identifier: Beaini, D. (2019). Green Function and Electromagnetic Potential for Computer Vision and Convolutional Neural Network Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour les problèmes de vision machine (CV) avancées, tels que la classification, la segmentation de scènes et la détection d'objets salients, il est nécessaire d'extraire le plus de caractéristiques possibles des images. Un des outils les plus utilisés pour l'extraction de caractéristiques est l'utilisation d'un noyau de convolution, où chacun des noyaux est spécialisé pour l'extraction d'une caractéristique donnée. Ceci a mené au développement récent des réseaux de neurones convolutionnels (CNN) qui permet d'optimiser des milliers de noyaux à la fois, faisant du CNN la norme pour l'analyse d'images. Toutefois, une limitation importante du CNN est que les noyaux sont petits (généralement de taille 3x3 à 7x7), ce qui limite l'interaction longue-distance des caractéristiques. Une autre limitation est que la fusion des caractéristiques se fait par des additions pondérées et des opérations de mise en commun (moyennes et maximums locaux). En effet, ces opérations ne permettent pas de fusionner des caractéristiques du domaine spatial avec des caractéristiques puisque ces caractéristiques occupent des positions éloignées sur l'image. L'objectif de cette thèse est de développer des nouveaux noyaux de convolutions basés sur l'électromagnétisme (EM) et les fonctions de Green (GF) pour être utilisés dans des applications de vision machine (CV) et dans des réseaux de neurones convolutionnels (CNN). Ces nouveaux noyaux sont au moins aussi grands que l'image. Ils évitent donc plusieurs des limitations des CNN standards puisqu'ils permettent l'interaction longue-distance entre les pixels de limages. De plus, ils permettent de fusionner les caractéristiques du domaine spatial avec les caractéristiques du domaine du gradient. Aussi, étant donné tout champ vectoriel, les nouveaux noyaux permettent de trouver le champ vectoriel conservatif le plus rapproché du champ initial, ce qui signifie que le nouveau champ devient lisse, irrotationnel et conservatif (intégrable par intégrale curviligne). Pour répondre à cet objectif, nous avons d'abord développé des noyaux convolutionnels symétriques et asymétriques basés sur les propriétés des EM et des GF et résultant en des noyaux qui sont invariants en résolution et en rotation. Ensuite, nous avons développé la première méthode qui permet de déterminer la probabilité d'inclusion dans des contours partiels, permettant donc d'extrapoler des contours fins en des régions continues couvrant l'espace 2D. De plus, la présente thèse démontre que les noyaux basés sur les GF sont les solveurs optimaux du gradient et du Laplacien.  ABSTRACT: For advanced computer vision (CV) tasks such as classification, scene segmentation, and salient object detection, extracting features from images is mandatory. One of the most used tools for feature extraction is the convolutional kernel, with each kernel being specialized for specific feature detection. In recent years, the convolutional neural network (CNN) became the standard method of feature detection since it allowed to optimize thousands of kernels at the same time. However, a limitation of the CNN is that all the kernels are small (usually between 3x3 and 7x7), which limits the receptive field. Another limitation is that feature merging is done via weighted additions and pooling, which cannot be used to merge spatial-domain features with gradient-domain features since they are not located at the same pixel coordinate. The objective of this thesis is to develop electromagnetic (EM) convolutions and Green's functions (GF) convolutions to be used in Computer Vision and convolutional neural networks (CNN). These new kernels do not have the limitations of the standard CNN kernels since they allow an unlimited receptive field and interaction between any pixel in the image by using kernels bigger than the image. They allow merging spatial domain features with gradient domain features by integrating any vector field. Additionally, they can transform any vector field of features into its least-error conservative field, meaning that the field of features becomes smooth, irrotational and conservative (line-integrable). At first, we developed different symmetrical and asymmetrical convolutional kernel based on EM and GF that are both resolution and rotation invariant. Then we developed the first method of determining the probability of being inside partial edges, which allow extrapolating thin edge features into the full 2D space. Furthermore, the current thesis proves that GF kernels are the least-error gradient and Laplacian solvers, and they are empirically demonstrated to be faster than the fastest competing method and easier to implement. Consequently, using the fast gradient solver, we developed the first method that directly combines edges with saliency maps in the gradient domain, then solves the gradient to go back to the saliency domain. The improvement of the saliency maps over the F-measure is on average 6.6 times better than the nearest competing algorithm on a selected dataset. Then, to improve the saliency maps further, we developed the DSS-GIS model which combines edges with salient regions deep inside the network.


identifier: Despatis-Paquette, B. (2019). Système longue portée de communication bidirectionnelle à l'intérieur d'un bâtiment  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La conception d'un produit requiert bien souvent une équipe multidisciplinaire, d'autant plus si celui-ci est intelligent et connecté. Ce changement de perspective amène son lot de défis et force les entreprises manufacturières à évaluer l'ensemble des compétences requises à la réalisation d'un projet de connectivité. Pour notre partenaire industriel, son objectif est de surveiller, contrôler et optimiser la désinfection des salles de bain dans les hôpitaux afin de réduire les maladies nosocomiales. Il désire intégrer ces changements à son équipement actuel, bien que celui-ci est installé dans un environnement qu'il ne contrôle pas et que l'accès au réseau existant de l'hôpital lui soit interdit. Dans le cadre de cette recherche, notre partenaire industriel veut concevoir un réseau parallèle qui prend la forme d'un système de communication bidirectionnelle. La revue de la littérature scientifique a permis d'exposer les limitations des technologies existantes et de choisir une technologie appropriée. Dans ce cas précis, les réseaux longue portée offrent la meilleure solution et c'est plus précisément la technologie Weightless qui répond aux critères d'évaluation. En revanche, l'utilisation de cette technologie fait apparaitre de nombreux défis pour cette organisation. Ce projet de recherche cherche ainsi à évaluer la faisabilité technique et organisationnelle de concevoir un système longue portée au sein d'une équipe de recherche et développement d'une petite et moyenne entreprise manufacturière. L'approche utilisée comprend de développer un prototype et d'évaluer les compétences nécessaires dès le départ et celles acquises durant le projet pour surmonter les obstacles en cours de route. Cette évaluation a exposé les compétences inconnues en début de projet qui sont cruciales à son succès. Ce projet a permis de démontrer que ce système de communication longue portée requiert de multiples expertises dont celles du génie électrique, du génie informatique et logiciel. De plus, l'absence de données expérimentales sur le Weightless nous a obligé de mener nos propres tests afin d'évaluer la faisabilité technique de cette technologie. Il a été ainsi impératif de déterminer la couverture de bâtiments de différentes tailles. Nos données expérimentales ont d'ailleurs permis d'évaluer la précision d'un modèle de simulation, le COST231, afin de déterminer le nombre de stations de base nécessaires pour l'implantation d'un système de communication dans un immeuble. Nos résultats empiriques ont d'ailleurs montré l'inexactitude du modèle COST231, car celui-ci est pessimiste. Ce modèle permet cependant de donner un point de départ lors de l'implantation du système et du nombre maximal de stations de base pour couvrir le bâtiment sélectionné. Finalement, le constat de l'auteur est qu'il faut une équipe multidisciplinaire pour rassembler toute l'expertise nécessaire à la réalisation d'un projet d'un produit intelligent connecté avec le Weightless. Plusieurs compétences n'ont pu être évaluées et identifiées, car ce projet de conception est incomplet. La version commercialisable du système de communication aurait dû comprendre l'application dorsale pour gérer les messages entrants et sortants, ainsi que les interfaces humain-machine pour les utilisateurs finaux. De plus, d'autres compétences seront nécessaires si notre partenaire industriel désire migrer l'application dorsale et ses interfaces vers l'infonuage. La faisabilité organisationnelle dans le cadre d'une petite et moyenne entreprise est limite, car la taille de l'équipe de recherche et développement nécessaire pour la réalisation d'un projet de ce type est considérable. La sous-traitance devient une option non négligeable. L'auteur propose de favoriser les profils multidisciplinaires généralistes au sein d'une petite entreprise, car ceux-ci peuvent agir comme chefs d'orchestre et diriger adéquatement les fournisseurs à proposer des solutions viables.  ABSTRACT: Product design now requires a multidisciplinary team, especially if the product is smart and connected. This shift in perspective brings its own share of challenges and forces manufacturing companies to assess the skill set required to complete a connectivity project. For our industrial partner, its goal is to monitor, control and optimize the disinfection of bathrooms in hospitals to reduce hospital-acquired infections. He wants to incorporate these features into his existing equipment, even though it is installed in an environment he does not control and access to the hospital's existing network is prohibited. As part of this research, our industrial partner wants to design a parallel network that takes the form of a two-way communication system to monitor, control and optimize the disinfection of bathrooms in hospitals to reduce hospital-acquired infections. The review of the scientific literature exposes the limitations of existing technologies and aids in choosing the right technology. Wide-area networks offer the best solution and it is more precisely the Weightless technology that meets the evaluation criteria. On the other hand, the use of this technology raises many challenges for this organization. This research project evaluates the technical and organizational feasibility of designing a wide-area system within the research and development team of a small to medium-company. The approach used involves developing a prototype and evaluating the skills that are needed from the outset and acquired in the course of overcoming challenges along the way. This evaluation exposed skills that were not identified at the beginning of the project and are crucial to its success. This wide-area communication system requires multiple forms of expertise, including electrical engineering, and computer and software engineering. Also, the lack of experimental data with Weightless forces us to conduct our own tests to assess the technical feasibility of this technology. It was thus imperative to determine the coverage area of different size buildings. Our experimental data made it possible to evaluate the accuracy of the simulation model COST231 in order to determine the number of base stations required to implement a communication system in a building. Our empirical results have shown that the COST231 model is inaccurate because it is pessimistic. This model, however, provides a starting point when implementing the system and the maximum number of base stations to cover the selected building. Finally, the author's conclusion is that it takes a multidisciplinary team to gather all the expertise needed to carry out a project for a smart connected product with Weightless. Several skills could not be assessed and identified because this design project is incomplete. The saleable version of the communication system should have included the back-end application to handle incoming and outgoing messages, as well as human-machine interfaces for end-users. In addition, other skills will be needed if our industrial partner wants to migrate the back-end application and its interfaces to a cloud. Organizational feasibility in a small and medium-sized enterprise is limited, as the size of the research and development team needed to complete a project of this type is considerable. Subcontracting becomes a valuable option. The author proposes to promote multi-disciplinary generalist profiles within a small company, as they can act as conductors and adequately direct suppliers to propose viable solutions.


