identifier: Romero Torres, A. (2012). Stratégies technologiques pour améliorer la gestion des médicaments dans la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique et le circuit hospitalier : le cas des codes-barres et du RFID  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse par cumul d'articles tente de mieux comprendre l'évolution des technologies, la compétition entre deux régimes technologiques et l'émergence d'un design dominant. Elle a été conduite dans le contexte spécifique du secteur de la santé et s'est intéressée aux stratégies technologiques pour améliorer la gestion des médicaments. En effet, si un consensus existe quant aux bienfaits des médicaments sur la santé, la gestion des médicaments n'est pas nécessairement optimale et différents enjeux et problèmes peuvent être identifiés. Premièrement, la gestion des médicaments requiert du personnel spécialisé, des technologies sophistiquées, et des procédures de contrôle et de sécurité. Ceci représente des dépenses majeures pour le système de santé. Au Canada, 32 milliards  de dollars auraient été assignés pour l'approvisionnement et la gestion des médicaments en 2011, ce qui constitue  la deuxième dépense la plus importante pour le système de santé juste après celle des centres hospitaliers. Deuxièmement, les erreurs de médication représentent la huitième cause de décès au monde et entraînent des coûts substantiels. Les États-Unis, par exemple, dépensent par année 2 milliards de dollars pour mitiger les conséquences des erreurs liées aux médicaments. Troisièmement, la présence croissante des médicaments contrefaits est préoccupante puisqu'ils représentent au niveau mondial près de 10% du volume total des médicaments, ce qui est estimé pour 2010 à près de 75 milliards de dollars, soit une augmentation de 92% par rapport à 2005.  Enfin, les médicaments représentent une part non négligeable des déchets médicaux, soit approximativement 15% de ces déchets dans les hôpitaux, et ne sont pas nécessairement traités de façon adéquate. Les systèmes d'identification et de suivi des médicaments sont considérés comme la stratégie privilégiée pour assurer une gestion plus optimale des médicaments et contrer les problèmes et les enjeux mentionnés précédemment. Cependant, il existe une compétition entre deux porteurs de données nécessaires pour ces systèmes, soit les codes-barres, technologie mature et bien établie depuis plusieurs décennies (ancien régime technologique) et RFID (Radio Frequence Identification), technologie émergente et considérée par certains comme disruptive (nouveau régime technologique). Le passage d'un régime technologique à un autre est qualifié de chaotique, est caractérisé par des niveaux d'incertitudes élevés et correspond à une ère de fermentation (era of ferment) ou « interrègne ». Or, cette ère de fermentation qui donne naissance au design dominant reste très peu explorée dans la littérature. La thèse tente donc d'explorer l'ère de fermentation. Plus spécifiquement, cette thèse poursuit trois objectifs généraux.Le premier objectif vise à analyser les stratégies technologiques et les dynamiques observées pendant l'ère de fermentation ou «interrègne » entre les codes-barres et RFID en tant que porteurs de données  pour les systèmes d'identification et de suivi des médicaments. Quelles sont les plateformes technologiques mises en œuvre ou envisagées pour améliorer la gestion des médicaments tout au long de la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique et dans les hôpitaux? Quels sont les mérites relatifs des deux technologies qui s'affrontent? Quel sera le design dominant qui permettrait d'améliorer la gestion des  médicaments? Comment le progrès technologique peut-il permettre l'identification des médicaments? Le deuxième objectif tente d'évaluer l'importance relative des divers facteurs (technologiques,  organisationnels,  inter-organisationnels et ceux liés à l'environnement externe) qui prolongent ou raccourcissent l'ère de fermentation ou « interrègne » entre les codes-barres et RFID en tant que porteurs de données  pour les systèmes d'identification et de suivi des médicaments. Quels sont les principaux facteurs qui favorisent la fin de l'ère de fermentation et l'émergence du design dominant? Quels sont les principaux facteurs qui prolongent l'ère de fermentation et qui entravent l'émergence du design dominant? Le troisième objectif cherche à cerner les principaux impacts (perçus ou réels) de l'adoption des codes-barres et de la technologie RFID en tant que porteurs de données pour les systèmes d'identification et de suivi des médicaments. Quels sont ces impacts et quelle est leur importance relative? Est-ce que ces impacts diffèrent selon les acteurs de la chaîne de valeur des médicaments? Est-ce que ces impacts contribuent au prolongement de l'ère de fermentation ou à l'émergence du design? L'étude sur le terrain examine les systèmes d'identification et de suivi des médicaments qui permettent d'améliorer la gestion des médicaments à deux niveaux : au niveau de la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique  et  au niveau de leur parcours dans les hôpitaux, ce qui inclut la fonction logistique de la pharmacie hospitalière et les processus de médication. Au total, 132 organisations et 178 individus ont participé à cette recherche exploratoire qui mise sur des données quantitatives et qualitatives et sur plusieurs méthodes de collectes de données telles que l'analyse de documents, les observations, la modélisation et la simulation des processus, les entrevues semi-structurées, les discussions de groupe (focus groups) et l'enquête. Les principaux résultats ont été structurés en trois différents articles de thèse. Le premier article porte sur la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique et démontre que le consensus entre les acteurs de cette chaîne pour déterminer la meilleure stratégie technologique pour identifier et suivre les médicaments et, ainsi, éviter la contrefaçon est loin d'être atteint. RFID est considérée comme une technologie supérieure aux codes-barres sur le plan logistique. Cependant, la popularité de l'ancienne technologie et les problèmes techniques associés à la nouvelle technologie s'avèrent être les principaux obstacles pour son adoption. Les solutions hybrides combinant les codes-barres et le RFID présentent aussi des avantages importants pour la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Le deuxième article est centré sur les processus de la fonction logistique de la pharmacie hospitalière et démontre l'importance d'analyser les niveaux d'emballage des médicaments et les inefficiences des processus logistiques afin de déterminer la solution la plus adéquate pour l'identification et le suivi des médicaments. Une configuration hydride combinant la technologie RFID pour identifier les boîtes et les cassettes des médicaments et les codes-barres pour identifier les emballages primaires semble être la configuration qui répond le mieux aux caractéristiques organisationnelles et aux exigences du secteur de la santé. Cette solution hybride pointe vers une coexistence entre les codes-barres et la technologie RFID comme stratégie privilégiée pour les systèmes d'identification et de suivi des médicaments. De plus, cet article analyse les impacts (réels ou perçus) de cette coexistence, tels que les bénéfices relatifs à la gestion des médicaments, les enjeux d'implantation et le développement de nouvelles relations inter-organisationnelles entre les acteurs  de la chaîne de valeur de médicaments. Le troisième article analyse quatre chemins d'adoption pour améliorer les processus de médication dans un service d'urgence, soit l'adoption des barres-codes seulement, l'adoption de RFID seulement, la migration des barres-codes vers RFID et l'adoption simultanée des barres-codes et de RFID. En tenant compte des caractéristiques des processus de médicaments, des avantages relatifs des deux porteurs données, des caractéristiques organisationnelles, de l'influence des acteurs externes et des impacts perçus ou réels, la coexistence entre les codes-barres et la technologie RFID s'avère la solution la plus efficace et la plus compatible. Cette thèse de doctorat présente plusieurs contributions.  Sur le plan théorique, les contributions principales portent sur  l'étude de l'ère de fermentation et sur l'émergence de standards technologiques, et plus particulièrement sur le modèle de la coexistence de deux technologies rivales. Nos résultats supportent le modèle de Tushman et Anderson sur le  cycle évolutif des technologies et confirme la présence de l'ère de fermentation entre les codes-barres et le RFID.  Les résultats obtenus suggèrent que de multiples configurations technologiques peuvent coexister. La coexistence peut se réaliser selon trois modèles, un modèle de convergence, un modèle de migration (des barres-codes vers RFID) et un modèle hybride capitalisant sur les avantages respectifs des deux porteurs de données. Sur le plan méthodologique, les contributions correspondent à l'originalité de la stratégie de recherche déployée permettant de capter la complexité de la problématique dans un seul système de recherche. La démarche méthodologique empruntée préconise en effet l'étude de plusieurs cas multiples et le recours à différentes méthodes de collectes de données à la fois qualitatives et quantitatives. Sur le plan pratique, les résultats obtenus à partir de cette thèse peuvent être utilisés par les décideurs publics, les gestionnaires, les développeurs de solutions technologiques pour résoudre les enjeux liés à l'utilisation des médicaments. Cette thèse présente des cartographies détaillées  de différents processus relatifs à la gestion des médicaments. Cet outil peut être pris comme référence pour élaborer leurs plans d'action et améliorer les processus actuels. L'analyse des mérites relatifs à chaque configuration technologique peut être utilisée pour diminuer l'incertitude technologique expérimentée par les acteurs du secteur de la santé. Mots clés : Évolution technologique, codes-barres, RFID, gestion des médicaments, circuit hospitalier et chaîne d'approvisionnement pharmaceutique.  ABSTRACT: The main objective of this thesis by articles is to gain a better understanding of the technological progress, the competition between two technological regimes and the emergence of a dominant design in the specific context of the healthcare sector. This thesis focuses on the technological strategies to improve medicines management. Such a focus is motivated by different reasons. First, medicines management requires specialized medical and non-medical personnel, sophisticated technologies as well as safety and quality procedures, triggering major expenditures for the healthcare system. In Canada, 32 billion dollars have been allocated for the procurement and management of medicines in 2011, representing the second largest expense for the Canadian healthcare system. Second, medication errors are the eighth leading cause of death worldwide and generate substantial costs. For instance, these errors cost annually more than 2 billion dollars for the U.S. healthcare sector. Third, counterfeit medicines represent a serious public health challenge as they account almost 10% of the worldwide pharmaceutical market and represent in  2010 nearly $75 billion, a 92% increase over 2005. Finally, a significant portion of medical wastes, for instance approximately 15% of hospital wastes, comes from discarded medicines and their disposal may not be adequately addressed. Track and trace systems, or traceability systems, are considered as the preferred technological strategy to improve the medicines management and counteract the problems and issues mentioned above. However the choice of the data carrier that enables the tracking and tracing of medicines is not clear yet as a competition between two technologies can be observed, namely between the mature and well-established barcodes (the old technological system) and the emerging and disruptive Radio Frequency Identification or RFID (the new technological regime). The transition from one technological regime to the other is described as chaotic, is characterized by high levels of uncertainty and corresponds to an era of ferment or "interregnum." However, this era of fermentation that gives rise to the dominant design remains largely unexplored in the literature. The thesis therefore attempts to explore the era of fermentation. More specifically, this thesis has three general objectives. The first objective is to analyze the technological strategies and the dynamics observed during the era of ferment or "interregnum" between barcodes and RFID as the data carrier for tracking and tracing medicines. Which technological platforms are developed to improve medicines management throughout the pharmaceutical supply chain and the hospital processes? What are the relative merits of these two data carriers? What will be the dominant design for tracking and tracing medicines? How does technological progress evolve? The second objective attempts to assess the relative importance of several factors, namely the technological, organizational, inter-organizational and environment related factors that extend or shorten the era of ferment or "interregnum" between barcodes and RFID as the data carrier for tracking and tracing medicines. Which factors contribute to the end of the era of ferment and to the emergence of the dominant design? Which factors prolong the era of fermentation and slow down the emergence of the dominant design? The third objective corresponds to the evaluation of the main impacts (perceived or real) generated by the adoption of barcodes and RFID technology as the data carrier for tracking and tracing medicines. What are these impacts? Do these impacts differ between the actors of the healthcare sector? Do these impacts prolong the era of ferment and slow down the emergence of the dominant design? This thesis presents a field study that assesses the technological solution for tracking and tracing medicines at two levels, at the pharmaceutical supply chain level and within the hospitals. The latter includes the logistics activities of the hospital pharmacy and the medication processes. A total of 132 organizations and 178 individuals have participated to this exploratory research. Empirical evidence is based on quantitative and qualitative data and relied on multiple data collection methods such as document analysis, observations, process model and simulation, semi-structured interviews, focus groups and survey. The main findings are discussed in three articles. The first article analyses the technological anti-counterfeiting strategies as they are envisioned in Europe and North America and evaluates their respective potential in improving the integrity of the pharmaceutical supply chains. It shows that the consensus among the pharmaceutical actors to determine the best technological strategy for tracking and tracing medicines is far from being reached. Although RFID technology holds a strong potential to improve logistics, the popularity of the barcodes (old technology) and the technical problems associated with the new technology proved to be the main obstacles for the RFID adoption. Hybrid solutions combining barcodes and RFID entail significant advantages for improving medicines management. The second article focuses on the processes of the logistics function of the hospital pharmacy and demonstrates the importance of analyzing the levels of drug packaging and inefficiencies of logistics processes to determine the most appropriate solution for tracing and tracking medicines. The hybrid configuration, combining RFID technology for tracking cases, bundles and bins, and barcodes for identifying primary packages, seems to be, taking into account the contextual constraints, the most promising solution. This hybrid solution points to a coexistence between the barcode and RFID technology as a preferred strategy for automatic identification and tracking of medicines. Moreover, this paper analyzes the impacts (real or perceived) of this coexistence, such as the benefits for medication management, the implementation issues and the development of new inter-organizational relationships between the actors in the value chain drug. The third article explores four different adoption paths for improving the medication process of an emergency department, namely full barcode implementation, full RFID implementation, migration and hybridization. Taking into account the characteristics of the medication processes, the relative merits of the two data carriers, the characteristics of healthcare organizations, and the perceived or real impacts, the coexistence of barcode and RFID technology seems to be the most effective and most compatible adoption path. This thesis makes several contributions. At the theoretical level, it improves our collective understanding of the era of ferment in general and the coexistence of two competing technologies in particular. Our results support to some extent the previous work on technological progress as proposed by Tushman and Anderson and confirm the presence of an era of ferment between barcodes and RFID. However, our research suggests that a dominant design may not be reached and, consequently, multiple technological configurations could coexist. Coexistence between RFID and barcode can lead to three models, a convergence model, a migration model (from barcodes to RFID) and a hybrid model that capitalizes on the advantages of both data carriers. Another contribution arises from the research design that could be termed as original. Indeed, it attempts to capture the complexity of the problem in one single research relying on both qualitative and quantitative data and on multiple data collection methods. As for practical contributions, results may be useful to policy makers, managers and technological developers for counteracting the issues and problems related to the medicine management. The detailed process maps presented in this document may be used as a reference for assessing existing processes and for elaborating action plans.  Finally, our research assesses the relative merits of the different technological configurations. This analysis can be used to reduce some of the technological uncertainty experienced by the healthcare sector. Key words: Technological progress, barcodes, RFID, medicines management, hospital medicines processes and pharmaceutical supply chain.


