identifier: Some, A. (2013). Amélioration des prévisions environnementales de tables entrées/sorties par l'utilisation d'un modèle économique d'équilibre général  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nombreux pays voient dans les biocarburants une solution idéale de remplacement des combustibles fossiles en particulier avec le problème des émissions de gaz à effet de serre (GES) qui devient de plus en plus préoccupant. Néanmoins, certaines préoccupations demeurent quant aux avantages globaux de production de biocarburants à grande échelle et il semble que la mise en place d'outils environnementaux plus complets soit nécessaire pour bien comprendre les implications de leur mise en oeuvre. En particuliers, l'implantation d'une méthode permettant de calculer les impacts environnementaux d'un changement survenant au sein de l'économie permettrait de prendre la pleine mesure des conséquences entrainées par les politiques de biocarburants. Les tables entrées/sorties ou tables Input/ Output sont particulièrement appréciées en analyse macroéconomique car elles permettent de décrire les échanges monétaires entre les différents secteurs d'une économie d'un pays ou d'une région. Certaines d'entres elles s'accompagnent d'extensions environnementales qui caractérisent les émissions de chaque secteur économique pour un certain nombre de substances. Le but de l'analyse environnementale Input/ Output est de fournir une modélisation des impacts environnementaux survenant au sein des secteurs économiques d'une région modélisée. Néanmoins ce type d'analyse a uniquement fait l'objet d'études se concentrant sur un nombre restreint de secteurs plutôt que sur l'économie globale. Or, la structure même des tables I/O se base sur une interdépendance entre les secteurs. Étudier un changement économique majeur en ne modélisant la demande que pour quelques secteurs revient donc à sous estimer les impacts appartenant aux secteurs non considérés. GTAP (l'acronyme de Global Trade Analysis Project) est un modèle économique d'équilibre général qui s'appuie sur des tables I/O nationales pour étudier les variations causées par un changement majeur dans l'économie. Il contient aussi d'autres paramètres économiques tels que les échanges bilatéraux entre les pays ce qui lui permet de fournir une modélisation précise des relations entre tous les acteurs économiques du monde. Les tables I/O générées par GTAP sont donc plus complètes que les tables I/O classiques en ce sens que la modélisation de GTAP a intégré des paramètres macro-économiques beaucoup plus variés que ceux utilisés traditionnellement en analyse I/O. Cependant si les tables I/O classiques se basent sur une vi relation fixe entre les secteurs et non sur la modélisation des nouveaux paramètres d'interdépendance suite à une perturbation, le modèle GTAP ne fournit pas d'extensions environnementales reliées aux secteurs économiques ce qui rend difficile la modélisation des conséquences environnementales provoquées par des perturbations économiques. Dans ces conditions, une opportunité de coupler les résultats du modèle GTAP avec les extensions environnementales de la base I/O a été identifiée. De récents développements au sein de GTAP permettent également de modéliser les changements d'utilisation des terres à partir desquels les émissions de gaz à effet de serre, qui leur sont associées, peuvent être calculées. Dans cette étude le modèle GTAP a été utilisé pour deux scénarios : un scénario dit de base qui modélise la croissance économique et démographique prévue à l'horizon 2020. L'autre scénario dit biocarburants qui reprend les mêmes hypothèses économiques que le scénario de base, mais qui incorpore également deux politiques nationales de biocarburants.. Les résultats économiques du modèle GTAP ont été couplés avec les extensions environnementales d'une table I/O internationale. Les impacts dus au changement d'utilisation des terres ont été calculés en utilisant à la fois les données de GTAP et les facteurs du Groupe Intergouvernemental sur l'Évolution du climat (GIEC) Les résultats montrent que pour la plupart des indicateurs environnementaux, le scénario de base cause moins d'impacts environnementaux que le scénario biocarburant. De plus, même si le scénario biocarburant est conçu pour réduire les émissions de gaz à effet de serre cela ne semble pas être le cas. Ce surprenant résultat est causé par les émissions provenant du changement d'utilisation des terres entrainé par les politiques de biocarburants. Néanmoins la différence entre les deux scénarios reste faible si elle est comparée aux impacts environnementaux causés par la croissance économique. Cette étude souligne qu'utiliser GTAP afin de déterminer les données économiques qui sont ensuite couplées directement avec les extensions environnementales des tables I/O permet d'obtenir une ACV se basant sur des variations économiques calculées par un modèle d'équilibre et non sur des relations fixes entre les secteurs. À ce titre, l'analyse I/O proposée dans cette étude permet, grâce à l'utilisation de GTAP, de modéliser des impacts environnementaux plus représentatifs des relations vii d'interdépendance entre les différents secteurs d'une économie touchée par une perturbation que dans le cadre d'une analyse I/O traditionnelle. L'incorporation des émissions provoquées par le changement d'utilisation des terres améliore l'exhaustivité de la méthode.  ABSTRACT: Many countries see biofuels as an ideal replacement to fossil fuels especially when greenhouse gas (GHG) emissions reductions are concerned. Nevertheless, some concerns remain about the overall benefits of large-scale biofuel production and it seems that more comprehensive tools are required to fully understand the implications of their implementation. Input/Output tables describe monetary trades between sectors among a whole economy. Some of them have included environmental extensions that link emitted substances to the economic sectors. I/O analyses are therefore able to model life cycle emissions of an economy. These I/O analyses however have been used in case studies that aim only at a few economic sectors and not at the global economy. The structure of the I/O tables yet relies on the interdependance among sectors. Studying a major economic change while changing only the demand for a few sectors may therefore not consider every affected sector and ultimately underestimate the impacts. GTAP1 is a computable general equilibrium model that relies on national I/O tables to assess the variations due to a major change in the economy. But the model also uses specific economic parameters such as bilateral trade flows between countries. Thus I/O tables that are generated by GTAP are more complete than classical I/O analysis because they have been calculated using more economic relationships. It therefore seems interesting to couple economic results from GTAP with environmental extensions from an I/O database to obtain the environmental impacts for the whole economy of a given region. Recent developments in GTAP have also enabled to model direct and indirect land use changes and the related greenhouse gas emissions using IPCC conversion factors. In this study, GTAP model has been run for two scenarios: a baseline scenario modeling the economic and demographic growth by 2020 assuming a business as usual situation; a biofuel scenario, assuming the same economic hypothesis but also including two national policies regarding biofuels. Economic variations given by GTAP model have then been coupled with the environmental extensions of EXIOBASE an I/O database. Land use change impacts have been 1 Global Trade Analysis Project ix calculated coupling GTAP land use data and IPCC factors. Results show that for most environmental indicators, the baseline scenario causes fewer impacts than the biofuel scenario. In addition, even though the biofuel scenario is designed to mitigate climate change, it causes more impact on the climate change indicator. This unexpected result is due to the emissions from land use changes caused by the biofuel policies. Nevertheless the difference between the two scenarios remains slight if they are compared to the environmental impact of economic growth. Using GTAP to calculate the economic data that are then coupled directly with environmental I/O tables enables a more complete LCA compared to classical I/O analysis. The inclusion of the emissions due to land use change improves the completeness of the method.


