l'environnement aqueux des matrices extracellulaires. Cependant, des structures d'hydrogel d'origine naturelle contrôlées avec précision sont difficiles à obtenir par la plupart des méthodes de fabrication classiques, et même avec la fabrication additive. Malgré les progrès récents dans le domaine de la fabrication additive, des défis importants persistent pour fabriquer des hydrogels avec des structures ordonnées et des propriétés mécaniques et biologiques adéquates pour imiter les tissus natifs. En outre, les déchets électroniques et la pollution environnementale constituent un problème sérieux en raison de la demande constante d'appareils électroniques plus récents et plus puissants. De nombreux polymères et composants toxiques non biodégradables sont présents dans l'électronique traditionnelle (tels que les condensateurs et les circuits intégrés), et des solvants toxiques (tels que l'isopropanol, l'acétone et le trichloréthylène) sont parfois utilisés dans leur fabrication. Avec l'importance croissante du développement durable, il est de la plus haute priorité pour les entreprises de l'industrie électronique de développer et de fabriquer une électronique respectueuse de l'environnement. Les nano-composites à base de polymères naturels sont d'excellents candidats pour développer la nouvelle génération d'électronique responsable grâce à leur légèreté, durabilité et leur bas coûts. Ainsi, dans ce travail, nous développons un procédé d'impression 3D pour fabriquer des microstructures complexes de polymère naturel, le chitosane, (CS) et de ses nanocomposites. Ce travail propose des encres à base de CS qui peuvent être fabriquées par impression 3D à température ambiante. La configuration de l'impression 3D est composée d'une étape de translation contrôlée par ordinateur et d'une plate-forme de positionnement à trois axes. L'encre est chargée dans une seringue, qui peut être extrudée à travers une microbuse. Les filaments d'encre sont déposés sur la plaque pour former une structure couche par couche, où elle subit la solidification du filament par évaporation du solvant aqueux.  Nous démontrons une caractérisation complète des propriétés des encres CS pour l'impression 3D à température ambiante. Les propriétés rhéologiques des encres CS sont analysées par rhéométrie rotationnelle à taux de cisaillement faible et modéré et la viscosité apparente et le comportement en écoulement sont caractérisés par une analyse en rhéométrie capillaire, afin de concevoir une encre aux propriétés rhéofluidifiante pour une impression 3D réussie. Des tests d'évaporation de solvant de différentes compositions d'encre sont menés en observant la réduction de poids des filaments CS extrudés au cours du temps. Puisque différentes structures fabriquées par impression 3D nécessitent des paramètres de traitement particuliers, une cartographie de procédé est créée en prenant en compte des paramètres tels que le diamètre de la microbuse et la concentration d'encre, pour la fabrication réussie de structures CS unidimensionnelles (1D), bidimensionnelles (2D) et tridimensionnelles (3D). Les résultats de la diffraction aux rayons X (XRD) et des propriétés en traction des filaments CS sont également étudiés, montrant différentes propriétés du matériau obtenues après différentes étapes de traitement. Les échafaudages imprimés en 3D montrent des formes de pores contrôlables (tels que des pores en forme de gradient, carrés et en forme de losange) et une haute résolution de 30 µm. Des échafaudages d'hydrogel microstructurés à surface ridée sont obtenus par une étape de gélification par neutralisation dans l'hydroxyde de sodium. Les échafaudages imprimés et neutralisés montrent des comportements très flexibles et extensibles. La déformation à la rupture des filaments d'hydrogel CS atteint jusqu'à ~ 400% et la résistance maximale est de ~ 7.5 MPa. Les hydrogels microstructurés peuvent guider la croissance des cellules fibroblastiques et induire l'alignement des cellules. De plus, des nanocomposites constitués de CS en tant que matrice polymère, de nanotubes de carbone à parois multiples (CNT) en tant que nano-renfort et d'un mélange de solvants sont préparés en utilisant un procédé de mélange par broyeur à billes. Les encres nanocomposites CS/CNT sont développées pour présenter une auto-réparation à température ambiante. Les propriétés curatives peuvent être traitées par l'exposition à la vapeur d'eau et le nanocomposite peut restaurer la conductivité électrique et les propriétés mécaniques. L'auto-réparation est rapide, se produisant en quelques secondes après l'endommagement du nanocomposite. L'impression 3D nous permet de fabriquer des nanocomposites CS/CNT très conducteurs (~ 1450 S/m). L'impression 3D assistée par instabilité est aussi développée pour fabriquer des fibres CS/CNT microstructurées hautement acdaptables, en raison de l'instabilité de l'enroulement de la corde liquide. Des fibres CS/CNT microstructurées présentant des liaisons sacrificielles et une longueur cachée permettent aux nanocomposites d'être très extensibles (déformation à la rupture de ~ 180%). L'extensibilité et la conductivité électrique élevées des fibres CS/CNT permettent de concevoir des capteurs portables. Les capteurs de contrainte personnalisés sont fabriqués par impression 3D assistée par instabilité et ont démontré leur capacité à détecter les mouvements du coude humain. Le nanocomposite CS/CNT peut également être utilisé pour détecter l'humidité due au gonflement du polymère sous une humidité différente de l'environnement. La nouvelle méthode d'impression 3D d'hydrogels CS et de nanocomposites CS/CNT présentée ici ouvre de nouvelles portes pour concevoir et produire des structures tissulaires 3D à compatibilité topographique, biologique et mécanique ainsi que pour des applications de capteurs de déformations ou d'humidité.  ABSTRACT: The ability to produce complex micro- or nano-structures in soft materials is significant for various applications such as tissue engineering, sensors, drug delivery and medical devices. In tissues or organs, surrounding micro-environments can affect cell alignment and organization that lead to the biological and functional complexity of native tissues. Naturally derived hydrogels are an important class of soft materials, which are exceptionally attractive for biomedical applications since they simulate the aqueous environment of extracellular matrices. However, precisely controlled architectures of naturally derived hydrogels are difficult to obtain through most conventional fabrication methods, and even with three-dimensional (3D) printing. Despite recent progress in the field of additive manufacturing, significant challenges persist to fabricate hydrogels with ordered structures and adequate mechanical and biological properties for mimicking native tissues.  Besides, electronic waste and environmental pollution is a serious issue due to constant demand for newer and more powerful electronics. Many non-biodegradable polymers and toxic components are found in traditional electronics (such as capacitors and integrated circuits), and toxic solvents (such as isopropanol, acetone and trichloroethylene) are on occasion used in their fabrication. With the growing importance of sustainable development, it is of the upmost priority for companies in the electronic industry to develop and fabricate eco-friendly electronics. Natural polymer-based nanocomposites are excellent candidates for developing the next-generation of bio-sustainable electronics due to their lightweight, low-cost, and sustainable properties. Thus, in this work, we develop a 3D printing process to fabricate 3D microstructures of a natural polymer - namely chitosan (CS) - and its nanocomposites.  This work proposes CS-based inks that can be fabricated by 3D printing at room temperature. The setup of 3D printing is composed of a computer-controlled translation stage and a three-axis positioning platform. The ink is loaded into a syringe, which can be extruded through a micronozzle. The ink filaments are deposited on the plate to form a structure in a layer-by-layer manner, where it undergoes filament solidification through solvent evaporation.  We demonstrate a comprehensive characterization of the properties of CS inks for 3D printing at room temperature. The rheological properties of CS inks are analyzed by rotational rheometry at low to moderate shear rate and the process-related viscosity and flow behavior are characterized by capillary flow analysis, in order to formulate inks with shear thinning behavior for successful 3D printing. Solvent evaporation tests of different ink compositions are investigated by observing the weight reduction of extruded CS filaments with time. Since different structures fabricated by 3D printing require different processing parameters, a processing map is generated by considering parameters such as micronozzle diameter and ink concentration for the successful fabrication of one-dimensional (1D), two-dimensional (2D) and 3D CS structures. The results of X-ray diffraction (XRD) and tensile properties of CS filaments are also investigated, showing different material properties obtained after different processing steps.  The 3D-printed scaffolds show controllable pore shapes (such as gradient, square- and diamond-shaped pores) and a high resolution of 30 µm. Microstructured hydrogel scaffolds with wrinkled surface are obtained through a gelation step of neutralization in sodium hydroxide. The as-printed and neutralized scaffolds show highly flexible and stretchable behaviors. The strain at break of CS hydrogel ﬁlaments reaches up to ~ 400% and maximum strength is ~ 7.5 MPa. The microstructured hydrogels can guide fibroblast cell growth and induce cell alignment. Further, CS-based nanocomposites made of CS as a polymer matrix, multi-walled carbon nanotube (CNT) as a nanofiller and a solvent mixture are prepared using a ball mill mixing method. The CS/CNT nanocomposite inks are developed to exhibit self-healing at room temperature. The healing properties can be processed via exposure to water vapor and the nanocomposite can restore electrical conductivity and mechanical properties. The self-healing is rapid, occurring within seconds after the damage of the nanocomposite. 3D printing enables us to fabricate highly conductive (~ 1450 S/m) CS/CNT nanocomposites. Instability-assisted 3D printing is developed to fabricate high tunable microstructured CS/CNT fibers, due to the liquid rope coiling instability. Microstructured CS/CNT fibers featuring sacrificial bonds and hidden length allow the nanocomposites with high stretchability (strain at break of ~ 180%). The high stretchability and conductivity of CS/CNT fibers enable the nanocomposite to be designed as wearable sensors. The customized strain sensors are fabricated by instability-assisted 3D printing and demonstrate their ability to detect human elbow motions. The CS/CNT nanocomposite can be also used to sense the humidity owing to polymer swelling under different environment humidity.  The novel 3D printing method of tailoring CS hydrogels and CS/CNT nanocomposites demonstrated here opens new doors to design and produce 3D tissue constructs with topographical, biological, and mechanical compatibility as well as wearable sensor exhibiting strain and humidity sensing ability.