identifier: Desjardins, M. (2019). L'entrepreneuriat informel dans la gestion des contenants consignés : le cas de la coopérative Les Valoristes à Montréal  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des déchets est un problème bien connu internationalement. Alors que des accords internationaux sur l'environnement, la Convention de Bâle ou l'Accord de Paris encadrent le commerce des déchets pour que chaque pays s'occupe des matières résiduelles qu'il génère, ce sont les municipalités qui s'occupent des systèmes de collecte et de traitement de ces matières dans la plupart des pays. Cependant, ces politiques connaissent des défaillances institutionnelles qui peuvent amener à une gestion des matières résiduelles inefficace dans certains cas. Au moins 33% des 2 millions de matières résiduelles générées chaque année ne sont pas traitées de manière durable (Kaza Silpa, 2018), ce qui entraîne des conséquences graves des points de vue environnementaux (e.g. (Dermatas, 2017; El-Fadel, Findikakis, & Leckie, 1997; Giusti, 2009; Porter & van der Linde, 1995)) et sanitaires (e.g. (Dermatas, 2017; Giusti, 2009; Jarup et al., 2002; Porter & van der Linde, 1995)). Face à ces limites institutionnelles, des chercheurs ont observé que certaines populations ont de moins en moins confiance dans les gouvernements et choisissent d'entreprendre dans l'informalité (e.g. (Toledo Orozco & Veiga, 2018)). Dans le domaine de la gestion des déchets, cette action se traduit par le recyclage informel. Des personnes, souvent en grande précarité financière, choisissent de sillonner les rues à la recherche de matières valorisables qu'elles vont recycler ou revendre afin d'obtenir un revenu. Ce type d'entrepreneuriat permet à l'entrepreneur de subvenir à ses besoins ainsi qu'à ceux de sa famille tout en aidant l'environnement. Souvent vues comme une solution dans les pays en développement, certains préconisent d'officialiser ces entreprises de recyclage afin d'améliorer les conditions de vie du recycleur mais aussi le développement économique (de Soto, 2007). Ainsi, beaucoup d'organisations ont été créées dans le but d'aider les recycleurs informels à travers l'officialisation de leur activité. L'économie informelle a beaucoup été étudiée dans la littérature, notamment dans des études de cas concernant les pays en développement. Le domaine d'étude de l'entrepreneuriat connaît également une littérature abondante. Toutefois, peu d'études proposent une explication à l'entrepreneuriat informel (e.g. (Thi Tanh Thai & Turkina, 2013)). Cette explication peut être découpée en plusieurs facteurs : les externes (par exemple, des coûts d'officialisation importants, une concurrence élevée et une culture collectiviste) et les personnels (par exemple, le niveau d'éducation). Alors que ces études empiriques portent sur les facteurs explicatifs de l'entrepreneuriat informel, peu se sont penchées sur les facteurs décisifs du choix entre secteurs formel et informel. Une étude, empirique, s'est attardée sur les facteurs macroscopiques du choix (Thai Thi Thanh & Turkina, 2014) alors qu'un seul modèle théorique porte sur le choix des entrepreneurs entre les secteurs formel et informel d'un point de vue microscopique (Sinclair-Desgagné, 2013). De plus, les études portant sur les explications à entreprendre dans le secteur informel sont toutes issues de cas de pays en développement. Or, l'entrepreneuriat informel existe également dans les pays développés. Dans le domaine de la gestion des déchets, l'entrepreneuriat informel peut se traduire également par la récupération de matières valorisables, mais aussi par la récupération de nourriture ou de contenants consignés. Cette dernière activité est issue d'une limite d'un système de consignation qui est la non-restitution des contenants vides par les citoyens. En effet, certains préfèrent les laisser à l'abandon et d'autres vont alors les récupérer afin de les rendre contre le montant consigné. La question qui se pose alors est la suivante : Pourquoi les ramasseurs préfèrent-ils le secteur informel au formel dans un pays développé ? Cette étude propose de tester les facteurs explicatifs à l'activité de collecte de contenants consignés dans le cas d'une région développée. Cette activité est particulièrement intéressante car elle est partie intégrante de l'économie informelle mais les revenus des ramasseurs sont considérés comme des dons et ne sont donc pas soumis à la même législation que les autres revenus. Cette étude porte sur le cas de la coopérative Les Valoristes à Montréal qui a choisi une organisation permettant d'optimiser les profits des ramasseurs. Cette étude de cas se veut exploratoire et suit deux objectifs de recherche : 1. Expliciter un modèle en particulier, celui de la coopérative Les Valoristes ; 2. Comprendre les motivations des valoristes de Montréal à choisir d'entreprendre la collecte de contenants consignés dans le secteur informel. Le choix des valoristes montréalais à entreprendre dans le secteur informel peut s'expliquer selon trois grands thèmes. Le premier est le type d'entrepreneuriat. En effet, la plupart des valoristes sont des personnes en précarité financière. Ils entreprennent par nécessité, ce qui ne laisse pas la place à la réflexion quant au potentiel économique de l'activité si elle était officialisée. Également, le profil du valoriste a un rôle important dans la décision. Son mode de vie influence sa prise de décision ainsi que sa confiance dans le succès de son entreprise. Enfin, les perceptions des valoristes quant aux politiques d'aide sociale provinciales et fédérales sont négatives. Ainsi, ils n'ont pas confiance dans les gouvernements et choisissent d'entreprendre dans l'informalité. Pour améliorer la situation actuelle, il serait intéressant d'abord de proposer un premier dépôt permanent au Québec, qui serait géré par la coopérative Les Valoristes. Cela permettrait faciliter le dépôt des contenants consignés vides et d'inclure socialement les ramasseurs. Également, les valoristes rendent un service à la société et leurs conditions d'activité doivent être améliorées. Une politique pouvant être proposée est une aide sociale bonifiée à travers une formation appropriée pour réduire les risques d'accident et l'attribution de bons afin que ceux ayant des soucis de santé puissent consulter plus facilement.  ABSTRACT: Waste management is a well-known issue internationally. While international environmental agreements (for example, the Basel Convention or the Paris Agreement) regulate waste trade so that each country deals with the waste it generates, municipalities are responsible for waste collection and treatment systems in most countries. However, these policies have institutional failures that can lead to ineffective waste management in some cases. At least 33% of the 2 million residual materials generated each year are not treated in a sustainable way (Kaza Silpa, 2018),which leads to serious consequences for the environment (e.g. (Dermatas, 2017; El-Fadel, Findikakis, & Leckie, 1997; Giusti, 2009; Porter & van der Linde, 1995) and health (e.g. (Dermatas, 2017; Giusti, 2009; Jarup et al, 2002; Porter & van der Linde, 1995)). Faced with these institutional limitations, researchers have observed that some people have less and less confidence in governments and choose to undertake in an informal way (e.g. (Toledo Orozco & Veiga, 2018)). In the field of waste management, this action takes the form of informal recycling. People, often in great financial difficulty, choose to walk the streets in search of recyclable materials that they will recycle or resell in order to obtain an income. This type of entrepreneurship allows the entrepreneur to support himself and his family while helping the environment. Often seen as a solution in developing countries, some advocate formalizing these recycling companies in order to improve the recycler's living conditions but also economic development (de Soto, 2007). Thus, many organizations have been created to help informal recyclers through the formalization of their activity. The informal economy has been extensively studied in the literature, including case studies in developing countries. The field of study of entrepreneurship also has an abundant literature. However, few studies offer an explanation for informal entrepreneurship (e.g. (M. T. T. Thai & Turkina, 2013)). This explanation can be broken down into several factors: external (e.g. high formalization costs, high competition and collectivist culture) and staff (e.g. level of education). While these empirical studies focus on the factors that explain informal entrepreneurship, none of them have examined the decisive factors that determine the choice between the formal and informal sectors. Only a theoretical model on the choice of entrepreneurs between the formal and informal sectors was proposed by Sinclair-Desgagné in 2012. In addition, the studies on explanations to be undertaken in the informal sector are all based on cases from developing countries. However, informal entrepreneurship also exists in developed countries. In the field of waste management, informal entrepreneurship can also mean the recovery of recoverable materials, but also the recovery of food or returnable containers. This last activity is the result of a limitation of a deposit system, which is the non-return of empty containers by citizens. Indeed, some prefer to leave them abandoned and others will then recover them in order to return them against the amount deposited. The question then arises as follows: Why do pickers prefer the informal to the formal sector in a developed country? This study proposes to test the factors that explain the activity of collecting returnable containers in a developed region. This activity is particularly interesting because it is an integral part of the informal economy, but the income received by collectors is considered as a donation and is therefore not subject to the same legislation as other undeclared income. This study presents a case study of the Les Valoristes cooperative in Montreal. This choice of organization was made because it offers the possibility for valuers to help them to optimize their profits. This case study is intended to be exploratory and follows two research objectives: 1. Explain a particular model, that of the cooperative Les Valoristes; 2. Understand the motivations of Montreal recyclers to choose to undertake the collection of refundable containers in the informal sector. The choice of Montreal pickers to be undertaken in the informal sector can be explained according to three main themes. The first is the type of entrepreneurship. Indeed, most appraisers are people in financial difficulty. They undertake out of necessity, which does not leave room for reflection on the economic potential of the activity if it were formalized. Also, the profile of the valuator has an important role in the decision. Her lifestyle influences her decision-making and her confidence in the success of her business. Finally, pickers' perceptions of provincial and federal social assistance policies are negative. As a result, they do not trust governments and choose not to report their income. To improve the current situation, it would be interesting to propose a permanent depot in Quebec, which would be managed by the cooperative. This would facilitate the deposit of empty refundable containers and socially include pickers. Offering the same service as retailers, the cooperative should be able to receive the bonus from the retailer too. This would allow it to set up the permanent depot. Pickers also provide a service to society and their working conditions must be improved. One policy that can be proposed is enhanced social assistance through appropriate training to reduce the risk of accidents and the allocation of vouchers so that those with health concerns can consult more easily.