identifier: Lebailly, F. (2013). Application d'une méthode d'analyse du cycle de vie dynamique pour l'évaluation de l'impact toxique des métaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans la société actuelle, l'impact toxique des substances chimiques sur la santé humaine et l'environnement est de plus en plus marqué. La complexité des mécanismes d'action des divers contaminants fait qu'il est difficile de relier les sources de pollution liées aux activités humaines et les dommages observés sur les individus et les écosystèmes, d'autant plus que ceux-ci peuvent se produire à court ou à long terme. L'analyse du cycle de vie fait partie des outils reconnus permettant d'évaluer les impacts potentiels de produits ou services. En ce qui concerne les impacts écotoxiques sur les milieux aquatiques, l'ACV s'efforce de caractériser l'effet des composés chimiques relâchés dans l'environnement en tenant compte de leur devenir et de l'exposition des différents organismes au moyen d'un facteur de caractérisation. L'écotoxicité s'avère être une catégorie de dommages particulièrement sensible aux aspects temporels, car les modes d'émissions de polluants sont très variables et leur devenir dans l'environnement dépend de phénomènes physico-chimiques dynamiques. Cependant, les modèles actuels supposent des régimes permanents. Alors que l'impact toxique des substances augmente au cours du temps à cause de leur persistance dans l'environnement, seule la valeur finale de l'impact, correspondant à une intégration pour un horizon de temps infini, est connue. Les métaux dont la durée de vie est quasi infinie obtiennent des facteurs de caractérisation très élevés qui paraissent disproportionnés par rapport à ceux obtenus pour les composés organiques. Plusieurs travaux visent actuellement à réduire les incertitudes reliées à la variabilité temporelle en ACV, qu'il s'agisse de la phase d'inventaire des émissions ou de la phase de caractérisation. L'objectif de ce mémoire est de développer une méthode d'ACV dynamique pour l'évaluation de l'impact des métaux sur l'écosystème aquatique en ÉICV. Pour cela, de nouveaux facteurs de caractérisation dépendants du temps ont été calculés et permettent d'obtenir la distribution temporelle des impacts. La spéciation des métaux et la régionalisation ont été prises en compte dans les calculs afin de discuter de leur influence sur l'ampleur, mais aussi sur le profil, des impacts. L'étude de cas de la fertilisation à l'oxyde de zinc pour l'agriculture vise à montrer que l'adoption d'une méthodologie d'ACV dynamique apporte de nouvelles informations pertinentes pour l'interprétation des impacts. La comparaison entre ACV dynamique et ACV traditionnelle permet de mettre en évidence l'influence des aspects temporels pour la prise de décisions. vi Dans un premier temps, des facteurs de caractérisation dynamiques ont été estimés pour 18 métaux (Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V et Zn) en introduisant la variable temporelle dans la modélisation du devenir des substances. Les facteurs d'exposition et d'effet ont été considérés comme constants au cours du temps. Le modèle multimédia USEtox a été utilisé afin d'effectuer un bilan de masse sur l'environnement après une émission de 1 kg de chaque métal. Un système d'équations différentielles a ainsi été établi puis résolu en régime dynamique et non plus en régime permanent. La région d'émission, la dissolution et la spéciation qui sont des aspects déterminants pour le devenir des métaux sont pris en compte. Pour cela, un modèle régionalisé de USEtox, des cinétiques de dissolution et différents archétypes d'eau ont été considérés. Deux types de facteurs de caractérisation ont été obtenus : un facteur de caractérisation instantané correspondant à l'impact au temps t écoulé depuis l'émission et un facteur de caractérisation cumulatif correspondant à l'impact total cumulé entre les temps 0 et t. L'étude de cas de la fertilisation à l'oxyde de zinc pour la culture du maïs comprend les étapes de production, de transport et d'épandage de l'engrais. L'évaluation dynamique des impacts écotoxiques causés par les émissions de zinc repose sur la désagrégation de l'inventaire, (répartition des émissions en fonction du temps) et la caractérisation dynamique (utilisation des nouveaux facteurs de caractérisation dépendants du temps). Ces deux étapes ont permis d'obtenir la distribution des impacts du zinc au cours du temps. L'analyse des facteurs de caractérisation dynamiques révèle que le devenir des métaux dépend du compartiment d'émission (air, eau douce, mer ou sol ) et de la nature du métal. Ces deux paramètres influencent aussi bien la quantité maximale de contaminants présente dans le milieu aquatique que leur persistance. Pour des horizons de temps très élevés, les facteurs de caractérisation dynamiques et traditionnels sont égaux ce qui démontre la validité de la méthodologie. Le temps nécessaire pour que les valeurs des facteurs de caractérisation dynamiques convergent vers leur valeur non dynamique dépasse plusieurs centaines voire milliers d'années pour tous les métaux. Neuf métaux seulement produisent plus de la moitié de leur impact dans les 100 premières années suivant l'émission. La distribution des impacts en fonction du temps est significativement influencée par la région d'émission des métaux et en moindre mesure par la spéciation. Les impacts se produisent plus rapidement dans les pays caractérisés par des temps de résidence dans l'eau courts tels que le Brésil. Les résultats de l'étude de cas confirment que l'horizon de temps considéré dans une ACV est décisif. Seuls 4% des vii impacts ont lieu une fois la durée totale du traitement au zinc écoulée, soit 20 ans. Leur totalité n'est atteinte qu'après 1400 ans. Le profil temporel des impacts change avec la fréquence d'épandage et la prise en compte ou non de la dissolution de l'oxyde de zinc, qui est un composé très peu soluble. La démarche traditionnelle provoque une surestimation des impacts pour des horizons de temps courts. L'approche dynamique permet, quant à elle, de fournir des résultats de caractérisation cohérents avec la perspective temporelle choisie par l'utilisateur tout en lui apportant des informations supplémentaires concernant l'intensité et l'étendue des impacts. Une des limites de la mise en pratique de l'approche dynamique est qu'elle demande un grand nombre de données, telles que les fréquences et les formes d'émission ou la connaissance de cinétiques de dissolution. Néanmoins, l'ensemble de ce travail confirme l'intérêt d'une telle démarche qui s'était auparavant avérée concluante pour l'évaluation des impacts sur le réchauffement climatique. Pour la catégorie d'impact de l'écotoxicité aquatique, elle parait particulièrement appropriée pour l'étude des systèmes comportant à la fois des composés organiques et des métaux. Finalement, son application pourrait facilement être envisagée pour d'autres catégories de dommages dont la caractérisation est fortement influencée par les phénomènes dynamiques de l'environnement.  ABSTRACT: Nowadays, toxic impact of chemicals on human health and environment are more and more pronounced. Chemical mechanisms are so complicated that both environmental damages and human diseases are not easily related to the origins of pollution due to human activities. Moreover, impacts may occur in short terms as much as in long terms. Life cycle analysis is a recognized tool to assess potential impact of products and services. Regarding impacts on aquatic ecosystems, LCA resorts to a characterization factor which act as an indicator of the effect of chemical compounds released into the environment, with considering fate and exposition. Category of aquatic ecotoxicity is particularly sensitive to temporal aspects on account of the variability of emissions patterns and because fate depends on dynamic processes. However current physico-chemical models are performed under steady state assumption. Even though toxic impact of persistent contaminants increases over time, only the final value of the impact for infinite time horizon is known. Metal which are long-lived compounds get disproportionately high characterization factors compared to organic ones. Reseachers are undergoing efforts to reduce temporal variability in both inventory and characterization phase. The aim of this essay is to develop a dynamic LCA methodology to assess metal impact on aquatic ecotoxicity. New time dependant characterization factors have been calculated to provide the distribution of impact over time. Metals speciation and region of emissions have been taken into account in order to point out their influence on the intensity but also on the time extent of the impacts. A case study of fertilization by zinc oxide for agricultural purpose has been carried out to highlight relevant temporal information for the interpretation of results brought by dynamic LCA. Comparison between dynamic LCA and traditional LCA put in evidence the importance of considering time in decision making. First, dynamic characterization factors have been assessed for 18 metals (Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V et Zn) introducing time in fate calculations. Exposition factors and effect factors are assumed as constant variables. Mass balances of chemicals after 1 kg emission in the environment are based on the USEtox multimedia model. The subsequent differential system of equations has been dynamically solved instead of using steady state assumption. Parametrized version of USEtox and use of kinetic laws of dissolution and water archetypes accounts respectively for region of emission, dissolution phenomenon and speciation ix which are determining fate parameters. Two types of characterization factors are obtained : an instantaneous CF providing the impact of metals at the time “t” following a pulse emission and a cumulative CF providing the total time-integrated impact since the pulse emission occurred. Case study of zinc oxide fertilization includes production, transport and spreading of the fertilizer. Dynamic assessment of zinc ecotoxic impact is based on inventory temporal disaggregation and time-dependent characterization. Characterization factors analysis reveals that fate of metals depends on the compartment of emission (air, freshwater, sea and soil) and on metal itself. Maximal mass reaching freshwater compartment and persistence time are particularly influenced by these two variables. Dynamic methodology is validated as dynamic and traditional characterization factors are equivalent after very long time horizons. Dynamic values of characterization factors needs hundreds of years to converge toward non dynamic ones. Only 9 metals produce more than the half of their total impact on the first 100 years that follow the emission. The path of each metal impacts is strongly correlated with the region of emission and in lesser extent with metal speciation. Impacts quickly occur in countries with short residence time of water such as Brasil. Case study results confirm that time horizon is a LCA determining parameter. Actually, only 4% of total impact take place within a time horizon of 20 years which corresponds to the total duration of zinc oxide treatment. 1400 years are required to complete the totality of the zinc impact. Change in spreading rate but also choice of kinetic laws for dissolution of zinc oxide which is a sparingly soluble fertilizer significantly modify distribution of the impacts. Traditional LCA approach involves the overestimation of impacts for short time horizons. On the contrary, dynamic LCA approach provides exhaustive characterization results which are consistent with the selected time perspective of each users. Implementation of dynamic LCA is currently restricted as it requires a high number of data, such as rate and form of emissions or kinetic law of dissolution. In addition to previous research concerning global warming impact assessment, this project confirm how relevant is the dynamic methodology. In the case of category of aquatic ecotoxicity, consideration of temporal aspects improve comparison between metallic and organic compounds. Eventually, dynamic LCA could be easily applied to other categories of impact which characterization is highly influenced by dynamic processes of the environment.


identifier: Niebel, Y. (2013). Analyse des complexes oligodésoxyribonucléotide/chitosan par ultracentrifugation analytique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Notre étude s'intéresse à caractériser de manière fine par ultracentifugation analytique (AUC) et diffusion dynamique de la lumière (DLS) des complexes utilisés en thérapie génique. Ces derniers sont obtenus en condensant des oligodésoxynucléotides (ODN) et un polymère naturel dérivé de la chitine, le chitosan. À des fins de comparaison, un autre polymère utilisé pour la complexation des ODN est testé en parallèle, à savoir le polyéthylènimine (PEI). L'analyse combinant les deux techniques a montré des particules très poreuses (au-dessus de 80% de porosité), avec des rayons hydrodynamiques pondérés en masse de 46 et 55 nm pour les complexes chitosan/ODN et PEI/ODN respectivement. La transformation de la distribution de sédimentation de coefficient en distribution de masse molaire a permis de déterminer la masse molaire moyenne de ces polyplexes. 19 et 29 MDa ont été trouvés respectivement pour les complexes chitosan/ODN et PEI/ODN. L'AUC permet de déterminer également la stoechiométrie, c'est-à-dire le ratio N/P, et le dn / dc des polyplexes de manière précise. Les valeurs 0,117 et 0,152 mL/g ont été obtenues pour le dn / dc des complexes chitosan/ODN et PEI/ODN respectivement. Les ratios N/P déterminés sont de 1,3 et 2,5 pour ces mêmes complexes. Afin de valider nos résultats et notre méthode par AUC et DLS, les complexes sont également caractérisés par diffusion statique de la lumière (SLS), et par microscopie électronique à balayage (SEM). Les résultats obtenus valident notre méthode et démontre que la combinaison des deux techniques, AUC et DLS, et une méthode puissante pour caractériser des polyplexes aussi bien en déterminant leur taille, leur stoechiométrie, leur porosité ou encore leur masse molaire.  ABSTRACT: Analytical ultracentrifugation (AUC) and dynamic light scattering (DLS) were combined to characterize polyplexes formed with 10 kDa chitosan or 10 kDa PEI and oligodeoxynucleotides (ODN). Combined analysis revealed that both polyplexes were highly porous (over 80%) and that their weight-average hydrodynamic diameters were of 46 and 55 nm for chitosan/ODN and PEI/ODN complexes, respectively. Transformation of the sedimentation coefficient distribution to a size and molecular weight distribution, gave an average molecular weight of 19 and 29 MDa for chitosan and PEI polyplexes, respectively. Data from AUC also allowed for the calculation of the actual, dn / dc namely 0.117 and 0.152 for chitosan/ODN and PEI/ODN polyplexes respectively and N/P ratios, namely 1.3 and 2.5 for chitosans/ODN and PEI/DON polyplexes, respectively. Additional data from scanning electron miscroscopy and static light scattering confirmed the conclusions that were initially derived from AUC and DLS, thus validating that the combination of AUC and DLS is a powerful approach to characterize polyplexes in terms of refractive index increment, size and molecular weight distributions as well as porosity.