identifier: Lapointe, J. (2012). Fabrication et caractérisation d'hydrogels thermosensibles pour des applications de livraison ciblée de médicament et d'embolisation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le présent mémoire de maîtrise porte sur l'utilisation d'un matériau thermosensible chargé de nanoparticules magnétiques comme vecteur de livraison ciblée de médicament. Ce projet s'inscrit dans le cadre du projet MR-Sub (Magnetic Resonance Submarine) du laboratoire de Nanorobotique qui consiste à guider des instruments médicaux ferromagnétiques à l'intérieur du réseau vasculaire, à l'aide des forces produites par les gradients magnétiques d'un système d'imagerie à résonance magnétique clinique pour le ciblage de tumeurs. Plusieurs matériaux thermosensibles sont envisagés, et les hydrogels de poly(Nisopropylacrylamide) sont retenus en raison du changement de volume discontinu se produisant autour d'une température de transition ainsi que de la possibilité de les charger de nanoparticules ferromagnétiques. La température à laquelle cette transition s'opère est d'environ 34°C, et peut être ajustée par la copolymérisation du N-isopropylacrylamide avec un monomère hydrophile : on obtient une température de transition de 42°C pour une concentration d'acide acrylique de 5%. L'utilisation de ce type d'hydrogel chargé de nanoparticules superparamagnétiques permettra non seulement le guidage et la localisation du dispositif, mais également l'activation de la libération d'un agent thérapeutique préalablement encapsulé dans la structure de l'hydrogel, par l'application d'un champ magnétique alternatif. Les particules sont synthétisées à l'aide d'un réseau interpénétré d'alginate et d'un champ électrostatique, et permet d'obtenir des diamètres de particules reproductibles et modulables dans un intervalle de 90 μm à 2 mm. Les hydrogels synthétisés sous forme de particules mettent environ 15 minutes à se stabiliser, lorsque la température est élevée au dessus de la température de transition, ce qui est acceptable pour une application clinique. Enfin, des nanoparticules de Fe3O4 sont encapsulées dans les hydrogels, et l'application d'un champ magnétique alternatif sur ces particules a permis de mettre en évidence l'augmentation de la température causée par leur présence.  ABSTRACT: This thesis explores the possibility of using ferromagnetic particles embedded in a thermosensitive material as a vector for targeted drug delivery. This project is part of the MR-sub (Magnetic Resonance Submarine) platform developed by the Nanorobotics Lab, aiming to use a modified clinical MRI scanner to steer and propel ferromagnetic medical devices inside the vascular network for the targeting of tumors. Several thermosensitive materials are evaluated, and poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels are selected, because of their ability to change volume around a given transition temperature and the possibility to use them as carriers for ferromagnetic particles. This transition temperature is about 34°C, and may be adjusted by copolymerization of N-isopropylacrylamide with an hydrophilic monomer. We are able to reach a transition temperature of 42°C for a 5% acrylic acid concentration. Using this superparamagnetic nan particles-loaded kind of hydrogel allows both propulsion and tracking of the device as well as the remote-controlled liberation of a therapeutic agent, triggered by application of an alternative magnetic field. Hydrogel particles are synthetized using an alginate interpenetrated network and an electrostatic field. This technique allows to reproductibly produce particles with a flexible diameter from 90 μm to 2 mm. Such hydrogel particles take about 15 minutes to stabilize, when their transition temperature is reached, which is acceptable for clinical use.


identifier: Ben Yahia, I. (2012). Identification statistique de variables importantes pour l'optimisation de boîtes noires  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nombreux problèmes industiels possèdent des propriétés particulières nécessitant le recours aux méthodes d'optimisation sans dérivées qui ont connu un accroissement d'intérêt au cours des dernières années. C'est notamment le cas lorsque les fonctions et les contraintes définissant le problème d'optimisation sont non linéaires, non différentiables, bruitées ou non définies pour certains points du domaine. Les méthodes de recherche directes tel que GPS et MADS sont des méthodes sans dérivées qui s'intéressent à résoudre, sous contraintes, des problèmes d'optimisation de boîtes noires à simple objectif ou biobjectif, où les fonctions correspondent le plus souvent au résultat d'un code informatique. Les sorties des boîtes noires sont parfois très coûteuses à évaluer et peuvent échouer à retourner une valeur pour des raisons inconnues. C'est la principale motivation qui nous incite à restreindre le nombre d'appels à la boîte noire en utilisant une stratégie de fixation de variables qui nous ramènera à optimiser dans des sous-espaces. Nous proposons une méthode qu'on appellera STATS-MADS fondée sur l'analyse de sensibilité afin de classer les variables d'entrée selon leur impact sur la sortie. L'optimisation se fera en alternance entre l'espace des variables d'entrée et les sous-espaces obtenus en fixant les variables jugées moins influentes. La même technique est utilisée pour s'attaquer aux problèmes de grande dimension qui constituent une des limites des méthodes sans d´erivées. Nous utilisons la plus réecente version (3:5:2) du logiciel NOMAD qui est une implémentation en C++ des algorithmes MADS, principalement l'instanciation ORTHOMADS. À la lumière des problèmes tests ayant jusqu'à 500 variables, nous comparons les résultats de notre méthode avec MADS et GPS afin de pouvoir conclure à son efficacité.  ABSTRACT: Many industial problems have particular features requiring the recourse to derivativefree optimization methods which have shown increasing interest in recent years. This is particularly the case when the functions and the constraints defining the optimization problem are nonlinear, nondifferentiable, noisy or not defined for some points of the domain. Direct search methods such as GPS and MADS are derivative-free methods interested in solving, under constraints, simple or biojectif blackbox problems where functions are usually the result of a computer code. The outputs of blackboxes may be very costly to evaluate and may fail to return a value for unknown reasons. This is the main motivation that drives us to reduce the number of calls to the blackbox by using a strategy of setting variables leading to optimize in subspaces. We propose a method which will be called STATS-MADS based on sensitivity analyses to rank the input variables according to their impact on the output. The optimization occurs by alternating between the whole space of input variables and the subspaces obtained by setting the less important variables. The same technique is used to tackle large-sized problems which is one of the limitations of derivative-free methods. We use the most recent version (3:5:2) of the software NOMAD which is a C ++ implementation of MADS algorithms, mainly the instance ORTHOMADS. We compare the results of our method with MADS and GPS in order to conclude its effectiveness, based on test problems with up to 500 variables.