identifier: Dissler, N. (2019). La planification de traitement en radiothérapie VMAT : comparaison des approches par points de contrôle et par arcs  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La radiothérapie avec modulation d'intensité rotationnelle (VMAT) est une méthode avancée et améliorée de radiothérapie. En radiothérapie classique, la machine effectue une rotation fractionnée autour du patient, et la tumeur n'est traitée que depuis certains angles où la machine est immobile. Contrairement à cela, la VMAT permet de traiter l'ensemble de la tumeur dans une rotation continue à 360 degrés. Ainsi, la technologie VMAT permet de réduire considérablement le temps de traitement, tout en gagnant en précision. Cela permettrait donc à la fois d'augmenter le confort du patient, de traiter plus de cas avec une même machine, et d'augmenter la qualité du traitement. Afin d'utiliser correctement cette technologie, il faut être en mesure de fournir des plans de traitement efficaces selon les cas traités. La notion de planification de traitement en radiothérapie traduit le besoin de traiter chaque patient différemment. Le traitement est adapté selon la position et le type de tumeur ciblée, ainsi que le dossier médical en général, chaque cas de cancer appelant à une stratégie de traitement unique. Le processus de planification de traitement consiste à optimiser tous les paramètres ajustables de la machine de radiothérapie, afin de cibler au mieux la tumeur, tout en évitant les tissus sains environnants. La rotation continue de la machine en VMAT a relancé la recherche d'une méthode d'optimisation du plan de traitement, capable de gérer de nouvelles variables sous de nouvelles contraintes. Une des méthodes envisagées serait d'optimiser à la fois l'intensité, ainsi que la forme du rayonnement à travers un algorithme de génération de colonnes dans l'objectif d'améliorer la vitesse du traitement. Le problème de planification de traitement est résolu sur un ensemble très vaste de solutions, contenant toutes les combinaisons de paramètres ajustables de la machine. Cependant, seules quelques solutions sont intéressantes pour un patient. L'algorithme de génération de colonnes permet de résoudre des problème complexes, en se concentrant sur un sous-ensemble de variables visiblement judicieuses pour le cas clinique. Ce sous-ensemble est déterminé par un sous-problème, le problème de coût, dont l'objectif est de proposer de nouvelles variables, ou colonnes, à chaque itération de l'algorithme. Un autre sous-problème, le problème restreint, se charge d'optimiser la solution en ne regardant que les colonnes du sous-ensemble construit. Plusieurs formulations du problème de planification de traitement utilisant la méthode de génération de colonnes existent dans la littérature. Ce projet compare deux approches du problème : le modèle par points de contrôle, et le modèle par arcs. Dans le premier cas, le plan de traitement n'est évalué que sur un sous-ensemble des angles d'émission, afin de réduire la complexité du problème. Ces angles sont appelés points de contrôle et sont équidistants. Le deuxième modèle tente également de réduire la complexité du problème, en optimisant la solution sur des fractions de rotation, constituées de plusieurs secteurs angulaires adjacents. Les objectifs de cette étude sont donc les suivants : étudier les deux algorithmes de génération de colonnes utilisant des formulations mathématiques différentes, comparer dans la mesure du possible la qualité des plans de traitements obtenus par les deux méthodes, analyser leur points forts et leurs points faibles pour proposer une nouvelle méthode combinant les aspects les plus intéressants de ces algorithmes. Pour ce faire, plusieurs hypothèses seront faites au cours du projet. Dans un premier temps, l'ensemble des échantillons cliniques disponibles pour le test des algorithmes se réduit à la base de donnée CORT. Cette base de donnée dispose uniquement de 4 cas de cancer dont un seul, un cancer de la prostate, sera utilisé pour l'étude. Il sera supposé que le processus de planification de traitement étudié sur un cas de cancer peut être généralisé à l'ensemble des cas cliniques. Ensuite, il sera également supposé qu'une solution retournée par l'algorithme de génération de colonnes, c'est à dire une solution optimisée sur un ensemble réduit de variables, présente une qualité finale comparable à une solution évaluée sur l'ensemble des possibilités. Les plans de traitements seront analysés selon des critères particuliers. En effet, quantifier la qualité d'un plan de traitement est complexe : c'est une analyse subjective, qui dépend à la fois des objectifs fixés par le médecin et des objectifs de l'utilisateur. Ainsi, la comparaison des algorithmes se basera dans un premier temps sur le respect ou non des prescriptions indiquées pour le cas étudié, ainsi que le nombre de tentatives nécessaires à l'élaboration d'un plan de traitement acceptable pour chaque logiciel. Par la suite, le critère de temps de traitement sera également utilisé, l'objectif d'un algorithme de planification de traitement en VMAT étant de réduire la durée nécessaire à la machine pour délivrer la solution. La comparaison préliminaire des deux approches se fait sur deux implémentations existantes des modèles mathématiques. Les résultats montrent que les deux logiciels retournent des plans de traitement acceptables d'une qualité comparable. Le nombre de tentatives nécessaires sur le cas du cancer de la prostate varie entre 8, pour la méthode par points de contrôle, et 11 pour la méthode par arcs. Toutefois, dans ce dernier cas, le processus est plus fastidieux au vu des paramètres en entrée de l'algorithme, qui sont moins intuitifs d'un point de vue médical. La nouvelle formulation proposée introduit la notion de points de contrôle dans une implémentation de l'approche par arcs. Les résultats montrent qu'une approche par arcs utilisant des arcs d'une longueur � produit un plan de traitement équivalent à une approche utilisant des poids de contrôle espacés de �/2 pour une même stratégie de planification.  ABSTRACT: Radiotherapy with rotational intensity modulation (VMAT) is an advanced and improved method of radiotherapy. In conventional radiotherapy, the machine rotates fractionally around the patient, and the tumor is only treated from certain angles where the machine is stationary. In contrast, VMAT allows the entire tumor to be treated in a continuous 360-degree rotation. Thus, VMAT technology makes it possible to considerably reduce processing time, while increasing accuracy. This would therefore increase the patient's comfort, treat more cases with the same machine, and increase the quality of treatment. In order to properly use this technology, it is necessary to be able to provide effective treatment plans, according to the cases treated. The concept of radiotherapy treatment planning reflects the need to treat each patient differently. Treatment is adapted according to the position and type of tumor targeted, as well as the medical background in general, each cancer case requiring a unique treatment strategy. The treatment planning process consists in optimizing all the adjustable parameters of the radiotherapy machine, in order to best target the tumor, while avoiding the surrounding healthy tissues. The continuous rotation of the machine in VMAT relaunches the search for a method to optimize the treatment plan,capable of managing new variables under new constraints. One of the methods considered would be to optimize both the intensity and the shape of the radiation, through a column  generation algorithm in order to improve treatment speed. The treatment planning problem is solved on a very large set of solutions, containing all combinations of adjustable machine parameters. However, only a few solutions are interesting for a patient. The column generation algorithm solves complex problems, focusing on a subset of variables that are clearly relevant to the clinical case. This subset is determined by a subproblem, the pricing problem, whose objective is to propose new variables, or columns, at each iteration of the algorithm. Another sub-problem, the restricted problem, otpimizes the solution by looking only at the columns of the subset. Several formulations of the treatment planning problem using the column generation method exist in the literature. This project compares two approaches to the problem: the control point model and the arc model. In the first case, the treatment plan is evaluated only on a subset of the emission angles, in order to reduce the complexity of the problem. These angles are called control points and are equidistant. The second model also attempts to reduce the complexity of the problem, by optimizing the solution on rotation fractions, consisting of several adjacent angular sectors. The objectives of this study are therefore as follows: to study the two column generation algorithms using different mathematical formulations, to compare as much as possible the effectiveness of the treatment plans obtained by the two methods, to analyse their strengths and weaknesses in order to propose a new method combining the most interesting aspects of these algorithms. To do this, several hypotheses will be made during the project. Initially, all clinical samples available for algorithm testing are reduced to the CORT dataset. This dataset has only 4 cases of cancer, only one of which, prostate cancer, will be used for the study. It will be assumed that the treatment planning process studied in one cancer case can be generalized to all clinical cases. Then, it will also be assumed that a solution returned by the column generation algorithm, in other terms a solution optimized on a reduced set of variables, has a final quality comparable to a solution evaluated on all possibilities. Treatment plans will be analyzed according to specific criteria. Indeed, quantifying the quality of a treatment plan is complex: it is a subjective analysis, which depends both on the objectives set by the doctor and on the user's objectives. Thus, the comparison of algorithms will, at first, be based on whether or not the requirements indicated for the case studied have been met, as well as the number of attempts required to develop an acceptable processing plan for each software. On a second step, tratment time will also be used as a criteria, the objective of a VMAT treatment planning algorithme being to reduce the amount of time necessary for the machine to deliver the solution. The preliminary comparison of the two approaches is made on two existing implementations of the mathematical models. The results show that both softwares return acceptable treatment plans of comparable quality. The number of attempts required on the prostate cancer case varies from 8, for the control point method, to 11 for the arc method. However, in the latter case, the process is more tedious due to the input parameters of the algorithm, which are less intuitive from a medical point of view. The proposed new formulation itnroduces the notion of control point in an implementation of the arc-based approach. Results show that an arc-based approach using a length of � produces a treatment plan equivalent to an approach using control points spaced of �/2 for a given planning strategy.