identifier: Jodoin, J.-P. (2013). Suivi multiobjet de trafic mixte urbain  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

title: Suivi multiobjet de trafic mixte urbain

abstract: RÉSUMÉ: Notre recherche porte sur le suivi d'objets en milieux urbains. Elle vise l'extraction de la trajectoire des différents usagers de la route circulant à des intersections urbaines à des fins d'analyse de la sécurité routière. De nombreux accidents pourraient être évités chaque année en améliorant la géométrie et la signalisation des intersections en milieux urbains. Le problème est qu'il y a très peu de données concernant les accidents et aucune donnée concernant les situations dangereuses n'ayant pas engendré des accidents à une intersection. Il faut donc attendre qu'un ou plusieurs accidents graves surviennent afin d'avoir assez de données (via des rapports de police par exemple) pour améliorer la sécurité des intersections. Filmer les intersections et observer les interactions entre les usagers de la route afin d'identifier les problèmes n'est pas une solution viable vu le grand nombre d'heures de visionnement nécessaire pour observer une situation dangereuse. L'extraction automatique des trajectoires des usagers de la route à l'aide de la vision par ordinateur, suivie d'une analyse des trajectoires permettrait donc l'analyse d'une grande quantité de données et de localiser les interactions dangereuses entre ceux-ci. Les informations ainsi récoltées permettraient aux ingénieurs en transport de proposer des améliorations aux intersections avant qu'il n'y survienne des accidents. Cela pourrait donc permettre de réduire le nombre d'accidents routiers et les nombreux coûts sociaux économiques qui y sont rattachés. Ce travail se concentre sur l'extraction des différents usagers de la route et leur suivi afin d'obtenir leur trajectoire. Il ne traite pas de l'analyse des interactions entre les différents usagers. Pour ce travail, trois objectifs ont été fixés. D'abord, il faut détecter les différents objets en mouvement de la séquence vidéo tout en filtrant les objets qui ne sont pas pertinents tels que les feuilles d'arbres ou encore les ombres d'oiseaux. Ensuite, le second objectif consiste à suivre les objets détectés de trame en trame afin d'obtenir la trajectoire empruntée par ceux-ci. Finalement, le dernier objectif est de valider la qualité des trajectoires extraites à l'aide de métriques standard et de comparer nos résultats avec ceux obtenus pour un autre algorithme. Pour la détection des objets, de nombreuses méthodes sont documentées dans la littérature. Il y a les méthodes basées sur la soustraction d'arrière-plan qui permettent de détecter les différents objets en mouvement à l'aide des changements d'intensité des pixels. Il faut ensuite relier les pixels sous forme de blobs. L'avantage de ce type de méthodes est qu'elles permettent de détecter tous les objets sans connaissance préalable de ceux-ci. Toutefois ces méthodes présentent une certaine sensibilité aux ombres et aux changements de luminosité, ce qui peut poser plusieurs problèmes de segmentation. Cette technique ne fonctionne qu'à partir d'une caméra statique. De plus, les blobs seuls ne nous permettent pas de gérer la présence de plusieurs objets très près l'un de l'autre puisque ceux-ci sont détectés comme faisant partie du même blob. Une autre méthode populaire est l'utilisation d'un détecteur. Celle-ci a l'avantage de permettre l'utilisation d'une caméra en mouvement et de gérer les occultations. Celle-ci est d'ailleurs très populaire dans les approches de suivi par détection, principalement pour le suivi de piétons se déplaçant en groupe. L'inconvénient est qu'il est difficile de faire des détecteurs pour des objets qui changent de forme en fonction de l'angle ou du modèle. Puisque nous voulions supporter l'ensemble des utilisateurs de la route, nous avons utilisé une soustraction d'arrière-plan. Afin de réduire les problèmes de celle-ci, nous avons utilisé des opérateurs morphologiques et des filtres.  Pour le suivi d'objets, nous utilisons les blobs détectés précédemment. Dans un premier temps, nous tentons de mettre les blobs ensemble d'une trame à la suivante en utilisant un modèle de suivi. Pour ce modèle de suivi, plusieurs options s'offraient à nous comme l'histogramme de couleur des objets, les points caractéristiques, la forme, la position, le modèle de mouvement des objets, etc. Nous avons choisi un modèle basé principalement sur les points caractéristiques et la forme des objets. Les points caractéristiques ont été choisis puisqu'il s'agit d'un modèle très distinctif et qui n'impose aucune restriction sur le mouvement des objets. Afin de contrer les erreurs possibles, nous exigeons que les paires de points trouvés avec des techniques d'association de points caractéristiques répondent à certains critères spécifiques. Puisqu'il n'y a pas de points sur les bordures, nous utilisons également le recouvrement de blob comme mesure d'association. Pour le suivi d'objet, nous associons les blobs aux objets existants à l'aide du modèle de suivi de ceux-ci. Les divers problèmes du suivi sont gérés par une machine à état. Nous avons également développé une technique d'estimation de la position des objets dans des blobs sous-segmentés. Cette technique utilise les points caractéristiques et les observations a priori des objets pour estimer la position probable de l'objet courant. Afin d'évaluer nos résultats, nous avons utilisé 5 vidéos, dont 4 vidéos urbaines réelles. Nous avons utilisé des métriques standards pour le suivi multiobjet afin d'obtenir une évaluation quantifiable de nos performances. Les résultats obtenus ont été comparés à un autre algorithme de suivi urbain. Ils démontrent que notre méthode proposée présente de nombreux avantages par rapport à l'autre algorithme tant au niveau de la précision, de la justesse et de la complétude du suivi. Notre méthode est d'ailleurs capable de suivre les objets indépendamment de leur type ou de leur taille en nécessitant peu ou pas d'ajustement de paramètres.  ABSTRACT: Our research focuses on the challenge of detecting and tracking multiple objects of various types in outdoor urban traffic scenes using a static video camera. The resulting system aims at collecting object trajectories for road safety analysis. Numerous crashes and dangerous situations could be avoided by changing intersection geometry and signalisation. The main problem is that there is very few available data related to crashes and none for dangerous situations. Road safety researchers must wait for casualties or accidents to happen in order to improve intersection safety. Using a video camera and manually watching thousands of hours of road users interaction is not really an option because of the high amount of resources required. The automatic extraction of user trajectories using a computer vision method combined with trajectory interaction analysis is a way to avoid this issue by enabling the analysis of a great amount of data at much lower cost. This would also allow the detection of dangerous interaction for which there are currently no data available. This information could help transport engineers solve critical issues in the road infrastructure before casualties happen. This could significantly reduce social-economic costs related to road casualties and accidents. This work is about the detection of road users and tracking them in order to extract their trajectories. The trajectory analysis will not be covered by this work. In this work, three main objectives were defined. First, we want to be able to detect the various road users while avoiding uninteresting objects such as bird shadows and leaves flowing in the wind. The second objective is to follow the detected objects in order to be able to extract their trajectories. Finally, the last objective is to use standard metrics in order to validate the quality of extracted trajectories and compare them with another algorithm. For object detection, numerous algorithms exist in the literature. Some methods are based on background subtraction which allows them to detect moving object using pixel intensity changes. The spatial connection of these pixels are then analysed in order to find blobs. The advantage of this method is that it does not require any prior knowledge of the objects. The drawbacks are that the camera must remain static, shadows deform blobs and lighting changes can cause fragmentation issues in the blobs. It does not allow the detection of the presence of multiple objects inside one blob either. Another popular method is based on object detectors. This method does not require a static camera, there are no fragmentation issue and they do not detect shadows as part of the object. The inconvenient is that these methods handle with difficulty multiple object size and they require the training of a detector for each object shape we want to detect. This works fine for the tracking of pedestrians inside a group, but the use of a detector to track cars is a different issue due to the numerous shapes of car available. Also, the shape of a car changes a lot depending on the angle of view, which means that multiple detectors are required for each car shape. In order to support all type of road users, we have decided to use background subtraction and morphological operators and filters in order to reduce the amount of fragmentation. For object tracking, we use the blobs detected previously. We first track the blob from frame to frame. After that, we try to associate the blobs to existing objects. In order to track the blobs, we use a tracking model. Numerous features can be used in a tracking model such as color histogram, feature points, shape, position, motion model etc. We have chosen to use a model based on feature points and object shape. The feature points are the main part of the tracking model since they offer a very distinctive description of objects and they do not constraint the motion of objects. In order to solve the errors occurring during point tracking, the feature points require a certain amount of distinctiveness compared to others points and we require multiple points match to associate to blob observation. Since there are no points on image borders, we also use object shape (using blob overlap) to associate objects together. To improve object localization in case of partial occlusion, we also propose a bounding box estimation method.  The tracking results were evaluated using five videos. Four of those videos are real urban sequences. Those videos were annotated and we have then used standard metrics of multiple object tracking in order to quantify the performance of our algorithms. The results were compared to another state of the art urban tracking algorithm and our method is shown to have better results for precision and accuracy. This is mainly due to the capability of our algorithm to follow multiple objects of various type and size at the same time. Our results show balanced performance for the tracking of all road users.