identifier: Mazhorova, A. (2012). Fabrication and Characterization of Fiber Optical Components for Application in Guiding, Sensing and Molding of THz and Mid-IR Radiation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le domaine du térahertz (THz) se réfère aux ondes électromagnétiques dont les fréquences sont comprises entre 0.1 et 10 THz, ou encore pour des longueurs d'onde entre 3 mm et 30 μm. Ce type de radiation, qui se situe entre les ondes radios et la lumière infrarouge, possède des propriétés uniques. Les ondes térahertz peuvent passer à travers diverses substances amorphes, plusieurs matériaux synthétiques et des textiles, mais aussi des diélectriques non polaires tels des matériaux à base de pâtes et papiers, qui sont aussi partiellement transparents aux ondes térahertz. Plusieurs biomolécules, protéines, explosifs ou narcotiques, possèdent aussi des lignes d'absorption caractéristiques (entre 0.1 and 2 THz) tels des « codes barres » permettant de les identifier. Il y a deux avantages principaux à l'utilisation des ondes THz: d'une part elles peuvent pénétrer des matériaux normalement opaques à d'autres fréquences, et d'autre part, et elles permettent une haute sélectivité chimique. Par ailleurs, les ondes THz possèdent une basse énergie (1 THz = 4.1 meV), soit un million de fois plus faible que les rayons X, et ne causent pas d'effets photo-ionisant néfastes aux tissus biologiques. Ceci offre un avantage majeur autant pour l'imagerie de tissus biologiques que dans un contexte médical opérationnel, pour lesquels diverses substances doivent être exposées à la radiation THz. Dans le cadre de cette thèse, j'ai travaillé sur trois sujets de recherche principaux. Le premier sujet concerne le développement de nouvelles méthodes de fabrication et de caractérisation térahertz de couches minces composites contenant une matrice de microfils alignés en métal (alliage d'étain) ou en verres semi-conducteurs de chalcogénures (As2Se3). Les matrices de microfils sont fabriquées par la technique d'empilement-et-étirage de fibres employant de multiples étapes de co-étirage de métaux et verres semi-conducteurs à basse température de fusion, avec les polymères. Les fibres sont ensuite empilées et comprimées ensembles pour former des couches minces en composites (i.e. couches de métamatériaux). La transmission optique à travers ces couches minces de métamatériaux a été effectuée sur toute la plage des térahertz (0.120 THz) en combinant les mesures d'un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ainsi qu'un spectromètre térahertz résolu dans le temps (THz-TDS). Les couches de métamatériaux comportant des microfils de métal démontrent de fortes propriétés polarisantes, alors que ceux contenant des microfils semi-conducteurs permettent un large contrôle de l'indice de réfraction tout en étant insensibles à la polarisation incidente. Grâce  ABSTRACT: The terahertz (THz) range refers to electromagnetic waves with frequencies between 100 GHz and 10 THz, or wavelengths between 3 mm and 30 μm. Light between radio waves and infrared has some unique properties. Terahertz waves pass through a variety of amorphous substances, many synthetics and textiles, but also nonpolar dielectric materials, like paper-based materials and cardboard, are transparent to the terahertz waves. Many biomolecules, proteins, explosives or narcotics also have unique characteristic absorption lines, so-called spectral “fingerprints”, at frequencies between 0.1 and 2 THz. There are two main advantages of the terahertz radiation: penetration of conventionally opaque materials on the one hand, and their non-ionising nature on the other hand. Particularly, THz waves have low photon energies (1 THz = 4.1 meV), one million times weaker than X-rays, and will not cause harmful photoionization in biological tissues. This has advantages both for imaging biological materials and in operational contexts where different objects have to be exposed to THz radiation. Within the scope of this work I would like to address three main research topics. In Chapter 2, I describe fabrication method and THz characterization of composite films containing either aligned metallic (tin alloy) microwires or chalcogenide As2Se3 microwires. The microwire arrays are made by stack-and-draw fiber fabrication technique using multi-step co-drawing of low-melting-temperature metals or semiconductor glasses together with polymers. Fibers are then stacked together and pressed into composite films. Transmission through metamaterial films is studied in the whole THz range (0.120 THz) using a combination of FTIR and TDS. Metal containing metamaterials are found to have strong polarizing properties, while semiconductor containing materials are polarization independent and could have a designable high refractive index. Using the transfer matrix theory, it was shown how to retrieve the complex polarization dependent refractive index of the composite films. We then detail the selfconsistent algorithm for retrieving the optical properties of the metal alloy used in the fabrication of the metamaterial layers by using an effective medium approximation. Finally, we study challenges in fabrication of metamaterials with sub-micrometer metallic wires by repeated stack-and-draw process by comparing samples made using 2, 3 and 4 consecutive drawings. When using metallic alloys we observe phase separation effects and nano-grids formation on small metallic wires.


identifier: Rouzmeh, S. (2012). Improvement deburring consistency of fuel nozzle parts  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de cette étude est d'améliorer la qualité produite par l'ébavurage des pièces de tourbillon d'air. Ces pièces de haute précision sont habituellement ébavurées de façon manuelle par un humain. Comme première étape vers l'amélioration de ces ébavurages, l'analyse des causes fondamentales a été réalisée. Puis les conditions actuelles des pièces ont été étudiées par des expériences utilisant la méthode de Taguchi. L'analyse de la variance a été menée sur les données recueillies pour illustrer la significativité des facteurs des plans d'expériences et de leur contribution. La formation de bavures sur les pièces a été étudiée, trois régions principales ont été analysées. Le modèle cyclique de formation de bavures a été observé à l'état d'équilibre de la formation de bavures. L'amélioration du profil de bavure a été réalisée suivant deux méthodes : 1) le liquide de refroidissement à travers les trous d'huile du foret et 2) en position verticale du perçage. Le procédé d'ébavurage avec des abrasifs magnétiques a été évalué comme une alternative possible pour l'ébavurage manuel. Les échantillons ont été traités sous deux conditions : 1) pas de préparation en sortie de trou après perçage et 2) sortie de trou préparée. Les échantillons dont leurs arrêtes (sorties de trou) ont été préparées, ont montré une amélioration significative en terme de régularité.  ABSTRACT: This study is about improving the deburring consistency of air-swirlers. The parts are high precision critical components of hot section of aircraft engine, which have key role in stabilizing the combustion flames via providing turbulent air-fuel mixture for the combustion chamber. The product needs to meet high standards including edge quality and surface finish. These small in process parts are deburred manually due to their size, complex geometry, restricted access and adjacent critical surfaces to the edges. The title of the research was selected through investigations, cost estimation and prioritization of deburring issues within Pratt and Whitney Canada. In order to tackle the issue, a comprehensive study was conducted on state of the parts. The investigation aimed to lay a basis of comparison to evaluate the further improvement approaches. The parts were investigated through experiments, designed based on Taguchi method. For designing the experiments, root cause and fault tree analysis was performed first. Then the preliminary experiments were employed to define the level of affecting parameters. The designed experiments were conducted on four different in process parts. The data was analyzed using STATISTICA software. Based on the results, the areas, which required further investigation, were identified and feasible improvement strategies were proposed. The complementary experiments comprise two main topics: burr control and alternative deburring process. In order to improve the burr characteristics of the parts, burr formation study was conducted. The parts were assessed during various manufacturing cycles. Burr formation pattern was identified on the parts. Based on observation it was concluded that the pattern could be attributed to the temporary degradation of tool properties due to elevated temperature cutting during short time intervals. Hence, the temperature of the cutting tool was measured during production via thermal sensors. With respect to validation of hypothesis two main strategies were proposed in order to provide proper and homogenous cooling to reduce the tool temperature during the cut: Coolant thru design drill and vertical position for production. Both approaches revealed significant results. The burr height decreased and burr profile improved using both methods.