identifier: Dupuy, F. (2018). Développement d'un outil de quantification et visualisation de la cinématique du genou  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La modélisation cinématique de l'articulation tibio-fémorale a été étudiée depuis plus d'une centaine d'années. Premièrement, elle a pour but d'améliorer la compréhension du fonctionnement de l'articulation et le lien entre le mouvement et les structures anatomiques (p.ex. os, ligaments,ménisques, muscles). Deuxièmement, elle permet de caractériser les pathologies du genou et d'assister des processus médicaux comme la pose des prothèses. Il existe plusieurs processus pour étudier la cinématique tibio-fémorale. Celui utilisé par l'entreprise canadienne, collaborateur de ce projet, se décompose en quatre étapes : 1- L'obtention de la morphologie des os, 2- L'acquisition des données du mouvement en plaçant des capteurs le plus proche possible des os, 3- Le recalage de ces données sur les modèles osseux, 4- La quantification du mouvement grâce à des outils d'analyses. Cette quatrième étape permet d'interpréter les données pour les comparer et mettre en valeur les indicateurs cinématiques de chaque individu. Parmi les modèles décrivant la cinématique tibio-fémorale, deux modèles sont les plus utilisés dans la littérature: 1. le modèle décomposant l'articulation du genou en 6 degrés de libertés (6 ddl), et 2. le modèle d'axe hélicoïdal (AH) du genou. Même si ces deux modèles décrivent globalement la cinématique du genou, leurs variables de sortie sont différentes et complémentaires. C'est pourquoi, on ne peut les comparer directement, et ils ont chacun leur intérêt. Par exemple, le modèle à 6 ddl permet une interprétation clinique directe des valeurs quantifiées de chaque ddl, contrairement à l'AH. En revanche, le modèle à 6 ddl contient des erreurs dues au choix des repères anatomiques osseux. De plus, chacun de ces deux modèles est influencé par des choix méthodologiques propres, en particulier : le choix des repères anatomiques osseux pour le modèle à 6 ddl, et l'influence de la flexion-extension (FE) par rapport à la rotation interne-externe dans la définition tridimensionnelle de l'AH. Ainsi, l'objectif de ce mémoire est d'analyser la sensibilité de chacun de ces deux modèles de cinématique tibio-fémorale, en vue de mieux quantifier leurs limites d'utilisation. Pour répondre à cet objectif, trois analyses de sensibilité ont été effectuées : 1. L'impact du choix du repère anatomique sur la décomposition de la cinématique en sortie du modèle à 6 ddl. Les cinq repères principaux de la littérature  (redéfinis en annexe 1) et celui de l'entreprise collaboratrice (EC) sont utilisés : EC, Suntay et coll. [1], Wu et coll. [2], Cappozzo et coll. [3] et La Fortune et coll. [4].  ABSTRACT: Knee kinematic modeling has been studied for over a hundred years. It primarily aims to improve understanding of the functioning of the joint and the link between movement and anatomical structures such as bones, ligaments, menisci and muscles. Secondly, it enables us to characterize the pathologies and assist in medical processes such as the prostheses. There are several processes for studying joint kinematics including the method used by the company, who is collaborator in this project. The process can be broken down accordingly: 1- Obtaining the bones morphology, 2- The data acquisition of the movement by placing sensors close to the bones, 3- The registration of this data on the bone models, 4- Quantification of the movement as a result of analysis tools. The last step makes it possible to interpret the data to compare and highlight the desired kinematic specificities. Although there are different ways of modeling joint kinematics, the decompositions according to the 6 degrees of freedom (dof) and the helical axis (HA) are most present in the literature. These two tools have limits to their use and this is evident in the literature. For example, the decomposition according to 6 dof depends on the errors brought about by the anatomical reference used and the AH does not allow a clinical interpretation of the phenomena observed. The purpose of this thesis is to quantify the limits of the tools in analyzing tibio-femoral kinematic. To meet this objective, three tools are studied in the following steps: first, the impact of the anatomical landmark on the decomposition of the kinematics is compared for five different anatomical frames (Collaborator company [1], Suntay et al. [2], Wu et al. [3], Cappozzo et al. [4] and La Fortune et al [5], defined in Appendix 1). Then, the orientation variation of a residual HA is compared with that of the classical HA for combined movement of flexion-extension (FE) and internal-external rotation. Finally, to quantify the performance of the point deported, its sensitivity according to FE and internal-external rotation is calculated. Its use in the creation of a cartography of gestures and a tool for the visualization of kinematics are analyzed. This leads to the following results: 1- Anatomical frames based on geometric approximations of anatomical areas such as the femoral head and posterior condyles have a lower variability than those based on specific anatomical points such as epicondyles. 2- The orientation of the director vector of the residual HA allows a visualization of the internal-external rotation in a combined movement. 3- The point deported has a sensitivity 25 times greater for an internal-external rotation gesture than for an FE gesture. The first result encourages the use of anatomical frames based on geometric approximations in their definition to reduce positioning errors. In addition, the first axis must be placed as precisely as possible, because any errors will be reported on the other axes.