identifier: Puchois, R. (2013). Élaboration d'encres biosourcées pour un procédé industriel de décoration de verres de table  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un contexte d'évolution de la législation et de la conscience environnementale des consommateurs, Arc International et Ferro visent le remplacement du bisphénol A, une substance considérée comme cancérigène, mais nécessaire à l'élaboration des encres actuellement utilisées pour la décoration industrielle de verres de table. Le projet a pour but la formulation d'une encre alternative issue de ressources biosourcées disponibles commercialement. Elle devra s'approcher de l'encre d'origine en termes de stockage, de compatibilité avec le procédé de décoration par sérigraphie, et de propriétés finales, notamment la résistance à la rayure et au lave-vaisselle. La recherche s'est divisée en deux grands axes : le changement de la méthode de polymérisation avec l'implication de nouveaux produits, et le remplacement des composants des systèmes époxydes/durcisseurs actuels. Un axe mineur concernant l'utilisation de polyhydroxybutyrate (PHB) comme charge de renfort fut également étudié. En dépit de son haut taux de biosourcé, la polymérisation par auto-oxydation d'huiles végétales et de ses dérivés n'a pas aboutie. Lui sont reprochés de trop faibles performances finales, notamment en termes de dureté et de coloration, ainsi que la libération de fumées irritantes. A l'aide de propoxide de zirconium et de composés huileux époxydés, la polymérisation  sol-gel  a conduit à de meilleures performances, mais n'a cependant pas permis d'atteindre les prérequis de dureté édictés par Arc. De même, dans le cadre de la meilleure formulation faisant intervenir du cardanol époxydé (NC-514), la flexibilité et la coloration sont trop importantes pour que le développement d'une encre soit envisageable. Le remaniement de la composition des systèmes époxydes/durcisseurs constitue la seconde étape des travaux de recherche. Pour la partie époxyde, les huiles végétales époxydées (Vikoflex) n'aboutissent pas à des films exploitables : trop flexibles, liquides quand réticulés avec des amines, générateurs de fumées, rétractation, etc. Leur importante densité de chaines aliphatiques est pointée comme la principale raison de leur flexibilité et de leur manque de réactivité. Une huile phénolique époxydée (NC-514) a en revanche permis d'obtenir des films aux propriétés intéressantes : dureté et bel aspect de surface, en dépit d'une faible résistance à l'eau et aux solvants, ainsi qu'une coloration prononcée. Pour la partie durcisseur, deux gammes biosourcées ont été testées : les dérivés d'acides gras Pripol et Priamine, et les phenalkamines NX-2009 et Lite-2002LP. Pripol et Priamine ont conduit à des films trop flexibles, tandis que les phenalkamine ont permis l'obtention de bonnes duretés. Ces durcisseurs se rejoignent néanmoins sur leur faible résistance à l'eau et aux solvants, et des problèmes de réactivité ont contraint leur abandon. L'étude s'est réorientée vers le dicyandiamide, un durcisseur actuellement utilisé par Ferro, et qui se démarque de par son profil de réactivité atypique et compatible avec la formulation d'encres mono-composant.  Enfin, le PHB n'a pas eu les effets bénéfiques escomptés sur les formulations, car en plus de réduire significativement la dureté des films, il augmentait la viscosité des formulations et compliquait leur application. Au final, une formulation alliant NC-514 et dicyandiamide pour un taux de biosourcé de 91.7% a été formulée. Malgré sa résistance chimique moyenne et sa coloration légèrement prononcée, sa dureté et son bel aspect de surface la positionnent comme une alternative viable aux encres actuelles, ce que les futurs tests industriels planifiés par Ferro se chargeront de vérifier.  ABSTRACT: In a context of legislation changes and rising environmental awareness, Arc International and Ferro aim at the replacement of the bisphenol A, considered as carcinogen, found in the inks used for the industrial decoration of glasses. Their goal is to formulate a biobased ink coming from commercially available resources, which could compete with the current inks in terms of storage, compatibility with the screen printing process and performances, especially in terms of hardness and dishwasher resistance. The task has been divided in two major axes: the replacement of the polymerization method with the implication of new products, and the substitution of the components involved in the current epoxy/hardener systems. A minor lead was the study of polyhydroxybutyrate (PHB) as reinforcing fillers. Despite its high biobased content, thermal polymerization of drying oils and its derivatives ended into flexible and colored films, aside from the emission of acrid smoke during the curing process. Sol-Gel polymerization led to better results, but still too flexible regarding the expectations of Arc. Even with the best formulation involving epoxidized cardanol and zirconium propoxide, both hardness and coloration impeded its use as an alternative. Reworking of the current epoxy/hardener systems constituted the second part of the task. For the epoxy part, epoxidized vegetable oils led to poor hardness, low reactivity with amines, acrid fumes, and retraction. Their high density of aliphatic chains is pointed out as the major reason for their flexibility and their lack of reactivity. In the other hand, an epoxidized phenolic oil (NC-514) successfully led to interesting properties: hardness, and good surface appearance, in spite of a relative water and MEK sensitivity and a noticeable coloration. For the hardener part, two biobased product ranges were tested: fatty acid derivatives Pripol and Priamine, and phenalkamine NX-2009 and Lite-2002LP. Pripol and Priamine resulted in flexible films, while phenalkamine showed good hardness. Unfortunately, both hardeners had water and solvents sensitivity, and their unconventional reactivity constrain the project to abandon them. Thus the study reoriented to dicyandiamide, which is currently used by Ferro because of its atypical reactivity compatible with mono-component inks. Regarding PHB, its inclusion in formulations resulted into the loss of hardness, and the increase in viscosity which caused complication during the application process. At last, a formulation combining NC-514 and dicyandiamide with a 91.7% biobased rate has been proposed. Despite a low chemical resistance and a noticeable coloration, its hardness and its good surface appearance make it a strong alternative to the current inks, and the upcoming industrial tests planned by Ferro will clarify this point.


identifier: Guevara Codina, E. (2013). Functional Connectivity of the Rodent Brain Using Optical Imaging  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de cette thèse de doctorat est d'appliquer la connectivité fonctionnelle dans une variété de modèles animaux, à l'aide de plusieurs techniques d'imagerie optique. Le cerveau, même au repos, montre une activité métabolique élevée : la corrélation des fluctuations spontanées lentes permet d'identifier des régions cérébrales distantes mais connectées; d'où le terme connectivité fonctionnelle. Les changements dans l'activité spontanée peuvent donner un aperçu des processus neuronaux qui comprennent la majorité de l'activité métabolique du cerveau, et constituent en conséquent une vaste source de changements reliés aux maladies. L'hémodynamique du cerveau peut être modifiée grâce à des affections neurovasculaires et avoir un effet sur l'activité au repos. Cette thèse vise la compréhension des changements de connectivité fonctionnelle induits par des maladies, à l'aide de l'imagerie optique fonctionnelle. Les techniques d'imagerie explorées dans les deux premières contributions de cette thèse sont l'Imagerie Optique Intrinsèque et l'Imagerie par Granularité Laser. Ensemble, elles peuvent estimer les changements de consommation d'oxygène, étroitement liés à l'activité neuronale. Ces techniques possèdent des résolutions temporelles et spatiales adéquates et bien adaptées pour imager la convexité du cortex cérébral. Dans le dernier article, une modalité d'imagerie en profondeur, la Tomographie Photoacoustique a été utilisée chez le rat nouveau-né. La Tomographie par Cohérence Optique et la Tomographie Laminaire Optique font également partie de la gamme des techniques d'imagerie développées et appliquées dans d'autres collaborations. La première partie des résultats mesure les changements de connectivité fonctionnelle dans un modèle d'activité épileptiforme aiguë chez le rongeur. Il y a des augmentations ainsi que des diminutions entre les corrélations homologues, avec une faible dépendance aux crises épileptiques. Ces changements suggèrent un découplage potentiel entre les paramètres hémodynamiques dans les réseaux au repos, en soulignant l'importance d'investiguer les réseaux épileptiques à l'aide de plusieurs mesures hémodynamiques indépendantes. La deuxième partie des travaux étudie un nouveau modèle de rigidité artérielle chez la souris : la calcification unilatérale de la carotide droite. L'analyse de connectivité basé sur les régions d'intérêt montre une tendance décroissante de corrélation homologue dans les cortex moteur et cingulum. L'analyse de graphes montre une randomisation des réseaux corticaux, ce qui suggère une perte de connectivité; plus spécifiquement, dans le cortex moteur ipsilateral à la carotide  ABSTRACT: The aim of this thesis is to apply functional connectivity in a variety of animal models, using several optical imaging modalities. Even at rest, the brain shows high metabolic activity: the correlation in slow spontaneous fluctuations identifies remotely connected areas of the brain; hence the term “functional connectivity”. Ongoing changes in spontaneous activity may provide insight into the neural processing that takes most of the brain metabolic activity, and so may provide a vast source of disease related changes. Brain hemodynamics may be modified during disease and affect resting-state activity. The thesis aims to better understand these changes in functional connectivity due to disease, using functional optical imaging. The optical imaging techniques explored in the first two contributions of this thesis are Optical Imaging of Intrinsic Signals and Laser Speckle Contrast Imaging, together they can estimate the metabolic rate of oxygen consumption, that closely parallels neural activity. They both have adequate spatial and temporal resolution and are well adapted to image the convexity of the mouse cortex. In the last article, a depth-sensitive modality called photoacoustic tomography was used in the newborn rat. Optical coherence tomography and laminar optical tomography were also part of the array of imaging techniques developed and applied in other collaborations. The first article of this work shows the changes in functional connectivity in an acute murine model of epileptiform activity. Homologous correlations are both increased and decreased with a small dependence on seizure duration. These changes suggest a potential decoupling between the hemodynamic parameters in resting-state networks, underlining the importance to investigate epileptic networks with several independent hemodynamic measures. The second study examines a novel murine model of arterial stiffness: the unilateral calcification of the right carotid. Seed-based connectivity analysis showed a decreasing trend of homologous correlation in the motor and cingulate cortices. Graph analyses showed a randomization of the cortex functional networks, suggesting a loss of connectivity, more specifically in the motor cortex ipsilateral to the treated carotid; however these changes are not reflected in differentiated metabolic estimates. Confounds remain due to the fact that carotid rigidification gives rise to neural decline in the hippocampus as well as unilateral alteration of vascular pulsatility; however