identifier: Zhao, P. (2012). Three Dimensional Inversion of Magnetic Survey Data Collected Over Kimberlite Pipes in Presence of Remanent Magnetization  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La méthode magnétique est une technique géophysique couramment utilisée pour explorer les kimberlites. L'analyse et l'interprétation des données magnétiques fournissent les informations des propriétés magnétiques et géométriques des cheminées de kimberlite détectées. Un paramètre crucial de l'interprétation magnétique des kimberlites est l'aimantation rémanente, parce que le classement des kimberlites est dominé par la rémanence. Toutefois, l'aimantation rémanente entrave l'interprétation des données magnétiques et elle détermine la quantité difficilement. La présence de l'aimantation rémanente peut poser des défis dans l'interprétation quantitative des données magnétiques quand les anomalies magnétiques sont inclinées ou déplacées latéralement par rapport à la source située sous la surface (Haney et Li, 2002). Par conséquent, l'identification des effets de rémanence et la détermination de l'aimantation rémanente sont importantes dans l'interprétation magnétique. Ce projet présente une méthode pour déterminer les propriétés magnétiques et géométriques des cheminées de kimberlite en présence d'aimantation rémanente forte. Cette méthode se compose de deux étapes. La première étape consiste à estimer l'aimantation totale et les propriétés géométriques de l'anomalie magnétique. La deuxième étape consiste à séparer l'aimantation rémanente de l'aimantation totale. Dans la première étape, le signal analytique est dérivé à partir des données magnétiques par filtrage dans le domaine de Fourier; par la suite, l'inversion paramétrique pour obtenir l'aimantation totale et les propriétés géométriques d'anomalie magnétique est réalisée. L'algorithme d'inversion est basé sur la méthode de Gauss-Newton et combine l'intensité du champ magnétique total et son signal analytique. L'inversion conjointe du champ magnétique et du signal analytique a été testée avec des données synthétiques et appliquée pour interpréter les anomalies magnétiques de kimberlites du Lac de Gras, Territoires du Nord-Ouest, au Canada.  ABSTRACT: Magnetic method is a common geophysical technique used to explore kimberlites. The analysis and interpretation of measured magnetic data provides the information of magnetic and geometric properties of potential kimberlite pipes. A crucial parameter of kimberlite magnetic interpretation is the remanent magnetization that dominates the classification of kimberlite. However, the measured magnetic data is the total field affected by the remanent magnetization and the susceptibility. The presence of remanent magnetization can pose severe challenges to the quantitative interpretation of magnetic data by skewing or laterally shifting magnetic anomalies relative to the subsurface source (Haney and Li, 2002). Therefore, identification of remanence effects and determination of remanent magnetization are important in magnetic data interpretation. This project presents a new method to determine the magnetic and geometric properties of kimberlite pipes in the presence of strong remanent magnetization. This method consists of two steps. The first step is to estimate the total magnetization and geometric properties of magnetic anomaly. The second step is to separate the remanent magnetization from the total magnetization. In the first step, a joint parametric inversion of total-field magnetic data and its analytic signal (derived from the survey data by Fourier transform method) is used. The algorithm of the joint inversion is based on the Gauss-Newton method and it is more stable and more accurate than the separate inversion method. It has been tested with synthetic data and applied to interpret the field data from the Lac de Gras, North-West Territories of Canada. The results of the synthetic examples and the field data applications show that joint inversion can recovers the total magnetization and geometric properties of magnetic anomaly with a good data fit and stable convergence.


identifier: Michaud, D. (2012). Méthodologie pour la sélection et l'étalonnage d'accélérogrammes pour l'analyse sismique non linéaire de bâtiments localisés dans l'est de l'Amérique du Nord  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une comparaison de différentes méthodes d'étalonnage et de concordance spectrale (« spectral matching ») de secousses sismiques utilisées dans la pratique pour accomplir des analyses dynamiques nonlinéaires. Le tout est fait dans le but de déterminer (a) quelles variations de magnitudes est-ce que l'on peut obtenir d'une méthode à l'autre, (b) d'identifier les avantages et les inconvénients des diverses méthodes et (c) de recommander quelles de ces méthodes devraient être utilisées dans la pratique. Huit des méthodes sont appliquées à un groupe de 30 accélérogrammes représentant des tremblements de terre historiques tandis que deux groupes de références sont générés afin d'obtenir une base de comparaison. Ces accélérogrammes sont ensuite utilisés lors d'analyses dynamiques nonlinéaires à l'aide de structures à un degré de liberté, d'une charpente en acier de 4 étage et d'un mur de refend béton de 10 étages localisés à Montréal. Un objectif secondaire est de déterminer s'il était plus adéquat d'utiliser des groupes de 1, 3 ou 7 secousses sismiques pour caractériser la demande sismique et la dispersion des résultats des analyses dynamiques. Les deux méthodes d'étalonnages recommandées à la suite de ces analyses sont les méthodes SIa et MSE. SIa est la méthode consistant à calculer l'aire sous la courbe représentant le spectre cible ainsi que l'aire sous la courbe du spectre de réponse entre deux périodes bornes pré sélectionnées. Le facteur d'étalonnage à utiliser est celui permettant d'obtenir une aire égale sous les deux courbes. La méthode MSE est celle visant à minimiser la moyenne du carré de l'erreur entre les logarithmes naturels des ordonnées spectrales du spectre cible et du spectre de réponse. Ces méthodes présentent un écart type plus petit ainsi que des résultats réalistes et cohérents comparativement aux autres méthodes et aux groupes de référence. Un écart type faible permet de déterminer quelle méthode présente des résultats ayant une faible dispersion. Les méthodes de concordance spectrale dans le domaine des fréquences (FD) et dans le domaine du temps (TD) ne sont pas recommandées car leurs résultats présentent des écarts types significativement plus élevés que ceux générés par les méthodes MSE et SIa.  ABSTRACT: This thesis presents comparisons of different scaling and spectral matching methods for ground motions to perform nonlinear dynamic analysis. This is done to determine (a) which variation of magnitudes could be obtained from one method to the other, (b) identify the advantages and disadvantages of the different methods and (c) recommend which methods should be used to scale or modify ground motions. Eight of these methods are applied to a group of 30 historical ground motions. They are then used for nonlinear dynamic analyses on single degree of freedom structures, a 10-storey reinforced concrete shear wall and a 4-storey steel braced frame structure located in Montreal. A secondary objective is to determine if groups of 1, 3 or 7 ground motions should be used for nonlinear dynamic analyses. The scaling methods recommended after these analyses are the SIa and MSE scaling methods. The SIa method consists in measuring the area under the response spectra which means between two preselected periods as well as the area under the UHS between these same two periods. The scaling factor is computed to have these areas equal to each other. The MSE method aims at minimising the mean square error between the UHS and the response spectra. These methods show more realistic structural responses with all the structures as well as a low standard deviation. The frequency domain (FD) and time domain (TD) spectral matching methods return standard deviations significantly higher than the ones obtained with the MSE and SIa methods thus they are not recommended for practical use in nonlinear analysis. To select the appropriate number of accelerograms required for adequate dynamic analysis, results from groups of 1, 3 and 7 ground motions have been compared. It is concluded that, in general, a group of 7 ground motions allows lower seismic forces because this group is allowed to use the average structural response. In some situations, a group of 3 ground motions can return not conservative structural response as well as, in other cases, too conservative structural response. Groups of 1 accelerogram are not recommended because, even with spectral matching methods (FD and TD), the standard deviation is too high to obtain representative results.


identifier: Khalfi, B. (2012). Modélisation analytique pour l'étude du comportement vibratoire en régime transitoire d'une plaque avec tampon amortissant contraint  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse a pour objectif de développer un modèle analytique permettant l'étude d'un sandwich viscoélastique sous l'effet d'un impact. Le sandwich étudié est constitué d'une plaque rectangulaire avec un tampon amortissant viscoélastique partiel (ensemble d'une plaque rigide et une couche viscoélastique). Cette étude englobe la qualification vibratoire du sandwich (fréquences et modes propres), la performance d'amortissement (le coefficient de perte), la caractérisation du bruit généré et la propagation des ondes dans la plaque. Le modèle offre la flexibilité de faire varier les caractéristiques géométriques et physiques des différentes couches et d'en étudier l'influence sur les grandeurs susmentionnées.  Le modèle est basé sur l'application des équations de Lagrange, qui permettent d'obtenir l'équation du mouvement. Le module de cisaillement de la couche viscoélastique est fonction de la fréquence; il est représenté par une série de Prony. La force d'impact est représentée par la relation théorique de Heitkämper. Deux méthodes de résolution ont été adoptées pour obtenir le déplacement transitoire transversal du sandwich viscoélastique en fonction du temps. La première méthode consiste à résoudre l'équation du mouvement dans le domaine fréquentiel en la transformant à l'aide de la transformée rapide de Fourier, pour ensuite utiliser la transformée inverse rapide de Fourier afin d'obtenir le déplacement dans le domaine temporel. La seconde méthode consiste à résoudre l'équation directement dans le domaine temporel avec la méthode itérative de Newmark & Wilson. Une fois le déplacement obtenu, la pression acoustique est calculée avec l'intégrale de Rayleigh.  Le modèle est validé à différentes étapes. Deux validations avec la littérature sont réalisées en régime permanent avec les fréquences propres et les facteurs de pertes ; la première pour une couverture totale alors que la seconde avec une couverture partielle. D'autre part, un montage expérimental a été réalisé afin d'enregistrer le déplacement transversal instantané d'un point du sandwich sous l'effet d'un impact : les courbes mesurées ont été comparées à celle fournie par le modèle en régime transitoire, une bonne précision est obtenue dans les deux cas. En régime permanent la précision est de l'ordre de 0.3% sur les fréquences naturelles et 1% sur les facteurs de perte, en régime transitoire, le modèle à pu suivre le mouvement instantané du sandwich avec une différence mineure avec le résultat expérimental.  ABSTRACT: This thesis aims at developing an analytical model for the study of a viscoelastic sandwich under the effect of an impact. The sandwich consists of a rectangular plate with a PCLD (Partial Constrained Layer Damping). This study includes the characterization of the vibration behaviour of the sandwich (frequencies and mode shapes), the damping performance (loss factors), and the characterization of radiated noise and wave propagation in the plate. The model provides the flexibility to vary the geometric and physical characteristics of the different layers and to study theirs influences on the aforementioned values.  The model is based on the application of Lagrange's equations, which yield the equation of motion. The shear modulus of the viscoelastic layer is a function of frequency, and is represented by Prony series. The impact is represented by Heitkämper's theoretical relation. Two methods of resolution were adopted for the transverse displacement of the viscoelastic sandwich. In the first method, the equation of motion is converted into the frequency domain using Fast Fourier Transform (FFT). Once solved, the transverse displacement obtained in the frequency domain is converted to the time domain with the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). The second method consists of solving the equation directly in the time domain with the Newmark and Wilson iterative method. Once the displacement is obtained, the acoustic pressure is calculated with Rayleigh's integral.  The model is validated at different stages. The first validation is performed in harmonic response by comparing natural frequencies and loss factors with literature, both for full coverage and partial coverage. Moreover, an experimental setup was made to measure the transverse displacement of the sandwich due to an impact : these results were used for the second validation in transient response. In both cases, good accuracy is obtained. In harmonic response, the accuracy is around 0.3% on natural frequencies and 0.2% on loss factors. In transient response, the simulations provided the instantaneous motion of the sandwich with a minor difference with experimental results.