identifier: Courtois, A. (2018). 3D Interlock Composites Multi-Scale Viscoelastic Model Development, Characterization and Modeling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux composites, et plus particulièrement les composites à renforts tridimensionnels (3D), sont de plus en plus utilisés dans l'industrie aérospatiale. En effet, les renforts 3D ont été développés afin d'améliorer les propriétés hors-plan ainsi que la résistance à l'impact et au délaminage. Les composites à renforts 3D sont généralement fabriqués par transfert de résine (Resin transfer Molding, RTM). Cependant, le développement de contraintes résiduelles dans les pièces est intrinsèque au procédé de fabrication et peut induire des déformations géométriques. Ces contraintes résiduelles et ces déformations résultantes peuvent par la suite affecter les performances des pièces fabriquées. C'est pourquoi des outils numériques ont été développés pour prédire le développement des contraintes résiduelles pendant la fabrication. La précision de ces outils dépend, cependant, des modèles matériaux utilisés. En effet, les modèles doivent tenir compte de l'évolution de la température et du degré de polymérisation du matériau au cours du procédé de fabrication pour réussir à prédire précisément le développement des contraintes résiduelles et les déformations géométriques résultantes. Cette thèse porte sur le développement d'un modèle viscoélastique linéaire thermodynamiquement admissible prédisant le comportement mécanique d'un matériau composite à renfort tissé 3D interlock, en fonction de la température et du degré de polymérisation. Le comportement viscoélastique a été attribué entièrement à la résine. Le modèle a donc tout d'abord été développé pour prédire le comportement viscoélastique de la résine pure. Il a ensuite été étendu par homogénéisation afin de modéliser le comportement des torons de chaine et de trame. Finalement, suite à une seconde procédure d'homogénéisation, le modèle a été généralisé pour prédire les propriétés homogénéisées du composite. Ce modèle a été implémenté par une autre étudiante au doctorat dans un outil de calcul afin de prédire l'évolution des contraintes résiduelles au cours de la fabrication par RTM de pièces structurales en composites tissés 3D et permet de modéliser adéquatement le  comportement viscoélastique qui apparaît lors de la post-cuisson. Une campagne expérimentale a d'abord été menée afin d'évaluer le comportement viscoélastique linéaire de la résine pure. Des échantillons entièrement et partiellement polymérisés ont été fabriqués (sept degrés de polymérisation différents à partir du point de gel) puis testés en flexion trois points dans une DMA (Dynamic Mechanical Analyser). Des essais de relaxation à différentes températures ont été réalisés, en portant attention à ne pas dépasser la température de transition vitreuse (Tg) des échantillons partiellement polymérisés afin d'éviter la progression de la polymérisation pendant les essais. Les échantillons entièrement polymérisés ont par exemple été testés à 9 températures, entre 30�C et 150�C inclusivement.  ABSTRACT: Composites with three-dimensional (3D) reinforcements are increasingly used in the aerospace industry to overcome the 2D laminates limitations (low impact and delamination resistance). Structural parts are now made of composites reinforced with 3D fabrics due to their high specific mechanical properties and delamination resistance. However, residual stresses development is inherent to the manufacturing process and can induce geometrical distortions, leading to performance losses. Numerical tools have been developed to predict the residual stresses but coherent input material models are required to improve the tools accuracy. The aim of this thesis was to develop and validate a thermodynamically consistent linearly viscoelastic model to predict the mechanical properties of a composite made of an epoxy resin and a 3D interlock woven carbon fibers fabric, as a function of temperature and degree of cure (DoC). The model was developed for the neat epoxy resin first. Then, the warp and weft tows' properties were computed by homogenization and the composite's properties were finally obtained through a second homogenization procedure considering the resin, warp and weft tows behaviors, as functions of temperature and degree of cure. The model has been implemented by another Ph.D student into a numerical tool to predict the residual stresses development during 3D woven composite parts manufacturing and succeeded to model the viscoelastic behavior that occurred during the post-curing. First, a characterization campaign on the epoxy resin was carried out. Temperature- and degree of cure-dependent linearly viscoelastic behavior was assessed through multi-temperature tests using a three point bending fixture in a Dynamic Mechanical Analysis (DMA) apparatus. Multi-temperature relaxation tests were performed in the resin's linear domain strain range on fully and partially cured specimens, at temperatures ranging from 30 �C to their respective glass transition temperatures. The viscoelastic constitutive model development was based on the Thermodynamics of irreversible processes to ensure a thermodynamically admissible model. The Time Temperature Superposition Principle (TTSP) was applied and master curves were constructed for each performed test to compute the shift factors. An Arrhenius law was identified to relate temperature and degree of cure into the shift factors, with the glass transition temperature Tg as reference temperature. The degree of cure-dependent glass transition temperature was added through the DiBenedetto relationship. The relaxation stiffness tensors were associated with the relaxation times through a continuous spectra function.


identifier: Jadla, M. (2018). L'authentification sécurisée utilisant le trusted computing  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La sécurité des systèmes informatiques demeure un sujet pertinent malgré les efforts sans cesse apportés pour l'améliorer. À cet effet, un nouveau concept prometteur, qui touche simultanément le matériel et le logiciel, a été déployé. Il s'agit du trusted computing. L'utilisation de ce concept a pour but de s'assurer de l'intégrité du système que nous utilisons à travers différents mécanismes, comme la vérification d'intégrité ou l'isolation logicielle et matérielle. Ce concept pourrait être utilisé dans différentes applications nécessitant une sécurité accrue. L'un des principaux domaines où nous sommes encore concernés par la sécurité est l'authentification en ligne, particulièrement pour les services critiques comme les services financiers ou le courriel. En effet, la sécurité des données d'authentification en ligne peut être compromise par des logiciels malveillants, tels les chevaux de Troie et les enregistreurs de frappes, ou encore par des attaques matérielles, les enregistreurs de frappes physiques à titre d'exemple. Dans le cadre de ce mémoire, nous utilisons le concept de trusted computing afin de proposer une solution d'authentification offrant un compromis entre la sécurité, la facilité d'utilisation et la facilité de déploiement tout en mettant l'accent sur la sécurité. Dans notre schéma nous voulons prévenir les attaques sur les données l'authentifications effectuées à partir de l'ordinateur de l'utilisateur. Un autre but est s'assurer de la compatibilité de notre solution avec la méthode d'authentification actuelle qui consiste en un nom d'utilisateur et un mot de passe. Notre objectif principal est d'implémenter une application utilisant les mécanismes du trusted computing sur un système embarqué. Cette application a pour rôle de fournir une authentification sécurisée aux sites web pour les utilisateurs. Nous avons débuté par étudier les différentes approches possibles en termes de trusted computing et d'exécution isolée. Ensuite, nous avons démontré l'utilisation du trusted computing sur un système embarqué. Nous avons alors implémenté notre application d'authentification sécurisée en utilisant les possibilités offertes par le trusted computing. Cette implémentation a permis d'étudier la viabilité de l'utilisation du trusted computing pour régler les problèmes de sécurité. Finalement, nous avons discuté des différents modèles d'attaques possibles ainsi que des limitations de notre système pour l'évaluer. Notre système nous protège contre plusieurs attaques possibles dans les schémas d'authentification actuels, nous pouvons encore le rendre plus résistant et plus sécuritaire. Nous constatons aussi que le trusted computing peut être utilisé dans d'autres contextes de sécurité, car même avec quelques difficultés de développement, il offre beaucoup d'avantages.  ABSTRACT: Computer systems security remains a top priority for researchers and industry as cyber attacks are improving and costing millions of dollars to companies. One of the recent concepts introduced is trusted computing. It is used to guarantee the integrity of the system we are using. The main mechanisms used by trusted computing are integrity verification and software and hardware isolation; they are achieved via hardware and software implementations. The application domain of trusted computing is large and usually used in sensitive contexts. One of the areas where security is critical but with no definitive solution is online authentication, in particular for sensitive services like online banking or email. Currently, online authentication is vulnerable to multiple software and hardware attacks such as trojans, software and hardware keyloggers. We propose a scheme for online authentication offering a compromise between security, ease of use and backward compatibility, but focusing more on security. We use trusted computing concepts for our solution. We try to prevent attacks aiming user credentials exchanged from the computer of the user. Another objective was to assure backward compatibility with current authentication methods which usually consist of username and password through websites. Our goal throughout this dissertation is to implement an application using the mechanisms of trusted computing on an embedded system. This application will provide users with a secure authentication mechanism to connect to websites. We began by studying the different possible approaches in terms of trusted computing and isolated execution. Then we ran trusted computing on an embedded system. Next, we implemented the secure authentication application using trusted computing. Finally, we discussed the possible threat models and limitations of our solution. Our system protects us against a range of attacks under current authentication schemes, although there is room for improvement to make it even more resistant and secure. The concept of trusted computing can be explored further to solve security-related problems. Despite some development difficulties, it can offer many advantages.


identifier: Pagé, P. (2018). Évaluation numérique de la stabilité des chantiers : contraintes élastiques autour des chantiers et résistance nécessaire des piliers-semelles en remblai cimenté  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière est un secteur important pour le Canada. Pour assurer un développement économique et durable, il est crucial de maximiser la récupération des ressources minérales, de minimiser l'impact sur l'environnement et de maintenir une production efficace et sécuritaire. Avec le développement des équipements miniers et la compétition internationale de plus en plus féroce, les mines ont tendance à utiliser des équipements de plus en plus performants, puissants et larges. Cependant, les dimensions maximales des ouvertures souterraines dépendent des conditions géomécaniques et doivent être adéquatement évaluées pour garantir la sécurité du personnel et des équipements. Dans la phase préliminaire d'un projet minier, cette tâche est souvent réalisée à l'aide de la méthode Mathews-Potvin qui exige la connaissance des contraintes induites autour des chantiers. Sachant que la méthode Mathews-Potvin est une méthode empirique, une estimation exacte des contraintes induites autour des chantiers n'est pas nécessaire.  ABSTRACT: The mining industry is a crucial sector in the Canadian economy. To ensure an economic and sustainable development, it is important to maximize the recovery of mineral resources, minimize the environmental impact and keep an effective and safe production. To reach higher productivity, mines tend to use larger and powerful equipment, which requires larger underground openings. However, the maximum exposure dimensions of underground excavations are limited by geomechanical conditions and must be adequately estimated to ensure the safety of personnel and equipment. The Mathews-Potvin method is commonly used in the preliminary stage of a mining project as a starting point to determine the dimensions of underground openings. The application of the method necessitates the knowledge of the induced stresses around the openings. As the Mathews-Potvin method is an empirical method, an accurate estimation of the induced elastic stresses around the openings is not necessary. Nevertheless, no analytical, numerical or graphical solution is available to assess the induced stresses around typical excavations, which have two parallel inclined walls (usually called hanging wall and footwall), a horizontal back (roof) and a horizontal floor. Numerical modeling must be performed for each specific mining project. This limits the application of the Mathews-Potvin method in rock engineering because numerical modeling requires not only the availability of pertaining software and hardware, but also a qualified person to perform the numerical modeling.