identifier: Yassin, M. (2019). Services de sécurité inter-locataire et multi-locataire pour les logiciels en tant que service  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Récemment, l'infonuagique a joué un rôle essentiel dans l'évolution de la technologie d'informatique. Les logiciels en tant que service (SaaS for software as a service) sont parmi les services infonuagiques les plus attractifs qui ont suscité l'intérêt des fournisseurs et des consommateurs d'applications Web. D'une part, l'externalisation des ressources permet au fournisseur de déployer une application dans une infonuagique publique au lieu de gérer ses ressources sous-jacentes (machines physiques). D'autant plus, les ressources de cette application peuvent être dynamiquement et automatiquement mises à l'échelle en fonction de l'évolution de la clientèle et/ou de la quantité du trafic. D'autre part, la mutualisation (partage) des ressources permet au fournisseur une réduction significative des coûts d'infrastructure et de maintenance en partageant la même instance d'application entre plusieurs locataires, appelés tenants (en anglais). Un locataire peut s'abonner aux SaaS à la demande en payant à l'usage. En dépit de leurs avantages, l'externalisation et la mutualisation des ressources entraînent de nouveaux défis et risques de sécurité qui doivent être inventoriés et résolus par le fournisseur d'un SaaS. Le locataire d'un SaaS ne peut pas déployer ses systèmes de détection d'intrusion (IDS for intrusion detection system) préférés puisqu'il ne contrôle ni le code source ni l'infrastructure de l'application (déployée par le fournisseur dans une infonuagique publique). Le fournisseur doit donc non seulement intégrer des IDS en tant que service dans son infrastructure infonuagique, mais aussi protéger chaque locataire selon ses propres exigences de sécurité. Dans un SaaS multi-locataire, les données des locataires, qui peuvent être des compétiteurs, sont stockées dans la même base de données. Le fournisseur doit donc détecter et prévenir les attaques réalisées par un locataire contre les données d'autres locataires. Plusieurs recherches scientifiques proposent des IDS infonuagiques qui se focalisent sur l'infrastructure (réseaux virtuels, machines virtuelles, etc.). Cependant, ces IDS n'offrent pas une sécurité en tant que service au fournisseur et aux locataires d'un SaaS. D'autres recherches scientifiques et entreprises informatiques suggèrent des mécanismes d'isolation des données des locataires afin de réduire les risques d'attaques entre eux. Cependant, ces mécanismes ne sont pas automatisés et ne permettent pas de prévenir les attaques entre les locataires partageant la même base de données.  ABSTRACT: Recently, cloud computing plays a vital role in the evolution of computer technology. Softwareas-a-Service (SaaS) is one of the cloud services that has attracted the providers and clients (tenants) of Web applications. On the one hand, outsourcing allows a SaaS provider to deploy an application in a public cloud instead of managing its underlying resources (physical machines). The resources of this application can be scaled dynamically and automatically according to the evolution of the customer and/or the amount of traffic. On the other hand, multi-tenancy (or resources pooling) enables a SaaS provider to significantly reduce the infrastructure and maintenance costs by sharing the same application and database instances among several tenants. A tenant can subscribe to SaaS on-demand and pay according to pay-per-use model. However, the outsourcing and multi-tenancy bring new challenges and security risks that must be addressed by the SaaS provider. A tenant can not deploy its preferred intrusion detection systems (IDS) since it does not control the source code and the infrastructure of the application (deployed by the provider in a public cloud). Therefore, the provider must not only integrate IDS as a service into its cloud infrastructure, but also protect each tenant according to its own security requirements. In a multi-tenant SaaS, the data of tenants that can be competitors are stored in the same database. Therefore, the provider must detect and prevent attacks realized by a tenant (maliciously or accidentally) against the data of other tenants. The cloud-based IDS proposed by scientific research focus on the infrastructure (e.g., virtual networks, virtual machines, etc.). However, they do not detect attacks between the tenants of SaaS and do not provide security as a service for both SaaS provider and tenant. Other scientific research and IT companies propose tenant data isolation mechanisms to reduce the risk of inter-tenant attacks. However, these mechanisms are not automated and do not prevent attacks between tenants sharing the same database.


identifier: Walzberg, J. (2019). Simulation multi-agents de la phase d'utilisation lors de l'analyse du cycle de vie de systèmes sociotechniques : cas des domiciles intelligents  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de la consommation durable est d'encourager des modes de vie qui soient plus respectueux de l'environnement, tout en assurant un développement économique et une équité sociale. Quantifier les impacts environnementaux de différents modes de vie est cependant complexe. En effet, cela requiert de prendre en compte la temporalité des pratiques constituant ces modes de vie. Les comportements humains formant ces pratiques sont aussi complexes à modéliser, car ils dépendent à la fois du réseau social et technologique des individus. Ces aspects ne sont usuellement pas pris en compte dans les outils d'évaluation environnementale comme l'analyse du cycle de vie (ACV) et demande des connaissances sortant du cadre usuel de l'ACV.  ABSTRACT: The goal of sustainable consumption is to encourage lifestyles that are more respectful of the environment, while ensuring economic development and social equity. Quantifying the environmental impacts of different lifestyles, however, is complex; this requires considering the temporality of the practices constituting these lifestyles. The human behaviors that form these practices are also complex to model because they depend on both the social and the technological networks of people. These aspects are not usually considered in environmental assessment tools such as life cycle analysis (LCA) and thus require complementary knowledge which is out of the scope of LCA.


identifier: Pilvar, M. (2019). Experimental Study of Sub-aerial, Submerged and Transitional Granular Slides in Two and Three Dimensions  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les glissements de terrain sont reconnus comme des dangers naturels avec des dommages majeurs qui peuvent causer un danger pour la vie humaine et/ou des pertes matérielles en raison de leur comportement destructeur. Ils se produisent généralement près des régions montagneuses (classées comme des glissements de terrain non submergés ou sous-aériens) ou près des zones côtières telles que les océans, les lacs, les berges des rivières, les baies (considérées comme des glissements de terrain sous-marins) qui génèrent des vagues destructrices de grande amplitude, semblables à des tsunamis.  ABSTRACT: Landslides are recognized as natural hazards with massive casualties and loss of properties due to their damaging behavior. They usually happen near the mountainous regions (classified as unsubmerged or sub-aerial landslides) or near coastal areas such as oceans, lakes, riverbanks, bays (considered as submarine landslides) that generates destructive tsunami-like waves with high amplitudes. Deformable landslides usually can be regarded as the downward movement of granular material on an inclined and/or flat plane due to their nature. In this regard, in the present study, we experimentally investigate the gravity-driven slide of granular materials for various slope angles, material types, bed roughness, and flow regimes in 2D and 3D experimental setups.