identifier: Adouki, P. (2012). Neutronics-Thermalhydraulics Coupling in a CANDU SCWR  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le but de ce travail est de déterminer la distribution de puissance et les paramètres thermohydrauliques pour un réacteur CANDU SCWR, par un couplage neutronique-thermohydraulique. La distribution de puissance obtenue a un facteur de puissance de 1.4. Chaque canal a un maximum de puissance à la troisième grappe (à partir de l'entrée du canal), et cette valeur maximale augmente avec la puissance du canal. Le coefficient de transfère thermique et la chaleure spécifique atteingnent leur valeur maximale à la même position dans un canal, et cette position se déplace vers l'entrée du canal en raison d'une augmentation de puissance de canal. La température de sortie du caloporteur augmente avec la puissance du canal, tandis que la pression et la densité de sortie diminuent avec l'augmentation de la puissance du canal. L'augmentation de la puissance du canal résulte aussi en des températures élevées pour le combustible et la gaine. Le facteur de multiplication et les paramètres thermohydrauliques oscillent autours de leurs valeurs à la convergence.  ABSTRACT: In order to implement new nuclear technologies as a solution to the growing demand for energy, 10 countries agreed on a framework for international cooperation in 2002, to form the Generation IV International Forum (GIF). The goal of the GIF is to design the next generation of nuclear reactors that would be cost effective and would enhance safety. This forum has proposed several types of Generation IV reactors including the SupercriticalWater- Cooled Reactor (SCWR). The SCWR comes in two main configurations: pressure vessel SCWR and pressure tube SCWR (PT-SCWR). In this study, the CANDU SCWR (a PTSCWR) is considered. This reactor is oriented vertically and contains 336 channels with a length of 5 m. The target coolant inlet and outlet temperatures are 350 Celsius and 625 Celsius, respectively. The coolant flows downwards, and the reactor power is 2540 MWth. Various fuel designs have been considered in order not to exceed the linear element rating. However, the dependency between the core power and thermalhydraulics parameters results in the necessity to use a neutronics/thermalhydaulics coupling scheme to determine the core power and the thermalhydraulics parameters. The core power obtained has a power peaking factor of 1.4. The bundle power distribution for all channels has a peak at the third bundle from the inlet, but the value of this peak increases with the channel power. The heat-transfer coefficient and the specific-heat capacity have a peak at the same location in a channel, and this location shifts toward the inlet as the channel power increases. The exit coolant temperature increases with the channel power, while the exit coolant density and pressure decrease with the channel power. Also, higher channel powers lead to higher fuel and cladding temperatures. Moreover, as the coupling method is applied, the effective multiplication factor and the values of thermalhydaulics parameters oscillate as they converge.


identifier: Raouafi, H. (2012). Étude numérique de l'autoprotection spatiale dans des échantillons fortement absorbants irradiés dans le réacteur SLOWPOKE  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réacteur SLOWPOKE-2 de l'Ecole Polytechnique de Montréal est utilisé pour effectuer des analyses chimiques d'échantillons en utilisant la technique d'analyse par activation neutronique (AAN). Cette technique fonctionne très bien si l'échantillon à analyser absorbe peu les neutrons. Cependant, dans le cas où l'échantillon contient une grande quantité d'un isotope qui capture fortement les neutrons, sa présence perturbera la distribution de flux dans l'échantillon et faussera les résultats d'analyse. Ce phénomène naturel appelé autoprotection spatiale est très difficile à modéliser numériquement, à cause de la taille des échantillons, en utilisant des codes tels SERPENT (code Monte Carlo) et DRAGON (code d´eterministe). Ce projet consiste à proposer des modèles simplifiés du réacteur qui pourront être utilisés afin simuler numériquement de fac¸on efficace et précise de tels effets d'autoprotection spatiale.  ABSTRACT: The SLOWPOKE reactor at École Polytechnique de Montréal is used to perform chemical analysis for samples using neutron activation analysis (NAA). This technique works correctly when the sample to analyze is a weak neutron absorber. However, when a sample contains a large amount of isotopes that are strong neutron absorbers, the analysis result will be wrong because the presence of this type of isotopes changes the flux distribution in the sample. This natural effect, known as spatial self-shielding, is difficult to model using codes like SERPENT (Monte Carlo code) and DRAGON (deterministic code) because of the small size of the samples. The aim of this project is to propose simplifying models that can be used in simulation codes to evaluate in an accurate and efficient way the spatial neutron self-shielding effect.


