identifier: Galliez, A. (2011). Création et évaluation d'une bibliothèque de patrons de conception d'interface pour les formulaires web  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Après avoir été utilisés en architecture et en programmation orientée objet, les patrons de conception ont été appliqués aux interfaces utilisateur. Cependant, peu de patrons de conception existent sur les formulaires web, malgré le nombre de problèmes liés aux formulaires qui ont été étudiés par divers auteurs. Comme les patrons documentent les meilleures solutions à des problèmes récurrents dans un contexte donné, il semblait très pertinent de développer une bibliothèque de patrons sur la conception de formulaires. Il était raisonnable de penser que cette bibliothèque serait utile à une équipe d'ergonomes dont les membres ont des formations et des expériences différentes en ergonomie, comme c'est le cas chez Desjardins. En disposant d'une base de connaissances commune, les ergonomes utiliseront les mêmes bonnes règles de conception et leurs connaissances seront ainsi plus homogènes et plus solides. Le but de ce mémoire est de développer, tester et valider une bibliothèque de patrons de conception sur les formulaires web. Pour atteindre ce but, nous avons adopté la démarche suivante. Nous avons commencé par réaliser une revue de littérature sur les patrons de conception ainsi que sur les problèmes rencontrés lors de la conception de formulaires web. Nous avons ensuite expliqué pourquoi nous étions d'avis qu'une bibliothèque de patrons de conception serait pertinente dans le contexte actuel de Desjardins pour des équipes travaillant sur le site web. Ces revues de littérature nous ont aidés à déterminer la liste de 30 patrons à rédiger. Une fois la liste dressée, nous avons écrit les patrons en utilisant un style de rédaction web. Le problème, le contexte et la solution ont été présentés dans un tableau pour soutenir la définition des patrons. Nous avons ajouté un raisonnement, des exemples et des liens vers d'autres patrons. La bibliothèque de patrons a ensuite été rendue disponible sur le réseau interne de Desjardins. Nous avons ensuite évalué sa capacité à aider les concepteurs à créer des formulaires web plus facilement. Cette évaluation a été faite au moyen de tests menés auprès de trois groupes de sujets : quatre ergonomes expérimentés et trois ergonomes peu expérimentés travaillant sur le site www.desjardins.com, et quatre non ergonomes qui étaient sensibilisés à l'ergonomie. Nous avons recueilli les commentaires des sujets sur le travail avec les patrons de conception et l'utilisation de cette bibliothèque, le nombre de patrons consultés et le nombre de patrons utilisés par sujet ainsi que les maquettes produites suite à l'utilisation des patrons. Les principaux résultats montrent que des personnes avec moins d'expérience en ergonomie étaient capables d'arriver au même principe de solution que les ergonomes plus expérimentés. Ils indiquent également que les solutions trouvées par les participants qui appliquent les mêmes patrons sont très similaires, ce qui montre que les patrons sont compris de la même manière par tous les sujets des trois groupes. Nous avons constaté que les sujets qui utilisaient les patrons de conception dès le début de leur maquette arrivaient plus rapidement à créer une bonne structure initiale. Les sujets qui utilisaient les patrons pour valider leurs solutions recommençaient leur maquette car les solutions proposées par les patrons allaient plus loin que celles qu'ils avaient utilisés. Les commentaires des participants ont été très positifs à l'égard de la bibliothèque de patrons. Ils ont également permis de définir des axes d'amélioration, comme la création de nouveaux patrons ou la création de liens entre la bibliothèque de patrons et les normes de Desjardins traitant des formulaires.  ABSTRACT: After architecture and object-oriented programming, design patterns were applied to user interfaces. However, few design patterns exist for online application forms, and this despite a number of problems addressed in several studies. Since design patterns serve to document the best solutions to recurring problems in a given context, it seemed relevant to develop a design patterns library for online application forms. Such a library could be useful to a team of human factor engineers with different levels of training and work experience in ergonomics, as is the case at Desjardins. By working from a shared knowledge base, human factor engineers could use the same rules and help bring all team members to the same level of knowledge. The goal of this study is to develop, test and validate a design patterns library of online application forms. To reach this goal, we did the following. First we studied the literature on design patterns and on common problems met during the design of forms. Then, we demonstrated that a design patterns library is relevant in Desjardins's current environment and for teams working on its website. The literature helped us to come with a list of 30 patterns to be written. These patterns were created with a web-style