identifier: Vernet, N. (2013). Étude des propriétés de mise en oeuvre de renforts fibreux interlock tridimensionnels  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux composites sont à l'heure actuelle très utilisés pour fabriquer des pièces à haute performance. Ils remplacent de plus en plus fréquemment les alliages métalliques dans les pièces structurales. On les retrouve dans des domaines variés tels que l'automobile, l'aéronautique ou encore le nautisme. Un des principaux avantages de ce type de matériau est qu'il existe un très grand nombre de combinaisons possibles de ses constituants afin de répondre au mieux aux sollicitations mécaniques et thermiques auxquelles une pièce peut être soumise. Il est ainsi possible de combiner un renfort à base organique ou inorganique possédant une architecture tissée, piquée ou encore tricotée avec une matrice, elle aussi organique ou inorganique, possédant des propriétés physico-chimiques compatibles avec les fibres. Il est cependant nécessaire d'avoir une bonne connaissance de chacun des deux constituants afin d'obtenir les propriétés désirées, particulièrement dans le cas des procédés de fabrication par moulage liquide (LCM). Un des objectifs poursuivis dans la chaire de recherche Safran est d'améliorer la connaissance des propriétés de mise en oeuvre des fibres et de la résine lors des différentes phases de fabrication de cette famille de procédés. Cette thèse s'inscrit dans cette direction en s'intéressant à deux de ces étapes : le préformage des renforts et l'injection de résine à travers les fibres. Elle se concentre en particulier sur le comportement des renforts en compaction et leur perméabilité. Ce projet de recherche a donc été divisé en deux grandes parties : (1) l'étude de la compaction de divers renforts fibreux (mat, renforts 2D et tissés 3D) ; (2) la mesure et la modélisation de la perméabilité des renforts 3D interlock. Chacune de ces parties a fait l'objet de deux articles divisant ainsi la thèse en quatre sections. Dans la première section de cette thèse, le comportement en compaction des renforts fibreux ainsi que l'influence de certains paramètres de mise en forme (par exemple la vitesse de compaction) sur ce comportement ont été étudiés. Ainsi, trois renforts 2D possédant une architecture très différente et trois renforts 3D avec des patrons de tissage distincts ont été compressés à l'aide de plateaux parallèles fixés sur une machine de traction-compression.  ABSTRACT: Composite materials are increasingly used to design high-performance parts and replace metallic alloys in various fields such as automotive, aerospace and marine. One advantage of this type of material lies in the large number of possible combinations of fibers and polymer matrices to respond to mechanical and thermal stresses. It is possible to combine an organic or inorganic reinforcement organized with a woven, stitched or knitted architecture with an organic or inorganic matrix having physicochemical properties compatible with the fibers. However, it is necessary to have a good knowledge of both components to obtain the desired properties, especially in the case of processes such as Liquid Composite Molding (LCM). One of the objectives of the Safran research chair is to improve the knowledge of the fiber and resin properties during the different processing stages. This thesis focuses on two of these stages: the preforming of the fibrous reinforcement and the resin injection through the fiber bed. Two properties of the fibrous reinforcement are intimately related to these two stages of the fabrication process: the compaction behavior and permeability. This investigation is thus divided in two parts: (1) the study of the compaction behavior of various fibrous reinforcements (mat, 2D and 3D fabrics); (2) the permeability measurement and modeling of 3D interlock fabrics. Each part has been separated following two different goals, dividing the thesis in four sections. The first goal was to improve the understanding of the compaction behavior of the fibrous reinforcements. Firstly, three 2D reinforcements of different architectures and three 3D fabrics with distinct weaving patterns have been compressed using parallel plates mounted on a tension-compression machine. The influence of the closing speed of the plates, the number of reinforcement layers, the fiber density and the lubrication of the fibers on the compaction behavior were considered during the tests. The results obtained experimentally revealed that it is difficult to model the compaction of these different reinforcements considering a unified framework. It was therefore proposed to retain the experimental approach rather than using models to obtain future results.


identifier: Laitenberger, M. (2013). Approche intégrée de modélisation cinématique et dynamique du membre supérieur  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un modèle multicorps biofidèle du membre supérieur pour l'évaluation quantitative de la cinématique et dynamique articulaires a le potentiel de devenir un outil innovant dans de nombreux domaines d'application. Toutefois, la modélisation cinématique et dynamique de l'avant-bras présente encore des défis en raison de la complexité de fournir une définition en boucle fermée qui tient compte à la fois des interactions entre les deux os de l'avant-bras et de l'aspect non-idéal des articulations. Dans ce contexte, ce mémoire présente le développement d'un modèle dynamique multicorps du membre supérieur comprenant une modélisation raffinée de l'avant-bras, notamment via l'intégration d'une chaine cinématique en boucle fermée et personnalisée à chaque sujet. Pour exposer l'effet de ce raffinement et sa pertinence dans la cinématique et dynamique articulaires du membre supérieur, le modèle proposé est comparé à quatre modèles supportant les principales hypothèses de la littérature. Les paramètres de comparaison entre les modèles sont (i) les erreurs globales et locales de reconstruction du mouvement pendant la cinématique inverse et (ii) les patrons couple-angle articulaires obtenus suite à la dynamique inverse. Cette étude est menée sur 15 sujets adultes sains ayant effectué des tâches simples et fonctionnelles en laboratoire d'analyse du mouvement. Les résultats montrent la pertinence de l'intégration d'une chaine cinématique de l'avant-bras en boucle fermée dans un modèle complet du membre supérieur, notamment en réduisant les erreurs de reconstruction et en fournissant des angles et des couples articulaires plus importants que les modèles conventionnels. Des aspects méthodologiques sont mis de l'avant dans cette étude notamment l'utilisation de l'optimisation globale avec une fermeture de boucle, la personnalisation des centres et axes articulaires de l'avant-bras au moyen de méthodes fonctionnelles, la distinction des marqueurs proximaux et distaux de l'avant-bras lors de la reconstruction du mouvement pour assurer un mouvement relatif entre eux ainsi qu'un protocole qui tend à réduire les artéfacts dus aux mouvements des tissus mous. La motivation derrière ce projet repose sur le besoin réel d'une approche intégrée de modélisation cinématique et dynamique pour fournir une représentation réaliste des mouvements de l'avant-bras en amont de la quantification des forces musculaires. Les applications visées comprennent, entre autres,l'évaluation fonctionnelle du membre supérieur en clinique de réadaptation et le développement de prothèses actives.  ABSTRACT: A biofidelic multibody model of the upper limb for the quantitative assessment of joint kinematics and dynamics has the potential to become an innovative tool in many application fields. However, the forearm kinematic and dynamic modeling still presents challenges due to the complexity of providing a closed-loop definition which takes into account the interactions that exist between the two forearm bones as well as the joints non-ideal aspect. In this context, this study presents the development of a dynamic multibody model of the upper limb including a refined model of the forearm, particularly through the integration of a closedloop and personalized kinematic chain. To assess the effect of this refinement and its relevance in the joint kinematics and dynamics of the upper limb, the proposed model is compared with four models supporting the main hypothesis of the literature. The comparison parameters between models are (i) the global and local movement reconstruction errors during inverse kinematics and (ii) the joint torque-angle patterns obtained after inverse dynamics. This study was conducted on 15 healthy adults who performed simple and functional tasks in motion analysis laboratory. The results show the relevance of the integration of a closed-loop kinematic chain of the forearm in a complete model of the upper limb, which leads to reduction of the reconstruction errors and provides larger joint angles and torques when compared to conventional models. The novel modeling and experimental aspects demonstrated in this study include the use of a loop closure in a global optimization approach, the personalization of joint centers and axes of rotation at the forearm using functional methods, the distinction between proximal and distal markers of the forearm during the reconstruction of the movement to allow a relative motion between them and a protocol that tends to reduce soft tissue artifacts. The incentive of this project is based on the actual need for an integrated kinematic and dynamic modeling approach that provides a realistic representation of the forearm movements prior to muscle forces quantification. Among the possible applications of this project, one can include the upper limb functional assessment in rehabilitation clinic and the development of active prostheses.


identifier: Rasoulimir, M. (2013). Metrology Frame for Robotic Machining of Pockets in Large Flexible Panels  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche présente une nouvelle technologie pour l'usinage robotisé de poches dans les grands panneaux flexibles. Pas d'articles pertinents ont été trouvés dans la littérature, mais un certain nombre de brevets examinés fournis certains des idées de base pour la conception. En particulier, il apparaît essentiel de soutenir le panneau où les forces d'usinage sont appliquées. Pour atteindre cet objectif, un cadre en C est proposé. En appliquant la méthode des éléments finis (MEF) tous les déplacements et les contraintes dans toute la structure sont évalués. Cela révèle que dû à l'effet des forces d'usinage, les deux branches de l'extrémité du cadre en C proposé dévient en sens inverse entraînant une ouverture importante du cadre en C. Pour mesurer cette déviation excessive, un cadre métrologique est conçu où un faisceau laser passe à travers les éléments optiques et atteint un photodétecteur. La position de la tache laser sur la surface du photodétecteur spécifie la distance momentanée entre les deux branches de l'extrémité du cadre en C. Toute déviation due à la force d'usinage affecte cette distance et sera donc détectée par la photodiode afin d'être compensée. Un prototype en bois du cadre en C est construit pour évaluer l'efficacité du cadre de métrologie optique. Les résultats indiquent que la déviation peut être mesurée avec une répétabilité de ± 0,1 mm et une exactitude de ± 0,0884 mm.  ABSTRACT: This thesis presents a new technology for the robotic machining of pockets in large and flexible panels. No relevant research papers were found in the literature but a number of patents are reviewed providing some basic for a conceptual design. In particular, it appears essential to support the panel where machining forces are applied. In order to achieve this goal, a C-frame is proposed. By applying FEA all of the displacements and stresses throughout the structure are evaluated. This reveals that due to machining forces, the two arms of the proposed C-frame deflect in opposite direction resulting in a significant opening of the C-frame. In order to measure this excessive deflection, a metrology frame is designed where a laser beam passes through optical elements and reaches a photodetector. The position of the laser spot on the photodetector surface specifies the momentary distance between the two arms of the C-frame. Any deflection due to machining force affects this distance and therefore will be sensed by the photodiode in order to be compensated. A small version of the C-frame is built from wood to assess the effectiveness of the optical metrology frame. Results indicate that the deflection can be measured with a repeatability of ±0.1  and precision of ±0.0884 .