identifier: Ouellette, S. (2012). Partage d'infrastructures et convergence fixe/mobile dans les réseaux 3GPP de prochaine génération  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le déploiement de la technologie cellulaire de quatrième génération a débuté par quelques projets pilotes, notamment en Suède et en Norvège, dans la première moitié de 2010. Ces réseaux offrent dans un premier temps l'accès à Internet uniquement et comptent sur les réseaux de deuxième et troisième génération existants pour le support de la téléphonie et de la messagerie texte. Ce ne sera donc qu'avec l'avènement du IP Multimedia Subsystem (IMS) que tous les services seront supportés par la nouvelle architecture basée entièrement sur IP. Les réseaux mobiles de quatrième génération promettent aux usagers des taux de transfert au-delà de 100 Mbits/s en amont, lorsque l'usager est immobile, et le support de la qualité de service  permettant d'offrir des garanties de débit, délai maximum, gigue maximale et d'un taux de perte de paquets borné supérieurement. Ces réseaux supporteront efficacement les applications utilisant la géolocalisation afin d'améliorer l'expérience de l'usager. Les terminaux d'aujourd'hui offrent un éventail de technologies radio. En effet, en plus du modem cellulaire, les terminaux supportent souvent la technologie Bluetooth qui est utilisée pour connecter entre autres les dispositifs mains-libres et les écouteurs. De plus, la majorité des téléphones cellulaires sont dotés d'un accès WiFi permettant à l'usager de transférer de grands volumes de données sans engorger le réseau cellulaire. Toutefois, cet accès n'est souvent réservé qu'au réseau résidentiel de l'usager ou à celui de son lieu de travail. Enfin, une relève verticale est presque toujours manuelle et entraîne pour le mobile un changement d'adresse IP, ce qui ultimement a pour conséquence une déconnexion des sessions en cours. Depuis quelques années, une tendance se profile au sein de l'industrie qui est connue sous de nom de convergence des réseaux fixes et mobiles.  Cette tendance vise à plus ou moins long terme d'offrir l'accès Internet et la téléphonie à partir d'un seul terminal pouvant se connecter à un réseau d'accès local ou au réseau cellulaire. à ce jour, très peu d'opérateurs (e.g., NTT Docomo) offrent des terminaux ayant la possibilité de changer de point d'accès. Toutefois, le point d'accès doit appartenir à l'usager ou se situe à son lieu de travail. Par ailleurs, on remarque un mouvement de convergence selon lequel différents réseaux utilisés pour les services d'urgence (tels que la police, les pompiers et ambulanciers) sont progressivement migrés (en raison de leurs coûts prohibitifs) vers un seul réseau offrant un très haut niveau de redondance et de fiabilité. Les services d'urgence démontrent des besoins en QoS similaires à ceux des particuliers sauf qu'ils nécessitent un accès prioritaire, ce qui peut entraîner la déconnexion d'un usager non-prioritaire lors d'une situation de congestion. En plus des services publics qui tentent de réduire leurs coûts d'exploitation en partageant l'accès aux réseaux commerciaux de communications, les opérateurs de ces réseaux sont aussi entrés dans une phase de réduction de coûts. Cette situation résulte du haut niveau de maturité maintenant atteint par l'industrie des communications mobiles. Par exemple, l'image de marque ou la couverture offerte par chacun d'eux ne constituent plus en soi un argument de vente suffisant pour attirer une nouvelle clientèle. Ceux-ci doivent donc se distinguer par une offre de services supérieure à celle de leur compétition. Les opérateurs ont donc entrepris de sous-traiter des opérations non-critiques de leur entreprise afin de se concentrer sur l'aspect le plus profitable de cette dernière. Parallèlement à cette tendance, les opérateurs ont commencé à partager une portion de plus en plus importante de leurs infrastructures physiques avec leurs compétiteurs. Dans un premier temps, le partage s'est limité aux sites des stations de base et aux mâts qui supportent les antennes. Puis vint le partage des abris pour réduire les coûts de climatisation et d'hébergement des équipements. Ensuite, les opérateurs se mirent à partager les équipements radio, chacun contrôlant toutefois ses propres bandes de fréquences. . . Le partage des infrastructures physiques au-delà du premier nœud du réseau cœur n'est pas actuellement supporté en standardisation. Les propositions existantes d'architectures de réseaux de prochaine génération  ont toutes comme point en commun d'être basées sur un réseau cœur tout-IP, d'offrir une QoS aux applications et une performance de l'ordre de 100 Mbits/s. De plus, ces dernières proposent des mécanismes de gestion des politiques  qui définissent l'utilisation des services offerts aux abonnés ainsi que la façon de comptabiliser l'usage des ressources du réseau. On dénombre trois grandes catégories de politiques : celles se rattachant à l'usager (e.g., les abonnements or/argent/bronze, accès facturé vs. prépayé), celles qui dépendent du service demandé (e.g., pour un service donné, la bande passante maximale, la classe de service et la priorité d'allocation et de rétention des ressources) et enfin les politiques relatives à l'état du réseau (e.g., niveau de congestion, répartition des agrégats de trafic, etc). Dans un premier article dont le titre est « A Potential Evolution of the Policy and Charging Control/QoS Architecture for the 3GPP IETF-based Evolved Packet Core », les aspects de FMC ainsi que du partage du réseau cœur sont traités conjointement puisqu'il faut que l'architecture PCC reflète les réalités des tendances de l'industrie décrites précédemment. Suite à la description des tendances de l'industrie furent présentés les requis d'une architecture PCC qui rendent possibles la convergence des services (capacité d'utiliser un service à partir de n'importe quel accès), le partage du réseau cœur par plusieurs opérateurs mobiles virtuels , la création de politiques propres à chaque réseau d'accès ainsi que la micro-mobilité efficace des usagers dans les scénarios d'itinérance. Dans un second temps, deux architectures de NGN furent évaluées en fonction des requis énumérés ci-dessus. Cette étude permit de déterminer qu'une solution hybride (avec les avantages de chacune mais sans leurs défauts respectifs) constituait une piste de solution prometteuse qui servit de base à notre proposition. La solution proposée atteint son but par une meilleure répartition des rôles d'affaires ainsi que par l'introduction d'une entité centrale de contrôle nommée Network Policy Function (NPF) au sein du réseau de transport IP. En effet, les rôles d'affaires définis (fournisseurs d'accès, de réseau cœur et de services) permettent la création de domaines de politiques et administratifs distincts. Ces rôles deviennent nécessaires dans les cas de partage d'infrastructures. Dans le cas contraire, ils sont compatibles avec le modèle vertical actuel d'opérateur ; ce dernier joue alors tous les rôles. Quant à l'introduction du NPF dans le réseau cœur, celui-ci permet de séparer la gestion des politiques régissant le réseau de transport IP des usagers, des services et des réseaux d'accès. De plus, il permet le partage du réseau cœur de façon à respecter les ententes de services liant ce dernier à chaque opérateur virtuel ainsi que les ententes de services liant le réseau cœur et le(s) réseau(x) d'accès. Par ailleurs, le NPF permet d'ajouter au réseau cœur des services avancés à partager entre plusieurs opérateurs. Parmi ces services, on retrouve des fonctions de transcodage audio/vidéo, des caches de fichiers (e.g., pouvant servir à la distribution de films), d'antivirus grâce à l'inspection approfondie des paquets, etc. L'avantage d'introduire ces services au niveau transport est de permettre autant aux applications IMS qu'aux autres d'en bénéficier. Le second article intitulé « A Network Policy Function Node for a Potential Evolution of the 3GPP Evolved Packet Core » constitue une extension du premier article qui décrit en détail les tendances de l'industrie, les architectures de gestion de politiques existantes et leurs caractéristiques, et enfin offrit un survol de la solution. En contre-partie, le second article aborde beaucoup plus en détail les impacts de la solution proposée sur l'architecture existante. En effet, une contribution significative de ce second article est de dresser la liste exhaustive de toutes les simplifications potentielles que permet la proposition d'architecture. La contribution majeure du second article est que la solution proposée peut être déployée immédiatement avec un minimum d'impacts. Effectivement, une petite modification à l'architecture proposée dans le premier article, au niveau des interfaces du NPF, permit cette avancée. En conséquence, cette modification réconcilie les deux variantes actuelles d'architecture basées sur les protocoles GPRS Tunneling Protocol (GTP) et Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6). Le dernier apport important du second article est la démonstration du fonctionnement interne du NPF lorsque ce dernier contrôle un réseau de transport basé sur un mécanisme de tunnels tels que Multi-Protocol Label Switching (MPLS) ou encore Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering (PBB-TE). Un processus d'ingénierie de trafic permet aux flux de trafic de contourner une zone de congestion, de mieux balancer la charge du réseau et d'assurer que les exigences en QoS sont toujours respectées. Le troisième article intitulé « A MultiAccess Resource ReSerVation Protocol (MARSVP) for the 3GPP Evolved Packet System »  traite de QoS dans les scénarios de FMC, plus particulièrement des applications qui ne sont pas supportées par le réseau. Par exemple, toutes les applications pair-à-pair qui représentent une portion infime du volume de trafic total attribué à ce type d'application ou celles qui sont naissantes et encore méconnues. Les réseaux de deuxième et troisième générations ont été conçus de telle sorte que l'usager fournit au réseau les paramètres de QoS de l'application. Toutefois, le nombre de combinaisons des paramètres de QoS était très élevé et trop complexe à gérer. Il en résulta que pour la quatrième génération il fut décidé que dorénavant ce seraient les serveurs d'applications dans le réseau qui fourniraient ces paramètres de QoS. De même, un nombre restreint de classes de services fut défini, ce qui eut pour résultat de simplifier énormément la gestion de la QoS. Lorsque sont considérés les concepts de FMC, il devient évident que le mécanisme décrit ci-dessus ne s'applique qu'aux accès 3GPP. En effet, chaque type d'accès définit ses propres mécanismes qui doivent souvent être contrôlés par le réseau et non par l'usager. De plus, certains accès ne disposent d'aucun canal de contrôle sur lequel circule les requêtes de QoS. De même, les protocoles existants de QoS sont souvent lourds et définis de bout-en-bout ; ils ne sont donc pas appropriés à l'utilisation qui est envisagée. En conséquence, la solution proposée consiste en un nouveau protocole multiaccès de réservation de ressources. MARSVP utilise le canal de données que l'on retrouve sur tous les accès et confine les échanges de messages entre l'usager et le premier nœud IP. Les besoins en QoS sont définis en fonction des QoS Class Indicators (QCIs) ce qui rend MARSVP simple à utiliser. Suite à une requête de réservation de ressources acceptée par le réseau, ce dernier configure l'accès et retourne au terminal les informations requises à l'envoi paquets (aux couches 2 et 3).  ABSTRACT: Fourth generation cellular networks trials have begun in the first half of 2010, notably in Sweden and Norway. As a first step, these networks only offer Internet access and rely on existing second and third generation networks for providing telephony and text messaging. It's only after the deployment of the IP Multimedia Subsystem (IMS) that all services shall be supported on the new all-IP architecture. Fourth generation mobile networks should enable end users to benefit from data throughputs of at least 100 Mbps on the downlink, when the user is stationary, and of Quality of Service (QoS) support that allows guarantees on throughput, maximum delay, maximum jitter and on the packet loss rate. These networks will efficiently support applications that rely on geolocation in order to improve the user's Quality of Experience (QoE). Today's terminals can communicate using several radio technologies. Indeed, in addition to the cellular modem, terminals often support the Bluetooth technology which is used for connecting handsfree devices and headsets. Moreover, most cell phones feature a Wi-Fi interface that enables users to transfer huge volumes of data without congesting the cellular network. However, Wi-Fi connectivity is often restricted to the user's home network or his workplace. Finally, a vertical handover is nearly always done manually and forces the terminal to change its IP address, which ultimately disrupts all active data sessions. A trend has emerged a few years ago among the mobile communications industry known as Fixed-Mobile Convergence (FMC). FMC is a trend aiming to provide Internet access and telephony on a single device capable of switching between local- and wide-area networks. At this time, very few operators (e.g., NTT Docomo) offer terminals capable of switching to another access automatically. However, the access point must belong to the user or be installed in his workplace. At the same time, another kind of convergence has begun in which the dedicated networks for public safety (such as police, fire prevention and ambulances) are being progressively migrated (because of their high operational costs) toward a single highly reliable and redundant network. Indeed, these services exhibit QoS requirements that are similar to residential costumers' except they need a prioritized access, and that can terminate a non-priority user's session during congestion situations. In addition to the public services that seek to reduce their operational costs by sharing commercial communications networks, the network operators have also entered a cost reduction phase. This situation is a result of the high degree of maturity that the mobile communications industry has reached. As an example, the branding or the coverage offered by each of them isn't a sufficient sales argument anymore to enroll new subscribers. Operators must now distinguish themselves from their competition with a superior service offering. Some operators have already started to outsource their less profitable business activities in order to concentrate on their key functions. As a complement to this trend, operators have begun to share an ever increasing portion of their physical infrastructures with their competitors. As a first step, infrastructure sharing was limited to the base station sites and antenna masts. Later, the shelters were shared to further reduce the cooling and hosting costs of the equipments. Then, operators started to share radio equipments but each of them operated on different frequency bands. . . Infrastructure sharing beyond the first core network node isn't actually supported in standardization. There is an additional trend into the mobile communications industry which is the specialization of the operators (i.e., the identification of target customers by the operators). As a result, these operators experience disjoint traffic peaks because their customer bases have different behaviors. The former have a strong incentive to share infrastructures because network dimensioning mostly depends on the peak demand. Consequently, sharing infrastructures increases the average traffic load without significantly increasing the peak load because the peaks occur at different times. This allows operators to boost their return on investment. Every existing Next Generation Network (NGN) architecture proposal features an all-IP core network, offers QoS to applications and a bandwidth on the downlink in the order of 100 Mbps. Moreover, these NGNs propose a number of Policy and Charging Control (PCC) mechanisms that determine how services are delivered to the subscribers and what charging method to apply. There are three main categories of policies: those that are related to the subscriber (e.g., gold/silver/bronze subscription, prepaid vs. billed access), those that apply to services (e.g., for a given service, bandwidth limitation, QoS class assignment, allocation and retention priority of resources) and finally policies that depend on the current state of the network (e.g., congestion level, traffic engineering, etc). In a first paper entitled “A Potential Evolution of the Policy and Charging Control/QoS Architecture for the 3GPP IETF-based Evolved Packet Core ”, FMC and Core Network (CN) sharing aspects are treated simultaneously because it is important that the logical PCC architecture reflects the realities of the industry trends described above. Following the description of the trends in the communications industry were presented a list of four requirements that enable for a PCC architecture: service convergence (capacity to use a service from any type of access), CN sharing that allows several Mobile Virtual Network Operators (MVNOs) to coexist, the creation of local access network policies as well as efficient micro-mobility in roaming scenarios. As a second step, two NGN architectures were evaluated upon the requirements mentioned above. This evaluation concluded that a hybrid solution (based on the key features of each architecture but without their respective drawbacks) would offer a very promising foundation for a complete solution. The proposed solution achieved its goal with a clearer separation of the business roles (e.g., access and network providers) and the introduction of a Network Policy Function (NPF) for the management of the CN. Indeed, the business roles that were defined allow the creation of distinct policy/QoS and administrative domains. The roles become mandatory in infrastructure sharing scenarios. Otherwise, they maintain the compatibility with the actual vertically-integrated operator model; the latter then plays all of the business roles. Introducing the NPF into the CN enables the CN policy management to be separated from policy management related to subscribers, services and access networks. Additionally, the NPF allows the CN to be shared by multiple Network Service Providers (NSPs) and respect the Service Level Agreements (SLAs) that link the IP Aggregation Network (IPAN) to the NSPs, as well as those that tie the IPAN to the Access Network Providers (ANPs). Another benefit of the NPF is that it can share a number of advanced functions between several NSPs. Those functions include audio/video transcoding, file caches (e.g., that can be used for multimedia content delivery), Deep Packet Inspection (DPI) antivirus, etc. The main advantage to integrate those infrastructure services at the IP transport level is to allow both IMS and non-IMS applications to benefit from them. A second paper entitled “A Network Policy Function Node for a Potential Evolution of the 3GPP Evolved Packet Core ” constitutes an extension of the first paper that extensively described the industry trends, two existing PCC architectures and their characteristics, and finally offered an overview of the proposed solution. On the other hand, the second paper thoroughly describes all of the impacts that the proposal has on the existing 3GPP PCC architecture. Indeed, a significant contribution of this second paper is that it provides an extensive list of potential simplifications that the proposed solution allows. The main contribution of the second paper is that from now on the proposed solution can be deployed over an existing PCC architecture with a minimum of impacts. Indeed, a small modification to the NPF's reference points enables this enhancement. As a consequence, this enhancement provided a solution that is compatible with both PCC architecture variants, based on either GPRS Tunneling Protocol (GTP) or Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6). A last contribution of the second paper is to demonstrate the NPF's internals when the former is controlling a an IPAN based on tunneling mechanisms such as Multi-Protocol Label Switching (MPLS) or Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering (PBB-TE). A traffic engineering process allows traffic flow aggregates to pass around a congested node, to better balance the load between the network elements and make sure that the QoS requirements are respected at all times. The third paper entitled “A MultiAccess Resource ReSerVation Protocol (MARSVP) for the 3GPP Evolved Packet System” deals with QoS provisioning in FMC scenarios, especially for applications that are not directly supported by the network. As an example, all peer-to-peer applications (such as online gaming) that represent a small fraction of the total peer-to-peer traffic or those that are new and relatively unknown. Second and third generation networks were designed such that the User Equipment (UE) would provide the network with the application's QoS parameters. However, the number of possible combinations of QoS parameters was very large and too complex to manage. As a result, for the fourth generation of networks, an application server would provide the PCC architecture with the right QoS parameters. In addition, a limited number of QoS classes were defined which in the end greatly simplified QoS management. When FMC aspects are taken into account, it becomes trivial that the above mechanism only applies to 3GPP accesses. Indeed, each access type uses its own mechanisms that must often be controlled by the network instead of the user. Moreover, some accesses don't feature a control channel on which QoS reservation requests would be carried. Also, existing QoS protocols are often too heavy to support and apply end-to-end (between the sender and the receiver); they are not adequate for the intended use. As a consequence, the proposed solution is a new multiaccess resource reservation protocol. The MultiAccess Resource ReSerVation Protocol (MARSVP) uses the data channel found on every access type and restricts the exchanges of signaling messages between the UE and the first IP hop. QoS requirements are expressed in terms of QoS Class Indicators (QCIs) which make MARSVP easy to use. Following a resource reservation that was accepted by the network, the latter configures the access point and informs the UE about the QoS informations required in order to send packets (at layers 2 and 3).