identifier: Naceur, A. (2018). Amélioration du combustible nucléaire en utilisant des matériaux tolérants aux accidents  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Quelques mois suivant l'accident de Fukushima Daiichi (11 Mars, 2011), un effort de RD&D américain, français et japonais s'est assidûment déployé en vue d'un remplacement du crayon de combustible nucléaire actuel (U[Pu]O2/Zr) par un second dit “tolérant aux accidents”, dans l'optique d'une adoption dans les assemblages des réacteurs à eau légère pour la fin de l'année 2022. Cet effort est mené sous le nom de projet ATF (“Accident Tolerant Fuels”), reprenant ainsi le même terme évoqué par le Congrès des États-Unis peu de jours après l'incident. Les alliages ferritiques (FeCrAl et APMT), l'austénitique (310SS) et le silicium-carbone (SiC) forment trois classes de candidats susceptibles de réduire au moins de 100 fois la cinétique d'oxydation du Zircaloy au delà de 1204 C, de réduire l'enthalpie du coeur, de retarder le point d'éclatement du crayon et d'agir comme barrière au transport d'oxygène à haute pression. La stabilité thermo-mécanique de ces nouveaux crayons dans un environnement d'eau légère, à faibles et hauts burnups, en état stationnaire et transitoire venait d'être rendue publique par le laboratoire américain d'Oak Ridge. Ce projet de recherche consiste à quantifier l'impact neutronique d'un tel remplacement de la gaine au Zircaloy dans la filière CANDU-6 (Canada Deuterium Uranium) des réacteurs à eau lourde, en conditions nominales d'opération et en conditions accidentelles anticipées. Les pénalités neutroniques de 56Fe et de 59Ni, respectivement, observées pour les alliages ferritiques et austénitique impliquent un changement de la politique canadienne actuelle vers un besoin en enrichissement. Une stratégie d'enrichissement en 235U est développée et un critère de convergence de criticité moyenne de la grappe CANLUB est adopté. L'accumulation de poison, d'actinides et de produits de fission est suivie à chaque pas de burnup. Un calcul multigroupes a permis de quantifier les taux d'absorption des gaines par rapport à la pastille d'UO2. Le degré de durcissement du flux neutronique est suivi dans le combustible, la gaine et le modérateur. Ce durcissement est également quantifié dans les régions internes et externes du coeur, et ce, à différentes hauteurs et différentes périodes précédent le début du processus de rechargement. L'effet des barres de régulation liquides et solides sur l'aplanissement du flux est étudié. L'effet du durcissement du flux sur le profil radial et axial des puissances de canal et de grappe est quantifié. Un raffinement des conditions de discrétisation de la pastille et une considération de son inhomogénéité ont permis une comparaison fine de l'autoprotection spatiale des résonances. L'augmentation du volume du caloporteur, du volume de la pastille et du volume de l'espace d'hélium sont les trois schémas d'optimisation proposés et étudiés pour contrer les pénalités des gaines et les coûts en enrichissement.  ABSTRACT: Following the Japanese Fukushima Daiichi Units 1-3 station blackout accident (March, 11th 2011), nuclear fuel pin improvement has become a subject of intense concern in the United-States Congress. After receiving the US-Senate Appropriations Committee Report (SR:112-75), the US Department of Energy Office of Nuclear Energy (DOE-NE) has doubly recognized, in June 2012 and April 2015, the technical feasibility of the so-called “accident tolerant fuel” (ATF) concept. American, French and Japanese RD&D efforts have then been steadily deployed to enhance the fuel/cladding tolerance, with the DOE-NE intention of performing a lead test assembly or lead test rod irradiation in light water reactor by the end of 2022. Austenitic stainless steel (310SS), ferritic alloys (FeCrAl and APMT) and silicon carbide (SiC) form three conventional classes of candidates that offer more than one hundred times improvement in oxidation resistance in steam-H2 environments above 1204 C, reduce the core enthalpy, delay the cladding ballooning and burst point and act as a barrier to the oxygen transport at high pressure. The thermo-mechanical stability of these new pins in a light water environment, at low and high burnups, for steady and transient state, has just been made public by the US Fuel Cycle Research Development Advanced Fuels Campaign at the Oak Ridge Laboratory. The main objectif of this project consists in quantifying the neutronic impact of the Zircaloy cladding replacement in the pressurized heavy water CANDU-6 (Canada Deuterium Uranium) reactor, under nominal operating conditions and anticipated accident conditions. The observed 56Fe and 59Ni high thermal captures, respectively, in ferritic and austenitic alloys imply a shift in current Canadian policy and legacy towards a need for fuel enrichment. A 235U enrichment strategy is developed to achieve the CANLUB bundle burnup average criticality. Poison, actinides and fission products accumulation rates are compared and analyzed at each burnup step. A multigroup transport computations is used to quantify the sheaths' absorption rates with respect to the UO2 pellets. The neutron flux hardening is studied in the fuel, cladding and moderator, in the inner and the outer core regions at different periods preceding the scheduled refueling date. The effect of liquid zone controllers and adjusters insertion and removal on flux flattening is presented. The consequence of flux hardening on bundle and channel radial and axial power profiles is quantified. A refinement of fuel pellet's radial discretization and a consideration of its inhomogeneity allowed a fine comparison of the spatial self-shielding.


identifier: Sayagh, M. (2018). On Run-Time Configuration Engineering  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

title: On Run-Time Configuration Engineering

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, les utilisateurs changent le comportement de leur logiciel et l'adaptent à différentes situations et contexts, sans avoir besoin d'aucune modifications du code source ou recompilation du logiciel. En effet, les utilisateurs utilisent le mécanisme de configuration qui offre un ensemble d'options modifiables par les utilisateurs. D'après plusieurs études, des mauvaises valeurs des options de configuration causent des erreurs difficiles à déboguer. Plusieurs compagnies importantes, comme Facebook, Google et Amazon ont rencontré des pannes et erreurs sérieuses à cause de la configuration et qui sont considérées parmi les plus pires pannes dans ces compagnies. En plus, plusieurs études ont trouvé que le mécanisme de configuration augmente la complexité des logiciels et les rend plus difficile à utiliser. Ces problèmes ont un sérieux impact sur plusieurs facteurs de qualité, comme la sécurité, l'exactitude, la disponibilité, la compréhensibilité, la maintenabilité, et la performance des logiciels. Plusieurs études ont été élaborées dans des aspects spécifiques dans l'ingénierie des configurations, dont la majorité se concentrent sur le débogage des défaillances de configuration et les tests de la configuration des logiciels, tandis que peu de recherches traitent les autres aspects de l'ingénierie des configurations de logiciel, comme la création et la maintenance des options de configuration. Par contre, nous pensons que la configuration des logiciels n'a pas seulement un impact sur l'exactitude d'un logiciel, mais peut avoir un impact sur d'autres métriques de qualité comme la compréhensibilité et la maintenabilité. Dans cette thèse, nous faisons d'abord un pas en arrière pour mieux comprendre les activités principales liées du processus de l'ingénierie des configurations, avant d'évaluer l'impact d'un catalogue de bonnes pratiques sur l'exactitude et la performance du processus de la configuration des logiciels. Pour ces raisons, nous avons conduit un ensemble d'études empiriques qualitatives et quantitatives sur des grands projets libres. On a conduit une étude qualitative en premier lieu, dans laquelle nous avons essayé de comprendre le processus de l'ingénierie de configuration, les enjeux et problèmes que les développeurs rencontrent durant ce processus, et qu'est ce que les développeurs et chercheurs proposent pour aider les développeurs à améliorer la qualité de l'ingénierie de la configuration logiciel. En réalisant 14 entrevues semi structurées, un sondage et une revue systématique de littérature, nous avons défini un processus de l'ingénierie de configuration invoquant 9 activités, un ensemble de 22 challenges rencontrés en pratique et 24 recommandations des experts.  ABSTRACT: Modern software applications allow users to change the behavior of a software application and adapt it to different situations and contexts, without requiring any source code modifications or recompilations. To this end, applications leverage a wide range of mechanisms of software configuration that provide a set of options that can be changed by users. According to several studies, incorrect values of software configuration options cause severe errors that are hard-to-debug. Major companies such as Facebook, Google, and Amazon faced serious outages and failures due to configuration, which are considered as some of the worst outages in these companies. In addition, several studies found that the mechanism of software configuration increases the complexity of a software system and makes it hard to use. Such problems have a serious impact on different quality factors, such as security, correctness, availability, comprehensibility, maintainability, and performance of software systems. Several studies have been conducted on specific aspects of configuration engineering, with most of them focusing on debugging configuration failures and testing software configurations, while only few research efforts focused on other aspects of configuration engineering, such as the creation and maintenance of configuration options. However, we think that software configuration can not only have a negative impact on the correctness of a software system, but also on other quality metrics, such as its comprehensibility and maintainability. In this thesis, we first take a step back to better understand the main activities involved in the process of run-time configuration engineering, before evaluating the impact of a catalog of best practices on the correctness and performance of the configuration engineering process. For these purposes, we conducted several qualitative and quantitative empirical studies on large repositories and open source projects. We first conducted a qualitative study, in which we tried to understand the configuration engineering process, the challenges and problems developers face during this process, and what practitioners and researchers recommend to help developers to improve their software configuration engineering quality. By conducting 14 semi-structured interviews, a large survey, and a systematic literature review, we identified a process of configuration engineering involving 9 activities, a set of 22 challenges faced in practice, and a set of 24 recommendations by experts.