identifier: Tawil, N. (2013). Phage-Based Surface Plasmon Resonance Strategies for the Detection of Pathogens  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La prévalence croissante des infections bactériennes ayant acquis une résistance aux antibiotiques a créé une crise mondiale en terme de santé publique. Effectivement, l'échec de la médecine traditionnelle pour le traitement efficace de ces infections implique un coût sociétal annuel de 35 milliards de dollars aux États-Unis. Avec les déboires des stratégies conventionnelles de traitement, le diagnostic précoce de pathogènes bactériens résistants aux antibiotiques, tel que le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM), devient primordial pour la prévention et le traitement rapide et efficace des infections. Cependant, les techniques de détection courantes, telles que des tests de culture microbiologiques standards, la réaction en chaîne par polymérase (PCR), les dosages immunologiques, les techniques de fluorescence et la spectrophotométrie, présentent plusieurs inconvénients; notamment, ces techniques requirent des étapes de préenrichissement, un personnel médical hautement qualifié, un temps d'analyse relativement long et des coûts élevés. Il y a donc un besoin pressant pour une méthode de détection rapide, fiable, sensible, spécifique et à coût modique pour la détection de pathogènes. Cette dernière décennie a vue l'émergence de plusieurs biocapteurs pour fins biomédicales. Cependant, ces capteurs s'appuient majoritairement sur l'utilisation d'anticorps. Ces éléments de reconnaissance présentent plusieurs inconvénients (e.g. coûts de production élevés, instabilité face aux fluctuations environnementales, etc.). Dans ce travail, nous favorisons donc une approche basée sur les bactériophages, des virus qui reconnaissent spécifiquement leurs hôtes bactériens, peuvent distinguer entre les cellules vivantes et les cellules mortes, sont robustes et ont de faibles coûts de production. Dans ce travail pluridisciplinaire, nous combinons la biologie moléculaire, la virologie, la microbiologie, la chimie des surfaces, la nanotechnologie et le génie physique afin de façonner une méthode innovante, potentiellement miniaturisable, pour la détection clinique d'agents pathogènes à l'aide de bactériophages spécifiques comme éléments de reconnaissance.  ABSTRACT: The ever-increasing prevalence of multidrug-resistant infections has created a global public health crisis with the failure for conventional medicine to effectively treat patients, resulting in prolonged hospital occupency, greater risk of death and annual societal cost reaching over $35 billion in the United-States alone. With the failure of conventional treatment strategies, early diagnosis of drug-resistant bacterial pathogens, such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), becomes primordial in preventing resultant life-threatening illnesses. Conventional detection techniques, such as standard culture-based assays, polymerase chain reaction (PCR), immunological assays, fluorescence and spectrophotometry, suffer from several drawbacks including the requirement for pre-enrichement steps, lengthy assay times, high costs and the necessity for highly-trained medical personnel. There is a need for a rapid, reliable, inexpensive, sensitive and specific method for pathogen detection. The past decade has brought about the increased use of biosensing technologies, relying on the use of antibodies for biomedical purposes. These recognition elements suffer from several drawbacks including highcosts and limited shelve-lives. We thus turn our attention to bacteriophages, viruses that specifically recognize their bacterial hosts, can distinguish between live and death cells, are robust, easy to produce and cost effective. In this multidisciplinary work, we combine molecular biology, virology, microbiology, surface chemistry, nanotechnology and engineering physics to bring about an innovative, potentially miniaturizable method for the point of care detection of pathogens using specific bacteriophages as a recognition elements. We start by reviewing the basic principles and recent advances in biosensing technologies using optical, electrochemical and acoustic platforms for phage-based diagnostics. Although much notable work has been done, a low cost, specific, sensitive optical method for detecting low concentrations of pathogens, in a few minutes, has not been established. We conclude from the limited body of work on the subject that improving immobilization strategies and finding more


identifier: Gutiérrez, J. (2013). Étude des vibrations mécaniques dans la fabrication des composites par injection sur renfort  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les procédés de mise en forme des composites par injection sur renfort (LCM – Liquid Composite Molding) sont devenus très populaires grâce à leurs nombreux avantages : milieu de travail sans émissions de COV (Composés Organiques Volatils); idéal pour fabriquer des pièces de grande taille, de géométrie complexe et de haute performance; faible coût de production pour des pièces de bonne qualité. Les composites fabriqués par les procédés LCM sont constitués d'un empilement de couches d'un renfort textile et d'une résine polymérique thermodurcissable à l'état liquide. Durant la mise en oeuvre, le renfort sec est préformé et placé à l'intérieur d'un moule avant d'être compacté par la fermeture du moule ou en effectuant le vide sous une bâche étanche. La résine est ensuite injectée ou infusée sous vide à travers le renfort jusqu'à ce que le moule soit complètement rempli. La mise en oeuvre s'achève lorsque la résine a complètement réticulée et que la pièce est finalement démoulée. Le présent travail s'intéresse à la réponse du renfort durant les étapes de préformage et de compaction. Notons que la compréhension du comportement des renforts sous compaction est très utile lors de la fabrication de composites car elle peut permettre de prédire l'épaisseur finale de la pièce et la force de fermeture du contre-moule, ainsi que de contribuer à calculer la perméabilité du renfort, le temps de fabrication et les propriétés mécaniques inter-laminaires de la pièce. Durant l'étape de la fermeture du moule (i.e., compaction) des procédés de fabrication LCM une pression statique constante est appliquée en général sur le renfort. Cette compaction assure l'étanchéité du moule, sert à uniformiser l'épaisseur du renfort, et lorsqu'elle est élevée, des taux volumiques de fibres importants peuvent être atteints. L'étude de la compaction des renforts fibreux a révélé que les préformes possèdent des caractéristiques viscoélastiques-plastiques dont il est possible de tirer parti pour atteindre des taux volumique de fibres plus élevés sans augmenter la force de compression. Ceci peut être fait en appliquant aux renforts des forces de compaction répétitives au moyen de cycles de compaction (amplitude élevée-basse fréquence) ou des procédures de compaction vibratoire (basse amplitude-fréquence élevée). Le présent travail s'intéresse à l'usage des charges vibratoires pour améliorer la compaction des renforts fibreux.  ABSTRACT: Liquid Composite Molding (LCM) is a broadly used manufacturing process of composite components that have gained its popularity due to its numerous advantages: emissions-free work environment; ability to produce large, complex and good quality components; excellent high-performance cost ratio. Composite parts manufactured by LCM processes are made from stacked layers of textile reinforcements and a liquid thermoset polymer resin. During manufacturing, the preformed fabric is placed inside the cavity mold before being compacted by the mold clamping force or the vacuum bagging. The resin is then injected or infused under vacuum through the reinforcement until the cavity mold is completely filled. Afterwards, the polymer resin cures and finally, the component is demolded. The present work focuses on the reinforcement response during preforming and compaction stages. Understanding the fabrics behavior under compaction is crucial to predict important features such as the part thickness, the required clamping force, the fiber bed permeability, the filling time and the inter-laminar properties. During the mold closure (i.e., compaction) stage of LCM processes a constant static force or deformation is generally applied to the preform. This compaction provides mold sealing, levels the thickness of the reinforcement, and for high magnitudes, allows achieving high fiber volume contents. The study of the compaction behavior of fibrous reinforcements reveals that preforms exhibit viscoelastic-plastic characteristics, from which it is possible to take advantage in order to attain higher fiber volume fractions without increasing the compressive load. This can be done by applying repetitive loads to the fabrics by means of compaction cycles (high amplitude-low frequency) or vibratory compaction (small amplitude-high frequency) procedures. The present work focuses on the use of vibratory loads to improve the compaction behavior of fibrous reinforcements. Therefore, a dynamic mechanical analyzer (DMA) was adapted so that one may apply controlled vibrations on stacks of fibrous reinforcements from different architectures. Early tests have shown that vibrations improve the fiber network reorganization resulting in high fiber volume fractions with relatively low compaction forces. Further experimental programs allowed identifying the governing parameters on the deformation and translation mechanisms of fibrous reinforcements subject to vibrations.


identifier: Bay, C. (2013). Étude des performances de solveurs déterministes sur un cœur rapide à caloporteur sodium  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réacteurs de génération IV, et en particulier les RNR-Na, représentent un nouveau challenge pour les outils numériques utilisés à l'heure actuelle. Ces solveurs ont été conçus pour les réacteurs thermiques avant tout, et il n'est pas évident que leurs capacités soient suffisantes pour l'étude de réacteurs rapides. En effet, ces nouveaux concepts de coeur ont un design différent de leurs prédécesseurs, et possèdent des mécanismes pouvant représenter un écueil pour les méthodes classiques. En particulier, la vidange du plénum sodium situé au-dessus de la zone combustible induit un milieu presque vide, et les sections efficaces associées peuvent conduire à des problèmes de convergence numérique. Il faut donc s'assurer de la validité des solveurs déterministes, et déterminer leurs éventuelles insuffisances. Cette étude ayant été réalisée dans le cadre d'un stage au CEA, à l'initiative de l'IGN de l'EPM, les codes étudiés sont DRAGON/DONJON, ERANOS, PARIS, et APOLLO3. Leur précision a été évaluée par rapport à une référence Monte Carlo calculée avec le code TRIPOLI4. Une telle comparaison transverse est relativement inédite, et permet d'avoir une vue d'ensemble de performance des principaux solveurs coeur utilisés à l'heure actuelle. L'étude présentée ici se limite à l'aspect calcul de coeur, essentiellement sur les performances des méthodes numériques, d'un point de vue précision et rapidité. Il n'est pas question ici des données nucléaires ou d'autres points concernant le calcul réseau (autoprotection, calcul de flux, évolution isotopique des milieux), non plus d'évolution en burnup ou en temps. Afin d'évaluer les performances des solveurs, il a d'abord fallu tester leur sensibilité intrinsèque et leur stabilité par rapport aux différents paramètres de calcul, et dégager un profil optimal de calcul pour chacun. Dans un deuxième temps, une comparaison exhaustive en ce qui concerne leur précision et rapidité a été réalisée, basée sur les grandeurs habituelles (coefficient de multiplication effectif, répartition des taux de réactions), mais aussi sur des points plus spécifiques au design en question, à savoir l'effet des barres de contrôle, et l'effet de vidange sodium. Le temps de calcul a été un autre facteur déterminant. Les recommandations tirées de cette étude doivent être appliquées avant tout dans un cadre similaire, c'est-à-dire pour un petit coeur rapide à géométrie hexagonale. Il est possible que les conclusions doivent être adaptées ou nuancées pour des calculs de grands coeurs, ce qui est sans doute la première étape des prolongements à donner à cette étude.  ABSTRACT: The reactors of next generation, in particular SFR model, represent a true challenge for current codes and solvers, used mainly for thermic cores. There is no guarantee that their competences could be straight adapted to fast neutron spectrum, or to major design differences. Thus it is necessary to assess the validity of solvers and their potential shortfall in the case of fast neutron reactors. As part of an internship with CEA (France), and at the instigation of EPM Nuclear Institute, this study concerns the following codes : DRAGON/DONJON, ERANOS, PARIS and APOLLO3. The precision assessment has been performed using Monte Carlo code TRIPOLI4. Only core calculation was of interest, namely numerical methods competences in precision and rapidity. Lattice code was not part of the study, that is to say nuclear data, self-shielding, or isotopic compositions. Nor was tackled burnup or time evolution effects. The study consists in two main steps : first evaluating the sensitivity of each solver to calculation parameters, and obtain its optimal calculation set ; then compare their competences in terms of precision and rapidity, by collecting usual quantities (effective multiplication factor, reaction rates map), but also more specific quantities which are crucial to the SFR design, namely control rod worth and sodium void effect. The calculation time is also a key factor. Whatever conclusion or recommendation that could be drawn from this study, they must first of all be applied within similar frameworks, that is to say small fast neutron cores with hexagonal geometry. Eventual adjustments for big cores will have to be demonstrated in developments of this study.