writing: short sentences and lists. The problem, the context and the solution were presented in a single table to match the definition of a design pattern. We showed the underlying rationale, examples and links to other patterns. The design pattern library was made available on Desjardins's network. Then, we evaluated its capacity to help designers create online application forms more easily. The evaluation was made by means of a test involving three groups of subjects: four human factors professionals with experience and three human factors junior professionals currently working on the www.desjardins.com website, and four people who are not human factors specialists but have some knowledge of the discipline. During the tests, we gathered comments about working with design patterns and using the library, the numbers of design patterns read vs. used and the wireframe mock-ups made by the participants. Principal results show that the participants with limited experience in human factors were able to find the same solutions as those with more experience. We also noted that the solutions found by persons using the same design patterns were very similar, showing that the patterns are understood the same way by all participants of the three groups. We noticed that participants who used design patterns at the beginning of their work created a good structure to go on. Participants who used design patterns to validate their solutions redid their wireframe mock-ups because the design patterns' solutions were judged superior to their own solutions. Participants' comments on the design patterns and on the library were very positive. They also helped identify areas for improvement, such as the creation of new patterns and linking the library of design patterns to Desjardins online application form norms.


identifier: Couture, S. (2011). Structures périodiques bi-dimensionnelles de fils métalliques: caractérisation et applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le but de la présente recherche est d'étudier deux structures périodiques 2D dans le contexte des métamatériaux. Les métamatériaux sont des structures périodiques dont la période est suffisamment plus petite que la longueur d'onde pour pouvoir considérer la structure comme un matériau homogène effectif avec des paramètres effectifs εeff et μeff. La première structure étudiée est une structure de fils métalliques plongés dans un milieu hôte diélectrique homogène. Deux modèles théoriques différents sont présentés pour cette structure. Ces modèles permettent d'attribuer une permittivité effective à la structure de fils. Une méthode numérique est ensuite employée pour extraire les paramètres effectifs εeff et μeff de la structure. Il est montré que les paramètres ainsi obtenus ne correspondent pas aux paramètres εeff et μeff obtenus à partir des modèles théoriques. On tente alors de faire la distinction entre les paramètres effectifs théoriques et les paramètres obtenus numériquement et d'éclaircir leur signification respective. Le concept des paramètres de Bloch est ainsi introduit et il est montré que ce sont les paramètres de Bloch, et non pas les paramètres théoriques εeff et μeff , qui sont significatifs pour la résolution de problèmes pratiques. Les paramètres de Bloch sont des paramètres qui caractérisent les propriétés de transmission et de réflexion pour une cellule unitaire et qui ne dépendent pas de la périodicité de la structure. Cette partie de la recherche peut être vue comme une mise en garde quant à l'interprétation et l'utilisation des paramètres effectifs attribués aux métamatériaux.La présente recherche a aussi pour but de proposer des applications aux structures étudiées. Dans cette optique, la structure périodique de fils métalliques est utilisée pour concevoir un résonateur avec une distribution de champs uniforme dans la région occupée par la structure de fils. Ceci est possible en opérant à la fréquence correspondant à la permittivité effective nulle de la structure de fils, ce qui implique une longueur d'onde effective infinie.La seconde structure périodique étudiée est une structure de fils métalliques entourés d'une gaine diélectrique et plongés dans un milieu hôte constitué d'une ferrite magnétisée. Le modèle théorique attribuant des paramètres effectifs εeff et μeff à la structure est brièvement présenté. Ce modèle prédit que dans une certaine bande de fréquences, les deux paramètres sont négatifs, ce qui donne lieu à la propagation de “backward waves”, caractérisées par le fait que leur vecteur de propagation pointe dans la direction opposée au vecteur de Poynting, qui représente la direction de transport de l'énergie. Certaines propriétés physiques d'un matériau avec des paramètres négatifs sont présentées, notamment la propriété d'indice de réfraction négatif. Le modèle théorique pour la structure périodique est validé à l'aide de la même méthode numérique utilisée pour la première structure périodique. Le fait que les paramètres extraits numériquement sont différents des paramètres théoriques est à nouveau souligné et les paramètres extraits numériquement sont interprétés à l'aide du concept des paramètres de Bloch.  