identifier: Gagnon, M. (2019). Nonlinear Aeroelastic Coupling of Aircraft Aerostructural Systems  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire traite de l'aéroélasticité statique nonlinéaire appliquée aux avions en vol subsonique et transsonique lors de la conception préliminaire. L'objectif de ces travaux est de développer des méthodes d'analyse précises et à faible coût de calcul permettant l'exploration de l'enveloppe de design ou l'optimisation dans un contexte industriel de conception d'avions. Le modèle d'analyses par éléments finis est basé sur les éléments de poutre Euler-Bernoulli avec résolution nonlinéaire afin de prédire les grandes déformations d'ailes très flexibles. Le modèle aérodynamique est ensuite présenté, consistant en une méthode Vortex Lattice avec corrections nonlinéaires visqueuses basée sur la méthode alpha modifiée et une base de données de coefficients aérodynamiques 2.5D Reynolds-Averaged Navier-Stokes. Le couplage aéroélastique est réalisé de manière itérative, en maintenant la séparation des solveurs et en utilisant une interpolation conservative des efforts aérodynamiques basée sur les fonctions de formes des éléments de poutre. Une intégration directe de la géométrie à l'étude est réalisée grâce à l'utilisation d'un modeleur 3D afin d'automatiser la génération de maillages dans les outils d'analyse. S'ensuit la vérification du solveur structurel dans des cas linéaire et nonlinéaire en comparaison avec la théorie et NASTRAN, un solveur d'éléments finis très répandu. La robustesse de la méthode de résolution pour différentes orientations spatiales des poutres est montrée de même que l'ordre de précision de la solution. L'influence de différents paramètres comme le raffinement du maillage et l'utilisation de données visqueuses est déterminée pour un cas d'aile à allongement élevé. Les déflections et la torsion de l'aile sont comparées à des études utilisant des approches similaires et la précision des résultats numériques est discutée. Ensuite, l'utilisation de la méthode pour des conditions de vol subsonique et transsonique est étudiée pour un cas de renversement de contrôle sur une aile rectangulaire. La présente méthode est comparée avec un autre modèle aérodynamique de fidélité moyenne quant à sa capacité à prédire l'efficacité des commandes ainsi que le comportement du système aéroélastique. Finalement, l'application des méthodes d'analyse pour l'aéroélasticité d'avions commerciaux est démontrée dans le cas du NASA CRM, pour lequel des résultats aéroélastiques numériques et expérimentaux sont disponibles. Pour conclure, les limitations et possibles améliorations des méthodes sont discutées.  ABSTRACT: This thesis treats the subject of nonlinear static aeroelasticity applied to subsonic and transonic aircrafts in preliminary design. The objective of the work is to develop analysis methods that are accurate but with a low computational cost to allow design space exploration and optimization in an industrial commercial aircraft design process. The finite element analysis model is based on Euler-Bernoulli beam elements with nonlinear resolution to predict the large deformation of very flexible wings. A presentation of the aerodynamic model used is then provided, comprising a classic vortex lattice method that has been modified with nonlinear viscous correction based on the modified alpha method and a database of 2.5D Reynolds-Averaged Navier-Stokes aerodynamic coefficients. The aeroelastic coupling is performed iteratively and in a segregated fashion by using a conservative interpolation of loads based on the beam element's shape functions. A direct integration of the studied geometry into the framework is also done by the use of a solid modeler to provide a basis for automatic mesh generation from the CAD model into the analysis suite. Then, the verification of the structural solver is performed in linear and nonlinear cases against the theory and NASTRAN, a commonly used finite element solver. The robustness of the resolution method for various spatial orientation of the beams is also shown as well as the order of accuracy of the solution. The influence of different parameters such as mesh refinement and the use of viscous sectional data is then assessed for a case of subsonic high aspect-ratio wing. Wing deflection and twist are compared with other studies using similar approaches and the accuracy of the numerical results are discussed. Then, the use of the methodology for transonic and supersonic flight conditions is studied on a case of aileron reversal for a rectangular wing. The present method is compared with another medium fidelity aerodynamic model for its ability to predict control surface effectiveness as well as the behavior of the aeroelastic system. Finally, the application of the methods to analysis of aeroelasticity of commercial aircrafts is demonstrated on the NASA CRM, for which static aeroelastic data is available both numerically from various high-fidelity studies as well as experimental tests. To conclude, limitations and possible improvements of the methods are discussed.


identifier: Michaud, C. (2019). Méthode de diagnostic du niveau d'équité d'un réseau de transport collectif  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le présent mémoire s'inscrit dans une perspective d'émergence d'approches visant une intégration pratique des principes du développement durable en transport, plus précisément des enjeux sociaux liés à la mobilité des personnes. L'approche préconisée dans ces pages pour traiter d'équité repose sur le concept d'accessibilité, qui fait intervenir à la fois les réseaux de transport et l'aménagement du territoire et qui constitue un des principaux bénéfices dérivés des réseaux de transport. L'accent est mis tout particulièrement sur l'offre de transport collectif ainsi que sur les services de proximité, vu leur importance pour les personnes vulnérables du point de vue de la mobilité, particulièrement dans le contexte actuel d'étalement urbain et de dépendance automobile. L'hypothèse à la base de la méthode présentée dans ce mémoire avance que l'offre de transport en commun devrait favoriser les individus les plus défavorisés en matière de transport, soit ceux qui cumulent plusieurs facteurs de risque associés à une accessibilité restreinte.  ABSTRACT: This thesis lies within the general perspective aiming to incorporate sustainability principles into transportation planning practices, more precisely with respect to social issues regarding individual mobility. The approach developed here is based on the concept of accessibility, which combines both transport and land-use systems, helping grasp a better understanding of spatial phenomena. According to several authors, accessibility represents the main benefit associated with a transport system. This thesis focuses on public transport networks and local amenities, since they have both been shown to be highly important to vulnerable individuals in the context of daily life, especially in the context of sprawl and car dependency. The underlying hypothesis of this work stipulates that the supply of public transport should favor individuals who show a high vulnerability towards mobility. This lies in concordance with the literature on transport and social exclusion, which has highlighted that a lack of accessibility among these population groups increases their odds of experiencing difficulties reaching activities, thus increasing their risk of being socially excluded.


identifier: Mnasri, B. (2019). Spatially Distributed Interferometric Receiver for 5G Wireless Communications and Sensing Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de télécommunications sans fils ont connu une révolution et un succès sans précédent dans l'histoire humaine, et ce depuis l'introduction de la première génération des réseaux mobiles au début des années 1980. Alors que ce premier standard de communication était essentiellement basé sur des méthodes de modulation analogique du signal, ce qui ne permettait que la transmission de la voix, les générations des systèmes de télécommunications qui ont succédé depuis le deuxième standard mondial GSM, se sont basées sur la transmission numérique qui représente une plateforme universelle pour le traitement des données de toute sorte (voix, donnés texte, vidéos haute définition, etc, ). En effet, le traitement numérique du signal qui a débuté avec les premiers travaux sur la théorie de l'information, aux laboratoires Bell aux États-Unis vers la fin des années quarante du siècle passé, constitue le noyau dur de tous les standards de communication, y-compris la cinquième génération des réseaux 5G, dont la date d'entrée au marché mondial est prévue vers le début de l'année prochaine 2020.   En effet, les réseaux de communications sans fils actuels, avec au sommet de la pyramide le standard 4G-LTE, ne peuvent pas répondre aux attentes des utilisateurs et des entreprises en termes de débit de transmission de données qui ne cesse d'augmenter d'une façon exponentielle, et pouvant atteindre les 40 Exabytes par mois vers 2020. De plus, la naissance du concept de l'internet des objets (IoT) qui consiste en l'interconnexion d'un très grand nombre de mini-capteurs sans fils qui vont gérer des milliers, voire des millions d'activités des toutes sortes, tels que l'aide à la conduite des voitures dans les routes, le contrôle des températures et des feux dans les régions forestières, la transmission des données médicales des patients en temps réel vers les centres hospitaliers, etc.   Dans le but de répondre aux besoins actuels et futurs, la venue de la cinquième génération des réseaux des communications 5G est devenue urgente plus que jamais. En effet, ce nouveau standard ne sera pas une amélioration incrémentale de la 4G-LTE, mais sera plutôt toute une nouvelle plateforme intelligente offrant des débits de données allant jusqu'à plusieurs gigabits par seconde, avec un temps de latence ne dépassant pas 1 milliseconde dans le but d'assurer une qualité de service sans égal.  ABSTRACT: Wireless communication systems are one of the most famous success stories in the field of engineering in modern era. In fact, the birth of the first generation of mobile communications goes back to the early 1980's. This first standard was based on analog modulation with the aim of transmitting only voice signals. And with the progress made in signal processing techniques and the large-scale productions of digital integrated circuits, the second generations of wireless communications was introduced in the nineties of the last century. Since then, a new standard for wireless mobile systems has been introduced every ten years or so, with ever increasing data rates, lower latency and better quality of service, thanks to the adoption of sophisticated modulation schemes and robust error correcting codes, in conjunction with improved hardware capabilities over the years. The magic progress in wireless technologies is strongly related to the magnificent research work pioneered by Claude Shannon on information theory in 1948 at Bell-labs, in combination with continuous research efforts conducted by millions of brilliant minds worldwide.   However, the current wireless generation of wireless systems 4G-LTE is unable to follow the explosion of wireless traffic, which is trigged by the exponential demand for higher data rates, which would create monthly traffic of about 40 Exabytes by 2020. Moreover, the birth of Internet of Things (IoT) concept is a driving force towards the emergence of a huge platform of billions of interconnected devices and sensors, used to control and monitor an ever-increasing number of applications (forests fire detection, intelligent cars, real-time health monitoring for sick and old people , etc.). As a matter of fact, the upcoming of the fifth generation (5G) of wireless mobile networks has become a very urgent necessity in order to meet the widely-discussed system requirements in terms of capacity, latency and quality of service.  Consequently, elements of the physical layer must be redrawn and reorganized in order to avoid the prohibited cost of network deployment and power consumption of billions of interconnected devices.