identifier: Cascella, F. (2013). Modeling a Direct Contact Heat Exchanger for a Supercritical Water Loop  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des trente dernières années, les échangeurs de chaleur par contact direct (Direct Contact Heat Exchanger, DCHX) ont trouvé un grand succès dans les différentes applications de l'ingénierie de puissance. En fait, en raison de leur configuration, qui permet le contact direct entre le fluide chaud et le fluide froid, il est possible d'atteindre de très hauts transferts de masse et d'énergie. En dépit de leur haute performance, il est encore très difficile de prévoir le transfert de chaleur correct en fonction des conditions de fonctionnement de l'échangeur de chaleur, ce qui constitue un paramètre fondamental pour le correct fonctionnement des échangeurs de chaleur. Afin d'étudier les conditions dynamiques du guide sonique pour la vapeur supercritique,un échangeur de chaleur de ce type a été installé récemment dans le laboratoire de thermo-hydraulique "Altan Tapucu ". Il consiste dans un tuyau où la vapeur surchauffée provenant d'une section d'essai (où les conditions soniques se produisent) se mélange avec de l'eau sous-refroidie. Ce composant peut travailler en toute sécurité dans une large gamme de pressions (5 bar < p < 40 bar). Sur le haut de la cuve, une buse est reglée et ainsi l'eau sous-refroidie entre dans la chambre sous la forme de fines gouttelettes (qui ont le diamètre de l'ordre de 200 m de diamètre). Au cours des deux dernières années, nous avons développé un modèle thermodynamique capable de décrire les échanges thermiques dans le DCHX pour différentes conditions de tra- vail. L'idée principale est d'appliquer un bilan énergétique à chaque gouttelette afin d'évaluer la puissance thermique totale. Pour ce faire, nous avons concentré notre attention sur deux problèmes: {Dimension des gouttelettes: pour effectuer un bilan énergétique, il est nécessaire de connaître la taille des gouttelettes. Cependant, les conditions de travail de la chambre affectent ce paramètre, c'est-à-dire que les dimensions des gouttelettes varient en fonction de la pression de vapeur, le débit et la température du liquide. En outre,pour une condition donnée, il est impossible de s'attendre des gouttelettes qui ont une dimension uniforme. Donc, d'une part, une distribution statistique décrivant la taille des gouttelettes doit être trouvée, d'autre part, les conditions de travail doivent être considérées lors de l'évaluation de la loi statistique. {Transfert de chaleur: du moment qu'il y a une interaction mutuelle entre le liquide sous-refroidi (phase disperse) et de la vapeur surchauffée (phase continue), nous avons analysé deux modes de transfert de chaleur: la convection et évaporation. Cependant,cette étude ne peut être effectuée sans une évaluation précédente de la vitesse des  ABSTRACT: In the last thirty years, Direct Contact Heat Exchangers (DCHX) have found success in different power engineering applications. In fact, due to their configuration, which allows the direct contact between the hot and cold  fluids, it is possible to reach very high mass and energy transfer efficiencies. Despite their high performance, it remains, to this day, difficult to correctly predict the thermal power as a function of plant operation conditions. In fact, this problematic constitutes a fundamental parameter to correctly operate heat exchangers. In order to study super-critical water choked  flow in a super-critical water loop, a heat exchanger of this type has been recently installed in the "Altan Tapucu" Thermo-hydraulic Laboratory. It consists of a fluid mixer called \quenching chamber", i.e. a vessel where super-heated steam coming from a test section (where choked flow conditions occur) mixes with sub-cooled water. This component can safely work in a wide range of pressures (5 bar < p <40 bar). However, on the top of the vessel, a nozzle is set so that the cooling water is sprayed into the chamber under the form of tiny droplets (i.e., about 200 m in diameter). Within the frame work of this Master's thesis, we developed a thermodynamic model capable of describing the thermal power in the aforementioned DCHX for different working conditions. The main idea is to apply an energy balance to every single droplet in order to evaluate the total heat transfer. In order to do that, we focused our attention on two problems: Droplet size: to perform any energy balance, it is necessary to know the droplet size, however, the quenching chamber working conditions affect this parameter. That is, the droplet dimensions vary depending on steam pressure, liquid flow rate and temperature. Moreover, for a given condition, droplets are expected to have non-uniform dimensions. This means that firstly, a statistical distribution describing the droplet size is to be found, and secondly, the working conditions have to be considered when evaluating this statistical law. Heat transfer: Since there is a mutual interaction between the sub-cooled liquid (disperse phase) and the super-heated steam (continuous phase), we analyzed two heat transfer modes: convection and evaporation. However, this study cannot be performed without a preliminary evaluation of the droplet velocity. That is, the velocity field needs to be known since it affects the amount of energy released. In this work, the experimental data collected at Ecole Polytechnique de Montreal are compared with the predictions of our model. We found a very good agreement for steam


identifier: Dorval Dion, C. A. (2013). Déposition photochimique du gaz de synthèse (CO et H2) pour la fonctionnalisation en surface à conditions ambiantes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le phénomène d'agglomération des nanoparticules reste un obstacle technique à leur mise en œuvre à leur plein potentiel. Bien que les agents tensioactifs peuvent résoudre ce problème dans le cas de suspensions dans des liquides, cette solution facile n'est pas applicable à toutes les situations. Le problème est que les agents tensioactifs ont tendance à se désorber de la surface lorsqu'amenés à des températures au-delà de 70°C. De nombreux usages nécessitent d'atteindre des températures plus élevées que ce seuil, soit au cours de leur durée de vie utile (par ex.: nanofluides) ou au cours de leur processus de fabrication (par ex.: nanocomposites, soit des nanoparticules dispersées dans une matrice polymère). Une autre façon de contrer cet effet consiste à attacher des groupes fonctionnels à la surface des particules grâce à une forte liaison covalente (un processus connu sous le nom fonctionnalisation), modifiant ainsi leurs propriétés de surface. Bien qu'applicables à certaines applications à forte valeur ajoutée, les méthodes actuelles de fonctionnalisation à base de liquides sont souvent trop coûteuses pour permettre leur utilisation en contexte industriel. Notre groupe de recherche a étudié l'aspect coût versus efficacité et propose la déposition de vapeur photochimique (PICVD) comme un candidat potentiel pour la fonctionnalisation de particules à grande échelle. Le PICVD utilise la lumière UV comme initiateur de polymérisation radicalaire en phase gazeuse, afin de déposer des groupes fonctionnels sur la surface. Les avantages de cette technique sont non négligeables: faible consommation d'énergie, opération à des conditions normales et utilisation de matériel et de réactifs communs. Alors que le souci premier relié à l'utilisation du PICVD est son faible taux de déposition, cette crainte n'est pas fondée dans le cas de la fonctionnalisation en surface, puisque la charge de surface est un principe purement surfacique et aucunement volumique. La possibilité d'utiliser le PICVD pour la fonctionnalisation en surface a été étudiée. Les essais ont été effectués sur des substrats macroscopiques plats afin d'éliminer les facteurs reliés aux phénomènes de transfert de masse, ainsi qu'à la manipulation souvent complexe des nanoparticules. Les propriétés de surface ont été caractérisées par goniométrie ainsi que par FTIR, alors que la composition de l'effluent gazeux de sortie a été mesuré par GCMS. Les résultats obtenus ont confirmé que les surfaces peuvent être traitées par PICVD, mais invitent aussi à penser que les propriétés de surface peuvent être finement ajustées en contrôlant la cinétique impliquée dans le réacteur. Un modèle empirique a été développé reliant l'angle de contact aux paramètres expérimentaux du système. De plus, l'addition de peroxyde d'hydrogène en tant que promoteur a permis l'extension des plages de valeur obtenues pour l'angle de contact, soit de 30-100° à 5-118°. Des substrats de polymères ont également été testés suivant le même procédé, mais cette fois en visant uniquement les revêtements hydrophobiques. Les résultats démontrent que le concept s'applique également sur des substrats de polymère. L'addition de peroxyde d'hydrogène a entraîné la formation de revêtement hautement hydrophile (angles de contact autour de zéro), et ce, à des conditions généralement connues pour donner des revêtements hydrophiles.  L'étude a conclu que le PICVD est en effet un candidat potentiel pertinent pour la fonctionnalisation en surface. Par contre, cette étude ne peut formuler aucune conclusion quant à son efficacité directement appliquée aux nanoparticules. Des recommandations pour des travaux futurs incluent un contrôle plus fin des températures locales dans le réacteur. Par exemple, le refroidissement du substrat ainsi que le préchauffage du précurseur pourraient améliorer considérablement la qualité des revêtements, notamment en encourageant la condensation et l'adsorption sur la surface ainsi qu'en accélérant la cinétique dans le gaz du même coup. Le mémoire se termine sur des idées d'applications industrielles potentielles pour cette nouvelle technologie.  ABSTRACT: Agglomeration of nanoparticles remains a technical barrier to their implementation at their full potential. While surfactants can address this problem for nanoparticles in liquid suspensions, this quick fix is not applicable to every situation, since surfactants tend to desorb from the surface at temperatures as low as 70°C. Many usages require reaching higher temperatures either during the course of their useful life (i.e. nanofluids) or during their fabrication process (i.e. nanocomposites like nanoparticles dispersed in polymer matrix). Another way to counter this effect consists to attach functional groups to the surface of the particles through a strong covalent bound (a process known as functionalization), therefore changing their surface properties. While valid for some high-added value applications, current, mainly liquid-¬based functionalization methods are often too expensive to allow for their use in industrial context. Our research group has considered the cost-¬efficiency aspect and proposes the gas-¬phase photo-initiated chemical vapor deposition (PICVD) approach as a potential candidate for scalable particle functionalization. PICVD uses UV light as an initiator for gas phase radical polymerization that deposits functional groups on the surface. The advantages of this technique are tremendous: lower energy consumption, operation under normal conditions (room temperature and atmospheric pressure) and usage of common material and reactants. While the main concerns of this technique is about its low deposition rates (compared to the plasma-enhanced equivalent), we have good reasons to believe that the deposition rates offered by PICVD would be sufficient for the current purpose. The feasibility of using PICVD for the functionalization of surfaces has been investigated using syngas as precursor. In order to characterize the method properly, benchmark tests have been run on copper flat macro-scale substrates. This strategy allowed us to neglect the effect of mass transfer limitations, but also to avoid the complexity associated to nanoparticle handling. Surface characterization focuses on FTIR spectroscopy and goniometry (water contact angle) analysis giving, respectively, the composition and wettability of the surface. The exiting gas has been also analyzed through gas chromatography (GC-MS) in order to better understand the gas-¬phase reactions taking place through the reactor. The results obtained confirmed that surfaces can be treated through PICVD, but also suggest that the surface properties can be finely tailored by controlling the kinetics involved in the reactor. More specifically, a strong correlation between the composition of the exiting gas and the surface properties has been observed; depending on which reaction set is dominant, the surface can be set as hydrophilic or hydrophobic. An empirical model has been derived from the data relating the contact angle to the process parameters. Hydrogen peroxide was added into the system as a reaction promoter and it successfully widened the range of contact angle obtained from 30-100° to 5-118°. Polymer substrates have also been tested with the same method, but this time aiming hydrophobic coatings only. It has been found that the method also worked for the polymer substrates. The coating process indeed increased the measured water contact angle on substrates. The addition of hydrogen peroxide was also tested but gave unexpected results: the coated surfaces were highly hydrophilic (contact angle near zero) at process parameters that were expected to achieve hydrophobic coatings. This study concluded that PICVD does show promises as a scalable gas phase functionalization process for surface treatment. However this study cannot reach any conclusion related to its efficiency for the surface functionalization applied to nanoparticles. Recommendations for future work include a finer control of temperature inside the reactor, therefore promoting adsorption and condensation on the surface by cooling down the substrate, while improving the kinetics by preheating the precursors. The master thesis closes on some ideas of potential industrial applications of this new technology.