identifier: Poncelet, N. (2012). Élaboration et implémentation d'un protocole de laboratoire pour l'étude du potentiel de liquéfaction de résidus miniers  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ Dans le cadre de l'exploitation minière, différents types de rejets solides sont produits dont les parties les plus importantes se composent des roches stériles et des rejets de concentrateur (résidus miniers). Ces derniers présentent une granulométrie fine et sont entreposés dans des parcs à résidus miniers sous la forme d'une pulpe. En cas de sollicitations cycliques (telles celles engendrées lors d'un séisme), ce type de rejets est particulièrement susceptible à la liquéfaction. Dans ce cas, il peut y avoir des risques conséquents pour les éléments de retenue du parc à résidus (pouvant eux même être édifiés avec des résidus) et donc, pour l'environnement et les populations avoisinantes. Les résidus de mine en roches dures, telles que celles que l'on rencontre en Abitibi, possèdent des propriétés qui les rendent susceptibles à la liquéfaction. La saturation complète, le faible indice de densité, l'abondance des particules silteuse et l'absence de cohésion en sont les principales. En raison de la saturation et du caractère lâche et contractant de ces résidus, les sollicitations dynamiques peuvent engendrer une augmentation des pressions interstitielles conduisant à une diminution des contraintes effectives. Cette diminution des contraintes effectives peut alors conduire à la liquéfaction (associée à une baisse de rigidité et de résistance)du matériau ce qui tend à augmenter les contraintes appliquées sur les digues, ceci pouvant conduire à leur rupture. Dans le cadre de cette problématique, il est nécessaire de pouvoir déterminer le potentiel de liquéfaction des résidus à partir de différents essais. Cette recherche vise à élaborer et implémenter un protocole de laboratoire, basé sur des essais en cellule triaxiale, permettant la caractérisation du comportement des résidus sous chargement cyclique. Le protocole inclut une méthode de préparation des échantillons avec une saturation complète du matériau, tout en évitant l'application d'une contrepression qui peut avoir une influence sur la résistance cyclique des résidus. Le programme expérimental comporte un total de 8 essais quasi-statiques et 17 essais cycliques sur un sable fin en provenance des carrières Demers (Terrebonne, Québec) et sur des résidus miniers Osisko (Malartic, Abitibi, Québec).  ABSTRACT: ABASTRACT Mining and ore processing produce different types of waste with the most important being waste rock and tailings. The waste product of mineral processing, tailings, consist of very fine grained material in the form of slurry that is placed in impoundments retained by dikes or dams for indefinite storage. In the event of dynamic loading (such as that engendered by seismic activity) tailings are particularly susceptible to liquefaction. Tailings liquefaction presents risks to the retaining structures, which may actually be composed of tailings, and thus risks to the downstream population and environment. Tailings from hard rock, such as encountered in the Abitibi region of Quebec, possess numerous properties that make them susceptible to liquefaction. They tend to be fully saturated, have low density indices and composed of silt-sized particles without cohesion. Due to their saturation and tendency to contract under shear loading, dynamic loadings may result in the development of excess porewater pressures and a resulting decrease in the effective stress. This decrease in the effective stress could result in liquefaction of the material and an increase in the stresses applied to the retention structure. These additional stresses combined with the additional horizontal loading of the earthquake, have resulted in the failure of tailings impoundments. In the evaluation of the potential for liquefaction induced impoundment failure, it is necessary to determine the potential for tailings liquefaction under seismic loading. The objective of this research was the elaboration and implementation of a laboratory protocol for cyclic triaxial testing for the characterization of the dynamic behavior of tailings. The protocol includes a method of specimen preparation that permits complete saturation of the specimen without the  use of backpressure that has been shown to significantly influence dynamic behavior during laboratory testing. The experimental program consisted of 8 quasi-static triaxial and 17 cyclic triaxial tests on fine-grained sand from the Demers Quarry (Terrebonne, Quebec) and on tailings from the Canadian Malartic Mine (Abitibi, Quebec).


identifier: Baud-Lavigne, B. (2012). Conception conjointe des nomenclatures et de la chaîne logistique pour une famille de produits : outils d'optimisation et analyse  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur des méthodes d'optimisation pour la conception conjointe des nomenclatures d'une famille de produits et de sa chaîne logistique. Dans les milieux industriels comme dans les services, le contexte commercial très concurrentiel oblige les entreprises à diversifier leurs offres pour mieux répondre aux demandes de leurs clients. La gestion de cette diversité est alors une problématique centrale : comment proposer une large variété de produits pour satisfaire les besoins des clients tout en maîtrisant les coûts de production, d'inventaire et de logistique? Les réponses à problème relèvent des disciplines habituellement séparées : la conception des produits, la production et la logistique. Si une majorité des approches existantes traitent ces problématiques de façon séquentielle, l'interdisciplinarité apparaît cependant comme un élément essentiel dans la gestion de la diversité. L'objectif de cette thèse est de chercher comment améliorer les interactions entre la conception de familles de produits et l'optimisation des réseaux logistiques en proposant une étape de conception intermédiaire et en développant des outils mathématiques, avec un intérêt pariculier porté aux problématiques de développement durable.  ABSTRACT: This PhD thesis addresses the problem of joint bills-of-materials and supply chain design for a product family. In industry as well as in services, the highly competitive business environment obliges companies to diversify their offers to meet the demands of their customers. Then, managing diversity is a central issue: how to offer a wide variety of products to meet customer needs while controlling costs of production, inventory and logistics? Answers to theses problems are usually in separate disciplines: product design, production and logistics. If most of existing approaches tackle these problems sequentially, interdisciplinarity, however, appears as a key aspect of diversity management. The objective of this thesis is to investigate how to improve the interaction between product families design and supply chain optimization and to develop mathematical tools, with a focus on sustainable development.