identifier: Berger, M. (2019). Contributions to Modeling, Simulation, and Analysis of Three-Phase Dual Active Bridge Converters for Dc-Grid Integration  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le convertisseur cc-cc bidirectionnel isolé triphasé à deux ponts actifs (3p-DAB) est largement étudié pour son utilisation dans les réseaux à courant continu de nouvelle génération. Son intégration nécessite une modélisation précise de ses caractéristiques petit et grand signal. De plus, sa caractérisation précise en mode dégradé d'opération est un sujet important pour le développement de réseaux fiables et résilients. L'application de stratégies de modélisation bien connues au convertisseur 3p-DAB, tant en fonctionnement normal que dégradé, n'est pas triviale du fait de sa structure cc-ca-cc, des différentes connexions possibles de transformateurs triphasés et du nombre plus élevé d'interrupteurs par rapport à d'autres topologies connues. L'absence de modèles petits signaux précis ainsi que de modèles grands signaux numériquement efficace du 3p-DAB est la principale motivation des développements présentés dans cette thèse. Trois contributions principales se dégagent de ce travail. Cette thèse contribue d'abord à l'identification des limites de l'approche conventionnelle de moyennage en espace d'état (SSA) pour la détermination des impédances d'entrée ZD et ZN du convertisseur 3p-DAB. Ces deux fonctions de transfert sont nécessaires à l'application du théorème d'éléments supplémentaires (EET) de Middlebrook qui est largement utilisé par les concepteurs en électronique de puissance pour prévenir la dégradation des performances dynamiques ainsi que les conditions d'instabilité lors de l'ajout d'un filtre d'entrée. La détermination précise de ZD et ZN est également importante pour déduire les caractéristiques petit signal en boucle fermée du convertisseur à partir de son modèle en boucle ouverte. Bien qu'il soit démontré que l'approche généralisée de moyennage en espace d'état (GSSA) peut être utilisée pour surmonter les limites de la méthode SSA pour l'évaluation de ZD, un nouveau modèle hybride combinant SSA et GSSA est proposé pour le calcul de ZN.  La deuxième contribution de cette thèse est le développement d'un modèle moyenné généralisé (GAM) précis et efficace permettant la simulation de réseaux utilisant des convertisseurs 3p-DAB dans des logiciels d'analyses de transitoires électromagnétiques.  ABSTRACT: The three-phase dual active bridge (3p-DAB) isolated-bidirectional dc-dc converter (IBDC) is widely investigated in next-generation dc-grids. Its successful integration requires an accurate representation of its small- and large-signal characteristics. Furthermore, accurate characterization of converters behavior in degraded-mode is an important topic for the development of reliable and resilient dc-grids. The application of well-known modeling strategies to 3p-DAB converters in both normal and degraded operations is not trivial due to its dc-ac-dc structure, the different possible three-phase transformer connections and the higher number of switches compared to other well-known IBDC topologies. The absence of accurate small-signal models as well as computational efficient large-signal models of the 3p-DAB has motivated the developments presented in this thesis. Three main contributions are emerging from this work.  This thesis first contributes to the identification of the limitations of the basic state-space averaging (SSA) approach for the determination of the driving point ZD and null driving point ZN input impedances for 3p-DAB converters. These two transfer functions are necessary for the application of Middlebrook's extra element theorem (EET) which is broadly used by practicing power electronic designers to avoid dynamic performance degradation or instability conditions in the presence of an additional input filter. The accurate determination of ZD and ZN is also important to derive the closed-loop small-signal characteristics of converters from its open-loop characteristics. While it is shown that the generalized state-space averaging (GSSA) approach can be used to overcome SSA limitations to evaluate ZD, a new hybrid SSA and GSSA multi-input multi-output (MIMO) model, which combines SSA and GSSA, is proposed to evaluate ZN.  The second contribution of this thesis is the development of an accurate and computational efficient generalized average model (GAM) which enables system-level simulation of dc-grids with 3p-DAB converters in electromagnetic transient type (EMT-type) programs. The proposed model is rigorously compared with alternative modeling techniques: ideal-model, switching-function (SWF) and state-space averaging (SSA). It is concluded that the GAM model provides an optimal solution when accuracy of transient response, reduction in computation time, and wideband response factors are considered.


identifier: Guertin, R. (2019). Détection multi-gas avec interféromètre de Fabry-Perot sur puce de silicium  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La réplique d'un nez biologique est depuis longtemps un sujet sur lequel les chercheurs travaillent, car l'odorat est l'un des derniers sens à avoir son équivalent artificiel. Ce sens nous permet d'identifier des millions d'espèces chimiques dans l'environnement qui nous entoure et agit à la fois comme dispositif de santé-sécurité ainsi que d'identification de substances dont l'on se sert tous les jours. Les nez artificiels voient plusieurs applications potentielles telles que la détection du cancer, la détection de méthane et de gaz irritants chez les bovins, la sécurité minière ainsi que les contrôles de qualité. Inspiré du nez humain, ce projet se base sur une matrice de senseurs fonctionnalisés avec des polymères non sélectifs pour faire l'analyse de mélanges gazeux et ainsi en déterminer les concentrations. Le senseur est fabriqué sur puce de silicium en gravant verticalement deux miroirs de Bragg formant une cavité Fabry-Perot. Il est fonctionnalisé en remplissant la cavité de différents polymères tels que le PDMS, le PEG et le SU8. Lorsqu'exposés à des gaz, ces polymères prennent de l'expansion et déforment les cavités Fabry-Perot ce qui entraîne un changement de la fréquence de résonance de la cavité. Les décalages en longueur d'onde sont ensuite corrélés avec les concentrations de gaz auxquelles le senseur est exposé. Le projet vise à montrer la possibilité de déterminer les concentrations de mélanges gazeux. Les gaz mélangés sont le butanol, l'IPA, des vapeurs d'eau ainsi que l'acide valérique. Il sera montré que la limite de détection, dans un cas de mélange, atteint 8,1 ppm pour l'acide valérique. Il sera aussi montré que les polymères, de manière individuelle, n'offrent aucune sélectivité pour un mélange de gaz. Toutefois, l'ensemble de leurs signaux permet de faire les mesures de concentrations avec des erreurs relatives 7,7% et de 21% pour un mélange d'eau et d'IPA respectivement. D'autres propriétés du senseur, telles que la sensibilité aux différents gaz, la sélectivité, les limites de détections ainsi que le temps de réponse seront présentés.  ABSTRACT: The replication of a biological nose is one of the last sense that we are not able to fully achieve. Smell allows us to identify million different chemical species in our surroundings and can be used as a safety and an identification organ that we rely on every day. Artificial noses could have a great impact on applications such as cancer detection, increase security in mines and quality control of industrial processes. Inspired by the human nose, this project is based on a non-selective polymer optical sensor array to analyse gas mixtures and to predict their concentrations. The sensor is made of two silicon air Bragg mirrors etched vertically on a silicon chip to form a Fabry-Perot cavity. The cavities are filled with different polymers such as PDMS, PEG and SU8 as their sensitive elements. When exposed to a gas, swelling of the polymers can be observed, which widens the Fabry-Perot cavity causing a shift of the resonant frequency. This change in frequency is then directly correlated to gas concentrations. This project will demonstrate the possibility to predict the individual concentrations of different gas mixtures such as IPA, butanol, water vapors and valeric acid. Even though polymers are sensitive to a wide variety of gas, it will be shown that by combining multiple signals it is possible to get selectivity between two gases. Limits of detection as low as 8,1 ppm for valeric acid is obtained while being in a mixture. Relative errors of concentrations as low as 7,7% and 21% are obtained for water vapors and IPA mixture respectively. Finally, other properties of the sensor such as sensitivity, selectivity, limit of detection and time response will be presented.