identifier: Zhang, L. (2018). Improvement of the Reliability of Field Permeability Tests  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les essais de perméabilité in situ sont faciles à réaliser dans un seul puits de surveillance (MW) et produisent peu de perturbation du sol in situ. Les valeurs de K locales in situ sont obtenues à partir de deux méthodes d'essais de perméabilité in situ, c'est-à-dire des tests à différence de charge constante (CH) et à différence de charge variable (VH). Pour les couches aquifères homogènes et isotropes, la valeur moyenne locale de K dans plusieurs puits peut être représentative de la valeur K du sol car l'effet d'échelle est négligeable. Les théories des méthodes d'essai et d'interprétation sont parvenues à maturité. Cependant, des opérations sur le terrain non idéales et des MWs mal installés peuvent produire des erreurs qui influent grandement sur les résultats des essais. Par conséquent, les valeurs K obtenues sont moins précises. Utiliser des valeurs K inexactes peut affecter l'évaluation de nombreux problèmes pratiques tels que les fuites et la stabilité des barrages, l'infiltration dans les champs d'épandage, le transport des contaminants dans les eaux souterraines etc.  ABSTRACT: Field permeability tests are easy to be performed in a single monitoring well (MW) and yield little disturbance to in-situ soil. The local K values in situ are obtained from two methods of field permeability tests, i.e., constant-head (CH) and variable-head (VH) tests. For homogeneous and isotropic aquifer layers, the average local values of K in several wells can be representative of the K value of the soil because the scale effect is negligible. The theories of the test and interpretation methods are mature; however, non-ideal field operations and poorly installed MWs may yield some errors, which greatly influence the test results. As a result, the derived K values are less accurate. Using inaccurate K values may affect the assessment in many practical problems like seepage and stability of dams, infiltration from disposal fields, contamination transport in groundwater etc.


identifier: Shen, W. (2018). Optimal Decentralized Load Frequency Control for Power System: A Mean-Field Team Approach  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de réglage fréquence-puissance (RFP) dans les réseaux électriques connaît un regain récent d'intérêt vu la pénétration de plus en plus importante dans ces réseaux de sources d'énergie renouvelable solaire ou éolienne, c'est à dire avec caractéristiques d'intermittence. En effet, la fréquence est un signal dont le comportement est sensible à tout déséquilibre entre génération et demande d'électricité, et son maintien dans un voisinage serré de sa valeur nominale (60 Hz en Amérique du Nord), est essentiel pour la stabilité du réseau. Le RFP vise à contrôler la puissance de sortie des générateurs en réponse aux changements de fréquence (dans le cas d'une zone unique) ainsi qu'à ceux des échanges d'énergie par rapport à leur valeur programmée dans les lignes de raccordement (dans le cas de zones multiples). Les techniques actuelles de RFP présentent un mélange de caractéristiques de centralisation et de décentralisation. Dans ce mémoire, nous souhaitons revisiter les algorithmes de RFP à la lumière des derniers développements de la théorie des équipes et jeux à champ moyens (mean field teams and mean field games), en exploitant le fait que le signal de fréquence global utilisé pour coordonner les générateurs est en réalité une moyenne pondérée des fréquences locales à un grand nombre de générateurs. Nous explorerons ainsi dans ce mémoire des approches de commande intégrale-proportionnelle avec structure de coût quadratique pour le RFP. Le problème de commande est formulé comme un problème d'équipe linéaire quadratique selon la structure d'information champ-moyen partagé, c'est-à-dire que chaque générateur observe son propre état (incluant 3 variables internes supposées mesurables) ainsi que le champ moyen consistant en une moyenne des états de tous les générateurs. La commande décentralisée correspond à la solution du problème d'équipe à champ moyen. Cette dernière est obtenue en résolvant 2 équations de Riccati dans le cas d'une zone isolée, l'une associée au générateur local et l'autre associée au champ moyen (ces équations deviennent des équations de Riccati couplées dans le cas d'un problème à 2 zones). Le mémoire est composé de deux parties dédiées respectivement à l'analyse de la commande pour une zone isolée, et celle associée à deux zones interconnectées. Dans la première partie, nous introduisons la théorie de l'équipe dans le contrôle RFP à zone unique. Il s'agit de problèmes de décision multi-agents dans lesquels tous les agents (générateurs individuels) partagent un coût commun [Mahajan et al., 2012]. L'approche de commande actuelle utilise une contrainte de taux de génération unique [Tan, 2010] pour contrôler le comportement de tous les agents/machines et la répartition de la charge se fait en se référant à la taille de la machine, ce qui est simple mais apriori un peu trop grossier.  ABSTRACT: Load frequency control or LFC is a fundamental mechanism for maintaining the stability of electric power systems. It aims at controlling the power output of generators in response to either changes in frequency (in a single area case) or in response to both changes in frequency and tie-line power interchange (in multi- area cases). Indeed frequency is a ubiquitous signal in power systems and its excursions away from its nominal value are indicative of imbalances between generation and load. Interest in LFC has come back to the fore in view of the challenges raised by increasing levels of penetration of renewable intermittent sources (Wind and solar energy). This situation creates frequent and important mismatches between system generation and system load, and thus create the need for more effective LFC schemes. The current set up is based on estimating a single integral control based power mismatch variable and redistributing a share of the correspondingly needed generation increase or decrease among units according to their power rating [Tan, 2010]. While this has proved to be a robust and algorithmically simple scheme, it is a rather rough approach, as it tends to ignore the particular current state of each generator when provided with a new set point. In order to allow more flexible and less aggressive control to each individual generator, normally only represented as a single aggregate unit, novel decentralized linear quadratic-proportional integral control methods for load frequency control respectively based on so-called mean field team theory (for single and two area systems) and mean field games ( for two area systems) are discussed in this thesis. The control problem is formulated as a linear quadratic (LQ) team problem under meanfield sharing (MFS) information structure, i.e., each generator observes its own state (3 state variables) and the mean field, that is in this context the average state of all generators if they are all identical, or the vector of class specific mean states in a non homogeneous multi-class situation. Also, following a team solution scheme developed in [Arabneydi and Mahajan, 2016], a separate mean field control term is a feedback on the vector of mean class specific individual states. The overall result is a decentralized control policy with coordination by the mean field term. The optimal solution is obtained by solving 2 Riccati equations, one for the local generator and another one associated with the mean field (this becomes instead a system of coupled Riccati equations in the subsequent mean field game game solution of the 2 area problem), for the full observation model.