identifier: Gariépy, A. (2012). Finite Element Modelling of Shot Peening and Peen Forming Processes and Characterisation of Peened AA2024-T351 Aluminium Alloy  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: » : Le grenaillage est un traitement de surface couramment utilisé pour améliorer la durée de vie en fatigue de différentes pièces métalliques. Un grand nombre de petites particules dures sont projetées sur la surface du composant à haute vitesse. Chaque particule déforme plastiquement le matériau et les impacts répétés produisent un état de contraintes résiduelles compressives bénéfique à la surface. Le grenaillage modifie de plus les propriétés mécaniques locales de même que la microstructure du matériau. Le procédé augmente toutefois la rugosité et peut occasionner des dommages en surface. Son influence sur la vie en fatigue et la limite de fatigue dépend donc d'une combinaison de plusieurs effets. La mise en forme par grenaillage (MEFG) est une méthode de fabrication dérivée du grenaillage. Le champ de contraintes compressives généré par le grenaillage modifie l'équilibre mécanique de la pièce et est utilisée pour courber des composants minces. Ce procédé est utilisé depuis les années 1950 dans l'industrie aérospatiale pour mettre en forme de grands panneaux requérant des courbures légères, comme des panneaux de voilure et de fusées. La MEFG est une alternative économique aux techniques de mise en forme conventionnelles puisqu'elle ne nécessite pas un ensemble de matrices pour chaque forme à réaliser. De plus, différents contours peuvent être réalisés en modifiant simplement les traitements de grenaillage appliqués à différentes régions de la pièce. Cependant, cette flexibilité n'est peut-être pas employée à son plein potentiel puisque les applications actuelles sont généralement basées sur le savoir-faire empirique et une approche par essai-erreur. Cette thèse visait le développement et la validation d'outils de simulation par éléments finis (ÉF) pour le grenaillage et la mise en forme par grenaillage. L'objectif était d'arriver à des prédictions quantitatives pour ces deux procédés et de démontrer le potentiel de la modélisation ÉF tant pour des études fondamentales que pour des applications industrielles. Premièrement, un modèle amélioré d'impacts dynamiques prenant en considération la nature aléatoire du grenaillage a été proposé en étudiant avec soin ses dimensions, en introduisant la dispersion des tailles des particules et en réduisant significativement le temps de calcul. De plus, des essais mécaniques cycliques ont été réalisés afin de définir une loi de comportement appropriée pour l'alliage d'aluminium (AA) 2024-T3/T351 soumis au procédé de grenaillage. En combinant un modèle réaliste et une loi de comportement adaptée, de bonnes prédictions ont été obtenues en termes de contraintes résiduelles pour trois ensembles de paramètres de grenaillage.  ABSTRACT: » : Shot peening is a surface treatment commonly used to improve the fatigue performance of various metallic parts. This process consists of projecting a large number or tiny particles at high velocity onto the surface of a component. Each impact plastically deforms the material and repeated impacts lead do a beneficial compressive residual stress state near the surface. In addition, shot peening alters both the local mechanical properties and microstructure. On the other hand, it also generates increased surface roughness and possible damage. Its influence on fatigue life (or strength) therefore arises from a combination of multiple effects. Peen forming is a manufacturing method derived from shot peening. The compressive stress field induced by peening alters the mechanical balance and is used to shape thin components. This process has been used in the aerospace industry since the 1950s to contour large panels with gentle curvatures such as wing skins and rocket panels. It is a cost-effective alternative to conventional forming techniques since it does not require a specific set of dies for each target shape. In addition, peen forming can achieve various target contours by simply altering the shot peening treatments applied on different regions on the parts. This versatility may however not be used to its full potential since current peen forming procedures are commonly developed through empirical knowledge and trial-and-error. The main purpose of this thesis was to develop and validate finite element (FE) simulation tools for shot peening and peen forming. The specific aim was to achieve quantitatively accurate predictions for both processes and demonstrate the potential of reliable FE modelling for scientific investigation and industrial applications. First, an improved dynamic impact model that takes into account the stochastic nature of shot peening was proposed by carefully studying its dimensions, introducing a dispersion of shot sizes and significantly reducing its computational cost. In addition, cyclic mechanical testing was conducted to define a suitable material constitutive theory for aluminium alloy (AA) 2024-T3/T351 subjected to shot peeinng. By combining a realistic shot peening model with an appropriate material law, fairly good residual stress predictions were achieved for three different sets of shot peening parameters. Second, an experimental and numerical characterization of AA2024-T351 shot peened with parameters representative of fatigue life improvement applications was conducted. Multiple techniques, such as micro-indentation, residual stress determination and electron backscatter diffraction, were combined to gain a better understanding of the influence of shot peening on the material. The potential uses of finite element simulation to complement experimental data were also studied.


identifier: Cardin St-Antoine, B. (2012). Effets photothermoélectriques dans les films de nanotubes de carbone  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de nanotubes de carbone représentent un matériau prometteur dont le potentiel a été pressenti pour une variété d'applications technologiques. Récemment, leurs perspectives en optoélectronique ont dû être repensées après qu'un rapport eut démontré que la photoconductivité de films suspendus de nanotubes était dominée par des mécanismes d'origine thermique (liés à un effet bolométrique). Cette observation contrastait diamétralement avec des interprétations précédentes, qui associaient, entre autres, la photoréponse à la dissociation d'un exciton causée par un champ électrique. De plus, elle laissait entrevoir un rôle potentiellement déterminant lié au chauffage radiatif pour ce type de systèmes. Cette thèse vise à explorer l'importance des effets d'un tel chauffage radiatif et de leurs intérêts dans un contexte thermoélectrique. Cette investigation mérite une attention particulière en raison du coefficient Seebeck élevé des nanotubes semi-conducteurs (pouvant atteindre plusieurs centaines de μV/K). En étudiant les effets photo-thermoélectriques présents dans des réseaux de nanotubes, notre travail permet de mieux comprendre l'interaction entre la lumière et ce système complexe, où les jonctions nanotube-nanotube jouent un rôle dominant. Dans notre démarche, une attention particulière a été accordée aux films suspendus, soit une configuration dans laquelle les effets de chauffage sont favorisés, afin d'évaluer le potentiel des nanotubes pour d'éventuelles applications. Dans la première partie de la thèse, la contribution d'origine thermique de la photoréponse d'un système thermoélectrique a été dérivée à partir d'un bilan d'énergie. En l'absence de courant électrique, cette contribution est apparue essentiellement liée à une modification de température, qui se calcule à l'aide de l'équation de Fourier. Cette équation a été résolue dans un cas particulier, soit celui d'un film de nanotubes suspendu entre deux électrodes massives. En posant certaines hypothèses, telles une convection et une radiation négligeables, une conductivité thermique et une absorption optique indépendantes du dopage, et une élévation de température relativement faible (≤ 20 K), nous avons montré qu'une illumination locale induisait un profil de température triangulaire. Or, pour un tel profil, une relation simple a été déduite reliant la dérivée du photovoltage par rapport à la position de l'illumination avec la valeur locale du coefficient Seebeck. Cette relation constitue un élément clé de cette thèse, puisqu'elle montre comment  ABSTRACT: Carbon nanotube networks offer promising perspectives for a variety of technological applications, such as photovoltaic or light detection. Their potential in optoelectronic has been recently reconsidered after the recognition that thermal mechanisms (through a bolometric effect) were dominating the photoconductivity of free-standing nanotube films. This finding contrasted with previous reports for which the photoresponse stemmed from the dissociation of excitons due to an electric field. Moreover, it revealed that the effect of the radiative heating for such materials should not be neglected. This thesis aimed at exploring the significance of such heating and its interest in a thermoelectric perspective. This investigation deserved special attention because of the large Seebeck coefficients of semiconducting nanotubes (up to hundreds of μV/K). By studying the photo-thermoelectric effects arising in nanotube films, our work developed a better understanding of the interaction between a local illumination and the network, where the nanotube-nanotube junctions play a dominant role in transport. In our approach, a special attention was given to suspended films, a configuration that maximizes the radiative heating in order to assess the potential of carbon nanotubes in photo-thermoelectric applications. In the first part of the thesis, the thermal response of a material to a local illumination was modeled. In the absence of an electric current, photo-thermal effects should arise because of the non-uniform temperature profile, calculated using the Fourier equation. This equation was solved for the particular case of nanotube films suspended in vacuum between two massive electrodes. Under several assumptions, neglecting for instance the convection and radiation mechanisms, considering a thermal conductivity and an optical absorption independent of the doping level, and a relatively weak temperature rise (≤ 20 K), we found that a local illumination induces a triangular temperature profile. For such profile, a simple equation was obtained relating the photovoltage profile and the local Seebeck coefficient of the film. This relation represented an important finding, since it showed how a scanning photovoltage measurement can be used to


identifier: Coulibaly, Z. (2012). Traitement de la dégénérescence en optimisation non linéaire  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objet de cette thèse est l'etude de deux types de dégénérescence en optimisation non linéaire. Dans le chapitre 3 de la thèse, nous proposons un algorithme de points intérieurs et de région de confiance pour résoudre une reformulation élastique de la pénalisation exacte ℓ1 des problèmes mathématiques avec contraintes de complémentarité(MPCC). La nouveauté avec notre approche est qu'il n'est pas nécessaire de connaître à l'avance quelles contraintes sont de complémentarité. La force de notre approche est qu'elle traite de la même manière les problèmes dégénérés structurés que sont les MPCC et les problèmes dégénérés généraux. Notre approche adapte celle de Gould et al. (2010) aux MPCC en isolant la dégénérésence due aux contraintes de complémentarité. L'algorithme converge vers des points fortement stationnaires ou délivre le cas échéant un certificat de dégénérescence sans recourir à une condition du second ordre. Des résultats numériques préliminaires sur une collection de problèmes MPCC standard illustrent la flexibilité de l'approche. Un autre type de dégénérescence qui nous intéresse est le manque de la complémentarité stricte en optimisation non linéaire. Nous définissons au chapiter 4 une mise à jour appropriée et peu onéreuse des multiplicateurs de Lagrange associés à des contraintes faiblement actives afin de recouvrer la convergence superlinéaire des itérés pour des méthodes de points intérieurs. Enfin dans le chapitre 5, nous assemblons une collection de problèmes ayant des contraintes non strictement complémentaires. Un banc d'essais entre les solveurs de points intérieurs IPOPT2 (version en Fortran) (Wächter et Biegler, 2006), KNITRO (Waltz et Plantenga, 2006) et LOQO (Vanderbei, 2008) permet de comparer leur performance sur la collection de problèmes faiblement actifs. Notre approche de mise à jour duale est implémentée dans IPOPT2.  ABSTRACT: This thesis is dedicated to solving two classes of degenerate nonlinear programming problems. In chapter 3 of the thesis, we propose an interior-point algorithm based on an elastic formulation of the ℓ1 penalty merit function to solve mathematical problems with complementarity constraints (MPCC). The salient feature of our method is that it requires no prior knowledge of which constraints, if any, are complementarity constraints. Remarkably, the method allows for a unified treatment of both general, unstructured, degenerate problems and structured degenerate problems, such as problems with complementarity constraints, with no changes to accommodate one class or the other. Our results refine those of Gould et al. (2010) by isolating the degeneracy due to the complementarity constraints. The method naturally converges to a strongly stationary point or delivers a relevant certificate of degeneracy without recourse to second-order intermediate solutions. Preliminary numerical results on a standard test set illustrate the flexibility of the approach. Another type of degeneracy of interest is the lack of strict complementarity for nonlinear problems. We show in chapter 4 that when the strict complementarity condition fails to hold at a local solution, an appropriate and cheap scaling of the Lagrange multipliers estimates allows to recover superlinear convergence in interior-point methods. Finally, in chapter 5 of the thesis, we collect a set of weakly-active problems and present a benchmark against others interior-point algorithms such as IPOPT2 (Fortran version )(Wächter et Biegler, 2006), KNITRO (Waltz et Plantenga, 2006) and LOQO (Vanderbei,2008). Our approach was implemented as a modification of IPOPT2.