identifier: Bianki, M.-A. (2019). Mémoire tampon formée d'un guide d'onde de résonateurs couplés en forme de disques à bord biseauté superposés  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La grande vitesse de la lumière permet de sonder les confins du cosmos ou d'avoir des discussions quasi instantanées d'un bout à l'autre du globe. Cependant, dans certains cas, il est préférable de ralentir celle-ci. En télécommunication, les noeuds du réseau orchestrent le passage de toute l'information. Pour l'instant, de lents routeurs électroniques convertissent les signaux lumineux provenant de fibres optiques afin de les analyser et de les diriger vers le prochain noeud du réseau sous forme de signaux lumineux. Ces conversions ainsi que le traitement de l'information consomment énormément d'énergie par effet Joule. Un routeur optique permettrait donc une vitesse accrue du passage de l'information et une baisse de la consommation énergétique. Une ligne à retard optique est nécessaire à ce dispositif pour garder en mémoire le paquet d'informations avant de le rediriger. Ce dispositif sert aussi pour l'ordinateur optique comme mémoire temporaire. En quantique et en optique non linéaire, elle est utilisée pour améliorer l'interaction lumière-matière. Plusieurs structures permettent d'induire un délai telles qu'un long guide d'onde ou un milieu dispersif. Un autre type, le guide d'onde de résonateurs couplés, est intéressant pour sa petite taille et sa grande bande passante. Le couplage de plusieurs résonateurs l'un à la suite de l'autre en une structure périodique permet de ralentir la lumière. Les résonateurs sont caractérisés par le facteur de qualité qui est inversement proportionnel aux pertes optiques. Il est plus élevé pour les disques que les anneaux. L'ajout d'un biseau au bord des disques permet de repousser le mode optique vers le centre du disque et d'améliorer, une fois de plus, le facteur de qualité. Le couplage horizontal n'est cependant plus possible. Le design proposé est donc un guide d'onde de disques biseautés en silice couplés verticalement sur piliers de silicium. L'objectif principal est la preuve de concept de cette structure avec le design, la simulation, la fabrication et la caractérisation de celle-ci. Ainsi, les techniques d'angle de Mach et de photonique 3D sont utilisées pour la microfabrication. Le délai induit maximal est de 85 ps pour une ligne à retard de 11 cavités avec des pertes de 43 dB et une bande passante de 98pm. Les conclusions sont que le facteur de qualité est le paramètre à optimiser puisqu'il limite le délai maximal. Ensuite, il est nécessaire d'ajuster le couplage pour maximiser le ralentissement. La proposition et la fabrication d'un guide d'onde de disques biseautés couplés verticalement sont des premières selon la littérature. Malgré que la ligne à retard peut être encore optimisée, la lumière est bien couplée à l'entrée de la structure et récupérée à la sortie pour un maximum de 11 cavités avec un facteur de ralentissement de 5,8.  ABSTRACT: The speed of light has a great value. It is useful in many cases like astronomy or telecommunications. Conversation around the globe are practically instantaneous. But in some other cases, it is necessary to slow light. Electronic routers are slow and consume a lot of energy. It might be better to have optical routers which don't need optical-electrical conversion of information. To build them, one needed component is an optical delay line. It acts like memory for the information packet while the router is processing the header to send it to the next node of the network. It is also useful in quantum optics and non-linear optics by increasing the light-matter interactions. There are many ways to delay light like with a very long waveguide or a dispersive device, for example. Another type, a coupled resonator optical waveguide, is composed of a periodic set of resonators in line and coupled between each other. In this structure, the light is slowed down. Resonators can take the form of rings or disks. The disk quality factor is higher than the rings. In other words, there is less loss in this kind of resonator than in rings. Adding a wedge at the border of the disk push the optical mode toward the center. By doing so, the quality factor is increased. However, horizontal coupling is no more possible. By placing the wedge disks in two layers, it is possible to couple them vertically. The proposed design is a coupled resonators optical waveguide made of wedge silica disks on silicon pillars and coupled vertically. By using Mach angle and photonic 3D techniques, the device is microfabricated. The obtained delay is 85 ps for an eleven cavity long structure with 43 dB of optical loss and a bandwidth of 98pm. Conclusions are that the quality factor determines the maximum possible delay. It is therefore important to maximize this value. Furthermore, the coupling coefficient must be optimized to maximise the slowing factor. It is the first time this structure is proposed and fabricated. Although it can be optimized further, light was successfully coupled in and out through eleven wedge disks coupled vertically. A slow factor of 5,8 was obtained.


identifier: Dayi, O. (2019). Méthodologie d'amélioration de l'agilité des chaînes logistiques - Application à une chaîne logistique d'un produit aéronautique  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Suite à l'évolution continue de l'industrie manufacturière et à la mondialisation des marchés, la compétitivité entre les différents acteurs du marché est poussée aux limites. D'un côté, les clients ne se contentent plus d'un produit standard à faible coût, mais exigent des produits personnalisés qui correspondent à leur besoin. D'un autre côté, il y a la vulnérabilité de l'environnement industriel face à des évènements comme l'interruption de l'approvisionnement, la carence des fournisseurs, le changement des régulations internationales, la variabilité de la demande, la fiabilité de l'information, etc. Ces perturbations entravent le bon déroulement des opérations de la chaîne logistique et engendrent ainsi des résultats néfastes sur sa performance. Par conséquent, un nouveau mode de gestion de la chaîne logistique présente, actuellement, un enjeu important. La littérature a montré l'évidence de passer d'une gestion traditionnelle, qui se concentre sur la recherche de solutions stationnaires en minimisant les coûts opérationnels et en considérant des réseaux d'approvisionnement centralisés, à une gestion agile, qui consiste à créer de plus en plus de partenariats et des réseaux, à renforcer la confiance entre les acteurs, à répondre en temps réel aux besoins des clients et à savoir adapter rapidement sa stratégie pour atteindre ses objectifs malgré les aléas d'un environnement de marché turbulent. À la lumière de ces éléments, la présente thèse consiste à développer une nouvelle méthodologie d'amélioration de l'agilité dans une chaîne logistique pour qu'elle s'adapte aux différents changements perçus dans l'environnement industriel. Bien que plusieurs travaux ont montré que l'utilisation de la gestion agile de la chaîne logistique permet de répondre aux défis de l'environnement industriel, il existe des lacunes et des confusions entre les termes « Agilité », « Flexibilité », « Réactivité » et « Adaptabilité », ou ne couvrent pas l'ensemble des dimensions de la chaîne logistique. Nous répondrons à ces lacunes en proposant un nouveau cadre d'analyse permettant de définir les éléments clés de l'agilité, à savoir, les facteurs-conducteurs et leurs dimensions, les objectifs, les niveaux et les leviers d'améliorations de l'agilité dans la chaîne logistique. Après une description rigoureuse du principe d'agilité de la chaîne logistique et en considérant la multitude des principes d'amélioration de l'agilité, il n'est pas simple pour une entreprise de déterminer les initiatives d'améliorations appropriées qui assurent une meilleure performance de la chaîne logistique, ainsi que les actions à réaliser pour atteindre le niveau d'agilité souhaité.  ABSTRACT: As a result of the continuous evolution of the aeronautic industry and the globalization of markets, competitiveness between the various market players is being pushed to the limits. Customers' expectations are no longer met with standard low-cost product. Making customization a necessity in an environment that is subject to various sources of vulnerability such as supply disruptions, supplier shortages, changes in international regulations, demand variability, information reliability, etc. These disruptions affect the supply chain operation flow and thus generate a negative impact on the supply chain performance. Therefore, a new mode of managing the supply chain presents, currently, a major challenge. The literature has shown the need to move from traditional management, which focuses on finding stationary solutions by minimizing operational costs and considering centralized supply networks, to agile management. The latter consists of creating more and more partnerships and networks, building trust between players, responding in real time to customer needs and being able to quickly adapt its strategy to achieve its objectives in a volatile environment. In the light of these elements, the present thesis consists of developing a new methodology for the integration of agility improvement principles in a supply chain that is adapted to the industrial environment. Although several studies have shown that the use of agile supply chain management to meet the challenges of the industrial environment, there are gaps and confusion between the terms "Agility", "Flexibility", "Reactivity" and "Adaptability", or does not cover all dimensions of the supply chain. In this context, this thesis fills these gaps by proposing a new analytical framework to define the key elements of agility, namely, supply chain agility drivers, objectives and enablers. After a rigorous description of the supply chain agility paradigm and considering the multitude of agility enablers, it is not easy for a company to identify appropriate improvement initiatives that ensure better supply chain performance, as well as the actions to be taken to achieve the desired level of agility. To address this issue, this thesis proposes a methodology composed of a preliminary evaluation step that aims to assess the overall level of supply chain agility. Based on this evaluation, an approach is developed to integrate the supply chain agility improvement initiatives.