identifier: Bérubé, C. L. (2018). Intégration des signatures pétrophysiques et minéralogiques de l'empreinte hydrothermale du gisement d'or Canadian Malartic  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse vise à approfondir les connaissances sur les liens qui existent entre les variations de propriétés pétrophysiques et minéralogiques dans l'enveloppe d'altération hydrothermale des gisements d'or disséminé. Le gisement aurifère de Canadian Malartic est un exemple de classe mondiale dans ce type de gisement, mais celui-ci ne possède pas de signatures géophysiques apparentes qui permettraient sa prospection dans un contexte géologique similaire. Pourtant, les propriétés physiques de la roche hôte dépendent de sa composition minéralogique et de sa texture, qui sont déterminées par sa composition originale, ses déformations, son métamorphisme et son interaction passée avec les fluides hydrothermaux. Une campagne exhaustive de mesure des propriétés physiques a été conduite au gisement Canadian Malartic.  ABSTRACT: This thesis aims to provide new knowledge about the relationships between variations in rock physical properties and mineralogical attributes in the hydrothermal alteration footprint of the intrusion-related Canadian Malartic disseminated gold deposit. According to past studies, the Canadian Malartic deposit is not characterized by a specific geophysical signature that would allow geophysical prospecting of this deposit in a similar geological context. An extensive petrophysical measurement campaign was conducted at the Canadian Malartic deposit in order to understand their relationships with rock mineralogical composition and texture, which are determined by original composition and its deformation, metamorphism and fluid-rock interaction history.


identifier: Amaioua, N. (2018). Modèles quadratiques et décomposition parallèle pour l'optimisation sans dérivées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation sans dérivées (DFO) et l'optimisation de boites noires (BBO) sont deux disciplines qui traitent des problèmes dont la formulation analytique est inaccessible partiellement ou totalement et qui résultent souvent de simulations informatiques. Les algorithmes DFO et BBO s'appliquent typiquement à des problèmes de petite dimension. Parmi ces méthodes, l'algorithme de recherche directe par treillis adaptatifs (MADS) est une méthode itérative qui se base sur une discrétisation de l'espace et des directions de recherche pour sélectionner et évaluer des points de l'espace. Cette thèse explore deux extensions de MADS qui permettent d'améliorer les résultats de la méthode ainsi que de s'attaquer à des problèmes de plus grande taille. Dans la première extension, MADS utilise des modèles dans l'étape de recherche menant à la création d'une série de sous-problèmes quadratiques avec contraintes quadratiques. Deux méthodes d'optimisation non linéaire classiques sont décrites : la fonction de pénalité exacte en norme `1 et le Lagrangien augmenté. De plus, une nouvelle méthode nommée le Lagrangien augmenté en norme `1 combine les points forts des deux algorithmes précédents. Cette dernière méthode est bien adaptée pour les problèmes quadratiques avec contraintes quadratiques vu qu'elle se base sur un terme de pénalité en norme `1 qui permet de traiter un problème quadratique par morceaux au lieu d'un problème quartique si le Lagrangien augmenté standard est utilisé. La nouvelle méthode du Lagrangien augmenté en norme `1 est décrite pour les problèmes non linéaires avec des contraintes d'égalités. Une analyse conduite sur l'itération interne de l'algorithme prouve que la convergence vers un point stationnaire se fait avec une vitesse surperlinéaire en deux étapes. De plus, l'analyse de l'itération externe de la méthode établit que l'algorithme converge globalement et que le paramètre de pénalité est borné. Dans la seconde extension, l'algorithme de décomposition parallèle de l'espace de la recherche directe par treillis adaptatifs (PSD-MADS), qui est une méthode parallèle asynchrone pour les problèmes de boites noires de grande taille, utilise une stratégie de sélection aléatoire des variables pour la construction des sous-problèmes. Plusieurs stratégies sont proposées pour sélectionner les variables les plus influentes du problème et explorer l'espace des solutions de manière plus efficace. Ces stratégies se basent sur des outils statistiques pour évaluer l'influence des variables sur les différentes sorties et sur la méthode de classification k-mean pour grouper les variables avec plus ou moins le même niveau d'influence. De plus, une méthode hybride qui combine cette nouvelle stratégie avec l'approche aléatoire de sélection de variables est présentée. Les nouvelles méthodes améliorent les résultats de PSD-MADS et les tests numériques sont conduits sur des problèmes de taille allant jusqu'à 4000 variables.  ABSTRACT: Derivative-free optimization (DFO) and blackbox optimization (BBO) are two fields studying problems for which the analytical formulation is partially or completely inaccessible, and which often result from computer simulations. Algorithms in DFO and BBO typically target problems with small dimension. One of these methods is the mesh adaptive direct search algorithm (MADS) which is an iterative method relying on a space discretization and search directions to select and assess new candidates. This thesis explores two extensions of the MADS algorithm that allow to improve its results and take on problems with a larger dimension. In the first extension, MADS uses models in the search step which generates a sequence of quadratic subproblems with quadratic constraints. Two classic nonlinear optimization methods are described: the `1-exact penalty function and the augmented Lagrangian. In addition, a new method, called the `1 augmented Lagrangian, combines the strengths of both previous methods. This new approach is well suited for quadratically constrained quadratic problems (QCQP) since the `1 penalty term allows the method to optimize a piecewise quadratic problem instead of a quartic one when using the standard augmented Lagrangien. The new `1 augmented Lagrangian is described for nonlinear problems with equality constraints. The analysis of the inner iteration of the algorithm proves a superlinear convergence to a stationary point. In addition,the analysis of the outer loop of the method establishes global convergence and shows that the penalty parameter is bounded away from zero. In the second extension, the parallel space decomposition of the mesh adaptive direct search algorithm (PSD-MADS), which is an asynchronous parallel method for large-sized blackbox problems, uses a random selection of variables to build subproblems. Several new strategies are introduced to select the most influential variables and explore the solution space more efficiently. These strategies are based on statistical tools to quantify the influence of variables on the different outputs and use the k-mean clustering method to group variables with the same level of influence together. In addition, a hybrid method combines this new strategy with the random variable selection of the original PSD-MADS. These new methods improve the results of PSD-MADS and are tested on problems with up to 4000 variables.


identifier: Dubuc, J. (2018). Étude du comportement hydrogéologique d'une couche de contrôle des écoulements placée à la surface d'une halde à stériles expérimentale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation minière génère d'importants volumes de roches stériles qui sont généralement entreposés en surface dans des haldes. La présence de minéraux réactifs dans ces stériles peut entraîner, lorsqu'ils sont exposés aux conditions atmosphériques (oxygène et eau), la génération de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). Le présent projet s'inscrit dans une plus vaste étude visant à évaluer une nouvelle méthode de déposition des roches stériles et dont l'objectif est de limiter la contamination des eaux de drainage qui peuvent percoler dans les haldes, pendant les opérations d'extraction et après la fermeture du site. Le principe de la technique consiste à dévier latéralement l'eau des précipitations le long de couches inclinées formées de matériaux relativement fins et compactés (appelées ici couches de contrôle des écoulements ou CCE) afin de prévenir les écoulements dans les roches stériles réactives.  ABSTRACT: The mining industry produces large quantities of waste rocks which are usually disposed of on the surface in piles. Reactive minerals in waste rocks can lead to the generation of acid mining drainage (AMD) or contaminated neutral drainage (CND) when exposed to atmospheric conditions (oxygen and water). This project is part of a broader research study which aims to evaluate the performance of a new waste rock deposition method. The main objective of this method is to limit contamination of seepage water, during and after the extraction operations. The principle is to divert rainwater along inclined and compacted finer grained material layers (called flow control layers or FCL) to prevent it from reaching underlying reactive waste rocks.