identifier: De Cordoüe-Hecquard, F.-X. (2013). Amélioration du flux de chaleur critique dans un tube vertical chauffé uniformément par insertion d'un déflecteur  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des tests de flux de chaleur critique (FCC) ont été réalisés sur un tube vertical chauffé uniformément à des pressions de 10 et 30 bar, des sous-refroidissement de 2, 15 et 30 C et pour des flux massiques de 1000, 1250, 1500 et 2000 kg.m-2.s-1. Deux de déflecteurs différents - un de forme conique et un a turbine - ont été introduits à tour de rôle et à diverses positions à l'intérieur du tube dans le but d'augmenter les valeurs de flux de chaleur critique. Le but recherché était d'essayer de rediriger une partie des gouttelettes en suspension dans la vapeur vers le film de liquide et de retarder ainsi l'assèchement de la paroi chauffée. Les résultats se sont révéelés satisfaisants pour le reflecteur à turbine avec lequel une augmentation du  flux de chaleur critique a été remarquée pour la totalité des situations étudiées. Cette augmentation va de 10 a 40% en fonction de l'emplacement du de déflecteur par rapport à la zone chauffée et des paramètres thermohydrauliques. Dans certains cas, le flux de chaleur critique ne se produit pas à la fin de la zone chauee comme habituellement mais en amont du deflecteur, démontrant par la même que le depôt des gouttelettes sur le film de liquide est efficace. Néanmoins, les résultats concernant le deflecteur de forme conique ont été décevants : la plupart des points présentent une diminution des valeurs de flux de chaleur critique. Par rapport à la série de référence, les écarts relatifs vont de -20% a +10% environ. Cela est probablement dû à la taille inadaptée du déflecteur conique, trop gros par rapport aux dimensions du tube. En effet, l'accélération de la vapeur au niveau du déflecteur est trop rapide, produisant une altération du film de liquide pouvant entraîner un arrachement supplémentaire de gouttelettes ou une altération du film accélérant l'assèchement de celui-ci. De plus, de façon inattendue, lors de la série d'expériences de référence sans deflecteur, on a remarqué que, pour une même longueur chauffée, la présence d'une zone adiabatique en aval de la partie du tube chauffée pouvait avoir une influence positive non négligeable sur les valeurs du flux de chaleur critique. Plusieurs hypothèses ont été émises concernant les mécanismes physiques en jeu. La plus plausible est que dans cette zone adiabatique, peu avant le FCC, une partie des gouttelettes en suspension dans le coeur de vapeur percute le film. Le film en aval de la zone chauffée est donc plus épais et peut avoir une influence sur le film de la zone chauffée. Cependant, aucune preuve directe n'a pu être apportée et des experimentations complémentaires sont nécessaires pour valider ou infirmer cette hypothèse.  ABSTRACT: Critical heat flux (CHF) tests have been carried out on a vertical and uniformly heated tube at pressure of 10 and 30 bar, at inlet subcooling of 2, 15 and 30C and for mass flux of 1000, 1250, 1500 and 2000 kg.m-2.s-1. A deflector was introduced inside the tube to redirect droplets contained in the vapor core onto the liquid film. Its mass low rate would indeed be increased which would enhance critical heat flux values. Two different deflectors have been tested: a cone-shaped and a tubine type. Satisfying results were found for the turbine type defector: for every configuration, we observed an enhancement of 10 to 40% of the CHF values. This enhancement depended grately on the position of the deflector with regard to the heated zone and on the  flow parameters. In some cases, CHF was not even observed at the end of the heated length as usual, but upsteam from the deflector, proving that the deposition of droplets is very efficient. However, results were disappointing with the cone-shaped deflector; most of the points showed a decrease of the CHF values up to 20% compared with the reference experiments. The defector was indeed too big in relation to the tube inside diameter and the vapor acceleration due to the deflector could possibly destroy the liquid film. Moreover, while performing the tests without deflector, we unexpectedly realised that for a given heated length and given flow parameters, the presence of an adiabatic zone downstream from the heated zone could increase the values of CHF. Several explanations were given, the most plausible one being that some of the droplets from the vapor core could be projected onto the liquid film in this adiabatic zone, which in term could affect CHF.


identifier: Meurée, C. (2013). Recalage d'images du fond d'oeil pour la construction d'un atlas des structures anatomiques de la rétine  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de nouvelles modalités d'imagerie et les progrès réalisés en analyse et en archivage d'images ont fait évoluer la pratique de l'ophtalmologie ces dernières décennies. Ces avancées sont motivées par le fait que les images de la rétine, également appelées images de fond d'oeil, sont les seules qui permettent d'observer le réseau vasculaire rétinien de manière non-invasive et d'obtenir des informations concernant un grand nombre de pathologies. La quantité d'images rétiniennes acquises afin de suivre des patients atteints de différentes maladies est donc en constante augmentation, ce qui pose des problèmes dans la prise en charge de la population. De plus, l'évaluation qualitative de ces images par des experts est soumise à des problèmes de reproductibilité. De ces problématiques croît la nécessité de développer des méthodes automatiques d'analyse des images de fond d'oeil et d'aide au diagnostic. Certaines des pathologies évaluées à l'aide de ces images affectant la structure du réseau vasculaire rétinien, la segmentation automatique de la vasculature est l'un des enjeux particulièrement importants aujourd'hui. Diverses méthodes de segmentation de la vasculature rétinienne sont proposées dans la littérature, l'une des principales difficultés à surmonter étant de segmenter les vaisseaux sanguins les plus fins. Notre hypothèse est que l'utilisation d'atlas pourrait améliorer la détection de ces petits vaisseaux. Les atlas sont des modèles moyens de la répartition des structures au sein de populations qui, une fois alignés sur des images à segmenter, permettent de localiser les structures d'interêt. L'objectif général de ce projet est de proposer des méthodes de recalage automatique d'images de fonds d'oeil afin de construire un atlas des principales structures anatomiques de la rétine. Puisque les images de fonds d'oeil utilisées pour construire un tel atlas sont planes, leur contenu dépend de la configuration selon laquelle elles ont été imagées. Nous proposons donc aussi d'étudier la possibilité d'une reconstruction de la surface des rétines en trois dimensions afin d'obtenir un atlas 3D indépendant de cette configuration. Cette extension à la troisième dimension implique le recours à plusieurs images de chaque fond d'oeil qui doivent être recalées afin de ne conserver que les déformations liées à la profondeur de la rétine. Trois objectifs spécifiques sont donc à distinguer. Le premier consiste à proposer une méthode de recalage automatique intra-sujet pour permettre la reconstruction en trois dimensions. Le deuxième vise à adapter le recalage au cas de l'alignement d'images de sujets différents dans le but de construire l'atlas 2D, qui est utile dans le cas d'images acquises selon des configurations similaires. Le troisième objectif est d'étudier la possibilité de reconstruire  ABSTRACT: The development of new imaging modalities and the progress in image analysis and archiving systems have changed the practice of ophtalmology for the last decades. These advances are driven by the fact that retinal images, also known as fundus images, are the only ones allowing a non-invasive observation of the human vasculature and getting information about many pathologies. The amount of retinal images acquired to examinate patients with various diseases is constantly increasing, which poses problems in the management of the population. In addition, the qualitative evaluation of these images by experts is subject to problems of reproducibility. These issues increase the need to develop automatic retinal image analysis and diagnosis support. Some pathologies are aecting the structure of the retinal vasculature. Therefore, the automatic retinal vessels segmentation is a particularly important issue today. Various methods have been proposed in the literature concerning retinal vessels segmentation. One of the key challenges is to segment the nest blood vessels. Our hypothesis is that the use of atlases could improve the detection of these small vessels. Atlases mean the distribution of anatomical structures within populations and, once aligned with images to segment, allow the localisation of the structures of interest. The general objective of this project is to propose a method for automatic images registration to build an atlas of the principal anatomical structures of the retina. Since the fundus images used to build this atlas are two dimensional, their content depends on the conguration of their acquisition. We propose to study the possibility of reconstructing the retinal surface in three dimensions to obtain an atlas not depending on this conguration. This extension to the third dimension involves the use of multiple images of each retina which must be registered in order to keep only the deformations related to the depth of the retina. Thus, three specic objectives are to distinguish. The rst is to provide an automatic intra-subject registration method to allow the three-dimensional reconstruction. The second is to adapt the registration algorithm to the alignment of images of dierent subjects in order to build the 2D atlas, which is useful in the case of images acquired under similar congurations. The third objective is to study the possibility to reconstruct the retinal surface in three dimensions. To meet the rst objective, which is to propose a method to automatically register images of a single retina, an algorithm evaluating the quadratic deformations between the images has been developed. It allows taking into account transformations introduced by the movements of the eye relative to the camera between several acquisitions and considering deformations