identifier: Gelle, L. (2019). Traçage noyau et distribué d'applications réparties pour l'analyse de la performance  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'essor de l'infonuagique s'est accompagné de la transition depuis les applications monolithiques, lourdes et complexes à maintenir, vers les applications réparties sous forme de services flexibles et performants. Grâce à l'amélioration des outils de déploiement et de mise à l'échelle, ces dernières ont une efficacité accrue, une meilleure résistance aux pannes ainsi qu'un meilleur découpage sous forme de services développés indépendamment. Toutefois, les applications réparties présentent des difficultés nouvelles liées à leur transparence de fonctionnement et à leur débogage. Une simple requête peut donner lieu à des dizaines de sous-requêtes interdépendantes et traitées par des machines physiques différentes. Le traçage distribué permet partiellement de répondre au problème en fournissant à l'utilisateur une vue en cascade de chaque requête au complet, incluant les durées de chaque sous-requête. C'est une technique précieuse qui permet d'identifier rapidement des requêtes défaillantes et des services anormalement lents. En revanche, et alors même que les applications ciblées sont conçues pour exécuter plusieurs requêtes en parallèle, le traçage distribué ne permet pas d'expliquer les causes d'une latence lorsque celle-ci découle d'une contention entre services ou entre requêtes concurrentes. L'objectif de ce projet de recherche est d'étendre le traçage distribué à l'analyse de cause racine appliquée à des problèmes de contention. Notre hypothèse de travail est que, grâce à l'ajout d'événements de bas niveau issus de traces noyau, il est possible de créer des algorithmes permettant à l'utilisateur de comprendre la cause d'une latence observée dans une application distribuée. Nous proposons à cette fin de combiner le traçage distribué avec le traçage logiciel, de la collecte des événements à leur analyse ultérieure.  ABSTRACT: Cloud applications have transitioned from centralized to distributed architectures deployed as smaller services. Tools for deploying and scaling distributed applications have made them more flexible, more efficient, more resilient and easier to maintain than their monolithic counterparts. However, distributed applications are also more difficult to analyze and debug. Indeed, a single user request can trigger tens of subrequests than span across multiple services and physical machines. Distributed tracing partially addresses this problem by providing the user with the complete flow of a given request and the duration of each of its subrequests. While it is very useful for identifying faults and slow services, it fails at explaining the root cause when it is related to contention between services or requests. This is even more critical since distributed applications are often built for concurrency. The objective of this research project is to extend distributed tracing to the root cause analysis of contention in distributed applications. Our assumption is that we can include low-level kernel events to trace analyses to better understand the cause of detected latency. To that end, we propose combining distributed tracing with kernel tracing, from collecting to analyzing the events. We designed a technique for collecting and synchronizing high-level distributed tracing events and low-level kernel events altogether. Our solution is based on instrumenting a distributed tracer with a software tracer that operates in user space. We used Jaeger as a distributed tracer and LTTng as a software tracer for our implementation. We showed that the performance impact of our solution could be controlled by lowering the sampling frequency of tracing in the target application.


identifier: Louyot, M. (2019). Modal Analysis of a Spinning Disk in a Dense Fluid as a Model for High Head Hydraulic Turbines  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les turbines Francis de hautes chutes et dans les pompes-turbines en particulier, les Interactions Rotor Stator (RSI) sont une source d'excitation inévitable qui doit être prédite avec précision. Une connaissance pointue des caractéristiques dynamiques des turbines, notamment de la variation des fréquences naturelles du rotor en fonction de la vitesse de rotation et de la masse ajoutée de l'eau avoisinante, est essentielle à la prédiction de résonances potentielles et de l'amplification des vibrations résultantes. Dans ces machines, la couronne et la ceinture de la roue ainsi que les flasques supérieur et inférieur possèdent une structure similaire à un disque, ce qui donne lieu à l'apparition de modes diamétraux et à un phénomène de séparation des fréquences pour lequel aucune méthode de prédiction efficace n'existe à ce jour. Les méthodes d'Interactions Fluide-Structure (IFS) complètement couplées coûtant trop cher en temps de calcul, un modèle simplifié basé sur l'approche de force modale serait un outil puissant en terme de design et de prédiction de temps de vie de ces turbines. Ce travail présente le développement d'un modèle analytique et d'un modèle de Mécanique des Fluides Numérique (CFD) pour les disques en rotation dans un fluide dense, permettant la prédiction précise de la séparation et du décalage des fréquences qui sont observés expérimentalement. De plus, une explication sur l'origine physique du phénomène de séparation des fréquences en est déduite. Ces modèles sont validés par comparaison avec des données expérimentales.  ABSTRACT: In high head Francis turbines and pump-turbines in particular, Rotor Stator Interactions (RSI) are an unavoidable source of excitation that needs to be predicted accurately. Precise knowledge of turbine dynamic characteristics, notably the variation of the rotor natural frequencies with rotation speed and added mass of the surrounding water, is essential to assess potential resonance and resulting amplification of vibrations. In these machines, the disk-like structures of the runner crown and band as well as the head cover and bottom ring give rise to the emergence of diametrical modes and a mode split phenomenon for which no efficient prediction method exists to date. Fully coupled Fluid-Structure Interaction (FSI) methods are too computationally expensive; hence, a simplified method based on the modal force approach would be a powerful tool for the design and expected life prediction of these turbines. This work presents the development of both an analytical and a numerical Computational Fluid Dynamics (CFD) model for a rotating disk in dense fluid, which accurately predict the natural frequency split as well as the natural frequency drift that are observed empirically. Additionally, insight is given on the physical origin of the mode split phenomenon. These models are validated by comparison with experimental data.


identifier: Julien, K. (2019). Différences de protection entre les versions d'un logiciel : étude de cas des changements, liens causaux et perspectives pour la réparation automatique des défaillances  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications Web mettent en place des politiques de contrôle d'accès pour protéger leurs utilisateurs en restreignant les accès aux actions et aux données. Lors de l'évolution de l'application, en introduisant des nouvelles fonctionnalités ou en corrigeant des erreurs, les développeurs peuvent accidentellement briser la politique de contrôle d'accès et injecter des vulnérabilités dans l'application. L'une des techniques applicables pour prévenir et réparer l'injection de ces vulnérabilités est l'utilisation d'analyses statiques afin d'étudier les propriétés du programme, et de comparer les propriétés de deux versions successives. Si les propriétés sont différentes, il est possible qu'une vulnérabilité ait été injectée. Pour aborder ce problème, nous extrayons donc les propriétés de protection des instructions d'un programme par Analyse de Flux de Traversement de Motif (PTFA), et nous considérons les différences de protection entre deux versions d'un projet comme un ensemble de vulnérabilités à corriger. Après avoir revu l'antériorité de l'étude du problème de réparation automatique de logiciel, nous étudions les cas de différence de protection afin de proposer deux modèles de réparation de ces différences, en recherchant des patchs dans deux espaces différents. Le premier consiste à réverser les changements faits entre les deux versions que l'on soupçonne comme responsables des différences de protection. Cette solution s'appuie sur l'étude des Changements Impactant la Protection (PIC), et est précédée d'une étude des limites de ceux-ci. Nous définissons un cadre pour ce modèle et nous démontrons formellement qu'il permet de générer un patch corrigeant les vulnérabilités ciblées. Nous le mettons ensuite en application afin de mesurer ses performances sur trois jeux de données, comportant au total 148 paires de versions issues de deux applications php différentes, WordPress et MediaWiki, et à deux niveaux de granularité de versionnage différents. Le deuxième consiste à insérer des motifs de sécurité aux emplacements adéquats du programme. Nous définissons un cadre pour ce modèle et nous montrons formellement qu'il permet de générer un patch corrigeant les vulnérabilités ciblées.  ABSTRACT: Web applications need access control policies to restrict the access to data and actions in order to protect their users. During the evolution of the application, while adding functionalities and correcting bugs, developers can unintentionally break the access control policy and introduce vulnerabilities into the application. A possible approach to prevent and repair the introduction of these vulnerabilities is the application of static analysis in order to extract the properties of the application, and to compare the properties between two successive versions. When the properties are different, a vulnerability has possibly been introduced. To study this problem, we extract protection properties of the statement of the program with a Pattern Traversal Flow Analysis (PTFA), and we take the protection differences between two versions as a set of vulnerabilities to correct. After having reviewed the state-of-the-art of software automatic repair and patch generation, we study the protections difference in order to introduce two models to repair those differences, using two distinct research spaces. The first model uses a partial reversion of the changes suspected to be the cause of the protection differences. This approach is based on the Protection Impacting Changes (PIC) analysis, and is deduced from a study of the limits of this analysis. We define a scope for this model and we prove that it successfully produces patch correcting the targetted vulnerabilities. In order to measure its performance, we apply this model on three data sets, adding up to 148 version pairs, from two distinct php applications, WordPress and MediaWiki, and two granularity levels of versioning. The second model uses the insertion of security patterns at the appropriate places. We define a scope for this model, and we prove that it successfully produces patch correcting the targetted vulnerabilities.