identifier: Guay-Lord, R. (2018). Conception d'un dispositif microfluidique permettant l'analyse histopathologique à haut rendement de la réponse thérapeutique des tumeurs solides  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis plusieurs décennies, les méthodes cliniques pour traiter le cancer progressent vers des approches personnalisées qui permettent de prédire la sensibilité d'une tumeur donnée aux différents agents thérapeutiques disponibles. Une de ces approches consiste à préserver un tissu tumoral extrait d'un patient dans un système de culture et à évaluer empiriquement la réponse du tissu aux traitements. Pour ce faire, plusieurs groupes de recherche ont exploité les avantages offerts par les technologies microfluidiques pour développer des systèmes de culture spécialisée qui permettent de prolonger la viabilité des échantillons tumoraux en laboratoire. Toutefois, la transition de ces technologies vers un contexte clinique réel a été limitée par le faible rendement et la complexité inhérente de ces dispositifs microfluidiques. Également, pour être pertinentes cliniquement, ces technologies se doivent d'être compatibles avec l'étalon d'or (Gold Standard ) utilisé en oncologie pour caractériser la réponse d'un tissu à un traitement : l'histopathologie. En 2016, notre groupe de recherche a développé un système microfluidique qui permet la culture non perfusée de tissus dérivés de patients en exploitant des manipulations simples, efficaces et compatibles avec les analyses histopathologiques. L'approche retenue exploite la microdissection d'une tumeur primaire en centaines de tissus microdisséqués d'environ 500μm de diamètre qui peuvent être facilement manipulés et piégés dans des puits microfluidiques où ils sont exposés à différents agents thérapeutiques. Par la suite, les échantillons doivent être transférés dans un bloc de paraffine pour les analyses histologiques subséquentes. Pour ce faire, on utilise une méthode originale développée au laboratoire : le paraffinage lithographique. Le paraffinage lithographique se compose d'une séquence de manipulations qui permet de fixer et déshydrater les échantillons microdisséqués directement dans les systèmes microfluidiques et de les transférer tous en même temps dans un bloc de paraffine avec une méthode analogue à la lithographie. Toutefois, comme le système microfluidique présenté dans le travail original de 2016 n'était pas conçu pour utiliser le paraffinage lithographique, le nombre maximal d'échantillons pouvant être traités est relativement faible (5 à 10), ce qui limite le potentiel de haut-rendement offert par le paraffinage lithographique. L'objectif de ce projet de maîtrise est d'adapter le design du système microfluidique dans le but de maximiser le nombre d'échantillons dans le système tout en conservant les conditions opératoires pour la culture de tissus microdisséqués préalablement optimisées en 2016.  ABSTRACT: For the past decades, therapeutic strategies targeting cancers have experienced a framework shift towards personalized approaches that could potentially predict the sensibility of a tumour in a patient-specific manner. One of these approaches consists in preserving patient-derived tissues in dedicated culture platforms and to evaluate empirically the response of the tissue to a panel of therapeutic agents. In this scope, various research groups have exploited the benefits offered by microfluidic technologies to develop custom culture platforms designed to extend the viability of tumour samples. However, their transition in an actual clinical context has been hindered by the inherent complexity and low-throughput of these microfluidics devices. Moreover, to be clinically relevant, these devices must be compatible with the current gold standard method in oncology to evaluate the therapeutic response of a tissue: histopathology. In 2016, our group developed a microfluidic device that allows non-perfused culture of tumour-derived tissues using simple and efficient manipulations that is also compatible with histopathology analyses. Our model exploits the microdissection of the primary tumour samples into hundreds of 500μm diameter microdissected tissues that can be easily trapped into microfluidic wells where they are exposed to various therapeutic agents. Before proceeding with the histopathological analyses, the samples must be paraffin-embedded and transferred into a paraffin block. To do so, our group has developed a custom adaptation of the standard paraffin-embedding procedure called paraffin-embedding lithography. Paraffin-embedding lithography consists in a sequence of manipulations that allows to fix and dehydrate the samples directly in the microfluidic device and to transfer them all at once in a paraffin block. However, since the microfluidic device presented in the original work of 2016 was not designed to be used with paraffin-embedding lithography, the total number of samples in the device is low, which hinders the high-throughput potential offered by paraffin-embedding lithography. The main objective of this project is to adapt the microfluidic design to maximize the number of samples in the device while conserving the operating conditions for the culture of microdissected samples that we optimized previously in 2016. Specifically, we want to preserve the characteristics of the device that made it simple and straightforward to work with, while trying to maximize the number of samples present. The main consideration to preserve the viability of biological samples in non-perfused conditions is to make sure that each sample has access to sufficient volume of culture medium to prevent the depletion of nutrients in the device.


identifier: Xue, H. (2018). General Formulation and Accurate Evaluation of Earth-Return Parameters for Overhead/Underground Cables  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation de transitoire électromagnétique (EMT) dans les réseaux électriques est devenue un outil important pour la recherche et les applications pratiques. Les outils de simulation de type EMT nécessitent des modèles de ligne / câble aérien(ne) et de câble souterrain qui sont basés sur le calcul de paramètres d'impédance série et d'admittance shunt. Ces paramètres sont calculés en utilisant des données géométriques du système de transmission et des paramètres physiques. Un aspect important dans les calculs est la formulation de l'impédance et l'admittance de retour à la terre. Premièrement, dans cette thèse, les formules nouvelles et généralisées d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont dérivées pour une ligne aérienne et un câble souterrain, en se basant sur les équations de Maxwell avec des conditions initiales et aux limites complètes. De plus, les composantes complètes du champ électromagnétique émis sur la ligne aérienne et le câble souterrain sont dérivées. Afin d'éviter les difficultés numériques de la résolution complète, les formules d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont simplifiées en adoptant les hypothèses appropriées. Ensuite, les formules approximées d'impédance et d'admittance de retour à la terre sont proposées pour le câble souterrain. Grâce à l'absence d'intégrale de Sommerfeld, les formules approximées peuvent être calculées facilement. Les formules existantes telles que les formules de retour à la terre par Pollaczek et Carson se déduisent simplement si les mêmes conditions sont adoptées dans la formulation généralisée proposée. Une Green fonction modifiée de retour à la terre de la méthode Method of Moment (MoM) - Surface Admittance Operator (SO) pour la ligne / le câble aérien(ne) est aussi dérivée. La stabilité numérique du MoM-SO pour la ligne / le câble aérien(ne) est améliorée en adoptant la Green fonction dérivée. Ensuite, le concept de méthode de ligne de transmission (TL) étendue est proposé par rapport à la méthode de TL classique. En adoptant la méthode de TL étendue, l'allure des réponses en fréquence montrent des améliorations et des impacts significatifs dans les hautes fréquences pour une ligne aérienne, un câble aérien et un câble souterrain. Il est bien connu qu'il existe une transition de mode pour les lignes et les câbles aériens qui transforme l'onde de retour à la terre dans les fréquences basses en l'onde de surface dans les fréquences hautes.  ABSTRACT: Electromagnetic transient (EMT) simulations in power systems have become an important tool for both research and practical applications. EMT-type simulation tools require overhead line/cable and underground cable models which are based on the calculation of series impedance and shunt admittance parameters. These parameters are calculated using the input of transmission system geometrical data and physical parameters. An important aspect in the calculations is formulation of earth-return impedance and admittance. As a first step in this thesis, new and generalized earth-return impedance and admittance formulas of overhead lines and underground cables are derived based on Maxwell equations with complete initial and boundary conditions. Also, the complete electromagnetic field components radiated by the overhead line and the underground cable are derived. In order to avoid numerical difficulties in the complete field solution, the earth-return impedance and admittance formulas are simplified by adopting the appropriate assumptions. Moreover, approximate earth-return impedance and admittance formulas for the underground cable are proposed. Those formulas can be easily calculated because no Sommerfeld integral is involved. In addition, existing formulas such as Pollaczek's and Carson's earth-return impedance formulas are easily deduced from the proposed generalized formulation under the conditions adopted by Pollaczek and Carson. A modified earthreturn Green function of Method of Moment (MoM) - Surface Admittance Operator (SO) for overhead lines and cables is also derived. The numerical stability of MoM-SO for overhead lines and cables can be improved by adopting derived earth-return Green function. Next, the concept of an extended transmission line (TL) approach is proposed in comparison with the classical TL approach. By adopting the extended TL approach, the characteristics of frequency responses of overhead lines, overhead cables and underground cables show significant improvements and impacts in high frequencies. As it is well-known, an overhead line and an overhead cable involve mode transition from a low frequency earth-return wave to a high frequency surface wave. The lower attenuation of the surface wave shows a significant difference in the propagation functions evaluated by the classical TL approach. Also, wave propagation characteristics of an underground cable are evaluated by the extended TL approach. The influences of earth parameters such as earth resistivity and permittivity are clarified for the wave propagation characteristics in frequency domain.


identifier: Deaux, O. (2018). Optimisation de bétons fibrés à ultra-hautes performances et caractérisation de leurs propriétés en contexte industriel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières décennies, d'importantes avancées technologiques dans le domaine du béton ont permis la mise au point de Bétons Fibrés à Ultra-hautes Performances (BFUP). Depuis les années 1980, l'amélioration des connaissances au sujet de ce matériau et la multiplication des projets de construction et de réhabilitation en faisant usage ont amorcé une démocratisation de son utilisation. Cependant, la création d'un BFUP s'avère encore être un processus long et coûteux. De plus, l'impact des températures de production et de cure différentes de celles considérées en laboratoire est encore méconnu sur les propriétés de ce matériau. Or, ces connaissances sont cruciales pour son utilisation plus étendue dans l'industrie de la construction.  ABSTRACT: Over the last decades, significant advances in concrete technology have resulted in the development of Ultra High Performances Fiber Reinforced Concretes (UHPFRC). Since 1980s, improvement in knowledge about this material and the increase of its use in construction and rehabilitation projects have begun to allow its democratization. However, developing a UHPFRC is still a long and costly process. In addition, the impact of mixing and curing temperatures different from those considered in laboratory on the properties of this material is still unknown. This knowledge is crucial for its wider use in the construction industry.


identifier: Fabre, L. (2018). Développement d'une typologie de ménages pour enrichir la prévision de la demande de transport  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, de nombreux changements démographiques affectent la plupart des grandes villes du globe. Par exemple, les changements générationnels impliquent une population stagnante et vieillissante, alors que la taille des ménages diminue grandement, conséquence de nombreux bouleversements socio-économiques. Ces tendances s'accompagnent inévitablement de modifications dans les comportements de mobilité des personnes. En ce sens, il est pertinent de s'interroger sur la manière de planifier la demande en transport. Dans la province de Québec, au Canada, celle-ci se base uniquement sur les caractéristiques individuelles des personnes.  ABSTRACT: Nowadays, several demography changes are affecting most of the cities in the world. As an example, the population is getting older and the rate of growth appears to have come to a standstill. Also, household size diminishes due to several socio-economic changes. These trends inevitably go along with mobility behaviour adjustments. It is thus relevant to question the actual transport demand planification. In the Québec province, in Canada, it is uniquely based on individual characteristics and does not take into account the household characteristics.


identifier: Bianchetti, C. (2018). Analytical Fatigue Life Prediction of Shot Peened 7050-T7451 Aluminium Alloy  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le grenaillage est une technique de traitement de surface qui consiste à projeter à grande vitesse des microbilles à la surface d'un matériau métallique, afin de l'écrouir, d'y distordre les grains, et d'y introduire des contraintes résiduelles en compression. Ces changements microstructuraux ont pour but principal d'augmenter la vie en fatigue des matériaux. Néanmoins, le grenaillage induit une augmentation de la rugosité de surface, qui tend à diminuer la vie en fatigue. Lorsque les effets bénéfiques du grenaillage compensent ses effets néfastes, la vie en fatigue moyenne est plus grande que celle du matériau usiné. L'optimisation de ces effets par rapport à la vie en fatigue est un sujet important pour l'industrie  aérospatiale. L'optimisation peut être réalisée expérimentalement par des essais en fatigue, ce qui peut être dispendieux, ou bien analytiquement par des modèles de prédiction de vie en fatigue. En outre, une augmentation de la dispersion de la vie en fatigue après grenaillage est souvent observée, ce qui est problématique dans le milieu aéronautique et aérospatial où la fiabilité joue un rôle primordial pour assurer la sécurité des passagers. Ce projet vise à prédire l'effet du grenaillage sur la vie en fatigue de l'alliage d'aluminium 7050-T7451. Plusieurs séries d'essais de fatigue ont été réalisées afin de valider les prédictions du modèle. De plus, ces essais ont donné lieu à une étude probabiliste, évaluant la dispersion et la fiabilité des résultats en fatigue avant et après grenaillage. Les résultats issus de l'analyse probabiliste furent reliés aux rugosités de surface, et aux amorces des fissures caractérisées expérimentalement. Une revue critique de la littérature des modèles prédisant la propagation de fissures a permis d'isoler le modèle de Navarro-Rios comme étant le mieux adapté pour prédire la vie en fatigue après grenaillage. En effet, il est le seul modèle analytique ayant unifié les propagations de fissures courtes et longues. De plus, celui-ci permet d'introduire les changements microstructuraux induit par le grenaillage. L'analyse du modèle ainsi que de ses améliorations a permis d'identifier plusieurs points méritant une étude approfondie. Tout d'abord, la barrière microstructurale responsable du comportement instable des fissures courtes n'a jamais été identifiée pour l'alliage étudié. Ensuite, des auteurs ont proposé d'améliorer le modèle, en introduisant les comportements cycliques tels que les effets de fermetures et l'évolution cyclique de la contrainte d'écoulement. Cependant, ces variables ne furent pas caractérisées expérimentalement. De plus, ce modèle amélioré n'a jamais été appliqué au grenaillage, ni comparé au modèle original en termes de capacité de prédictions.  ABSTRACT: Shot peening is a surface treatment that consists in projecting high velocity shots onto a ductile metallic surface to introduce cold work, grain distortion, and compressive residual stresses. The main purpose is to increase the treated component's fatigue life. However, the shot impacts increase surface roughness, which tends to decrease fatigue life. When the beneficial effects counterbalance the detrimental effects, the process delivers higher average fatigue lives than the as-machined condition. Fatigue life optimization can be achieved either with laborious and expensive experimental campaigns or with fatigue life prediction models. Moreover, the fatigue life dispersion of shot peened samples is often higher than that of as-machined samples. This project aims to predict the effects of shot peening on the fatigue life of AA 7050-T7451 samples. Numerous series of fatigue tests were carried out to validate the fatigue life predictions. The number of performed fatigue tests was sufficient to probabilistically analyze the fatigue data. The dispersion and the reliability of the fatigue lives were evaluated for the as-machined and the shot peened conditions. These results were related to the surface roughness and the crack initiation mechanisms of the corresponding shot peening condition. The literature review of the models that predict fatigue life, highlighted the Navarro-Rios model as the most promising. This model is the only analytical model that unified prediction of small and long crack propagation. In addition, this model accounts for microstructural changes like those induced by shot peening. The review of this model along with its improvements highlighted interesting points to focus on. First, the microstructural barrier responsible for the small crack deceleration has never been characterized for the studied material. Moreover, some authors proposed to improve the model by introducing cyclic behaviors, such as crack closure and cyclic yield stress. However, these variables were not experimentally characterized. In addition, this cyclic version of the model has never been applied to shot peening, nor compared to the original model in terms of predictive capabilities. First, a fatigue test campaign in tension-tension was carried out on shot peened and as-machined samples to validate the Navarro-Rios model predictions in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF), at a stress ratio of 0.1. Four peening conditions were experimented to study the influence of the shot type and the Almen intensity on fatigue life. Ten samples were fatigue tested for each batch of surface and stress conditions. The fatigue data were modeled with probabilistic distributions to evaluate the fatigue life dispersion and the fatigue life reliability.


identifier: Dimech, A. (2018). Imagerie de l'écoulement de l'eau dans une halde à stériles expérimentale par tomographie 3D de résistivité électrique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'activité minière génère des quantités considérables de roches faiblement minéralisées appelées stériles, particulièrement dans le cas des mines à ciel ouvert. Ces stériles miniers sont usuellement stockés sous la forme de haldes à stériles qui peuvent atteindre des dimensions considérables. Les haldes à stériles peuvent poser des problématiques géotechniques et environnementales du fait de leur structure interne lâche et très hétérogène. En particulier, les écoulements d'air et d'eau qui se produisent dans les haldes à stériles peuvent, dans certaines conditions, mener à l'oxydation des sulfures contenus dans les roches stériles. Cette oxydation peut avoir de lourdes conséquences environnementales si les eaux s'écoulant à l'aval des haldes sont acidifiées (drainage minier acide - DMA) ou chargées en métaux lourds (drainage neutre contaminé - DNC).  ABSTRACT: Mining industry generates large amount of waste rocks with non-economic mineralization, especially for open-pit operations. These waste rocks are usually stored in waste rock piles which can reach considerable dimensions. Significant geotechnical and environmental issues can be associated with waste rock piles, in part because of their highly heterogeneous internal structure. More specifically, air and water flows which occur in waste rock piles may oxidize the sulphides contained in the reactive waste rocks. This oxidation may have dramatic environmental consequences if the water which exfiltrates from the piles is acidified (acid mine drainage – AMD) or if the water is contaminated with heavy metals (contaminated neutral drainage – CND).