ABSTRACT: The goal of this research is to study two bidimensional periodic structures in the context of metamaterials. Metamaterials are periodic structures which have a period that is sufficiently smaller than the wavelength to be considered as an effective medium with effective parameters εeff and μeff . The first structure studied is a structure of metallic wires embedded in an homogeneous dielectric medium. Two different theoretical models for this structure are presented. These models assign an effective permittivity to the structure. A numerical method is then used to extract the effective parameters εeff and μeff of the structure. It is shown that these parameters obtained numerically do not correspond to the parameters εeff and μeff obtained from the theoretical models. Therefore, we attempt to properly distinguish the theoretical effective parameters from the parameters obtained numerically and to shed light on their respective physical meaning. For this purpose, the concept of Bloch parameters is introduced and it is shown that it is these Bloch parameters, and not the theoretical effective parameters εeff and μeff , which must be used in solving practical problems involving the periodic structures. The Bloch parameters are parameters which convey the transmission and reflexion properties of a single unit cell, independently of the structure's periodicity. This part of the research can be seen as a warning according to which one should be careful in the interpretation and use of the effective parameters derived for metamaterials.  This research also has for goal to suggest applications for the structures studied. Therefore, the periodic structure of metallic wires is used in the design of a resonator having the property of supporting a resonant mode with an uniform field distribution in the area occupied by the structure of wires. This is possible because the resonator is operated at the frequency corresponding to zero effective permittivity of the wire structure, thus implying that the effective wavelength is infinite.  The second structure studied is a structure of metallic wires surrounded by a dielectric cladding and embedded in a magnetized ferrite host medium. The theoretical model from which the effective parameters εeff and μeff are derived is briefly presented. This model predicts the propagation of backward waves in a certain frequency band, these waves being characterized by the fact that their propagation vector points in a direction opposite to the Poynting vector, which corresponds to the direction of energy flow. Some physical properties of a medium with negative parameters are presented, notably the property of negative refractive index. The theoretical model for this periodic structure is validated using the same numerical method used for the first periodic structure. The fact that the parameters extracted numerically are different from the theoretical parameters is once again highlighted and the parameters obtained numerically are interpreted using the concept of Bloch parameters.  Since the negative refractive index property is one of the most important properties of materials with negative εeff and μeff parameters, an experiment is devised to validate this property experimentally for the structure of wires inserted in the ferrite medium.


identifier: Garza Villarreal, H. (2011). Assessment and Enhancement of the Performance of the Pulp Washing Operation in Kraft Mills  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le secteur industriel des pâtes et papiers est un des piliers de l'industrie du Canada. Il est également un des plus gros consommateurs d'énergie et d'eau et la facture énergétique associée est généralement comprise entre 25 et 50 % de la totalité des coûts de fonctionnement pour  ce type d'usine.  Le secteur industriel papetier du Canada a été durement touché par la crise financière de 2008, ainsi que par une stagnation de la consommation de papier en Amérique du Nord. Si on ajoute à cela la concurrence des pays émergents comme l'Inde, le Brésil et la Chine, dotés d'usines plus récentes, l'industrie papetière canadienne traverse aujourd'hui sa plus grande crise depuis sa création, il y a 200 ans.  Il existe trois procédés différents pour obtenir la réduction de la biomasse en pâte à papier. La voie chimique, la voie mécanique et la voie semi-chimique. Ce projet porte uniquement sur un procédé de fabrication par voie chimique, connu sous le nom de procédé Kraft. Ce procédé est le plus employé et représente 75 % de la production mondiale de pâte.  Afin de rester compétitives, les usines doivent accroître leur  efficacité énergétique pour mieux contrôler leurs coûts de production. Les équipements employés pour préparer la pâte Kraft sont des gros consommateurs d'eau et d'énergie, lorsqu'ils ne sont pas correctement optimisés. L'analyse de la performance de ces équipements est une étape importante qui précède toute technique d'optimisation par l'analyse des procédés. Si les résultats de cette opération sont concluants, on peut alors envisager des modifications  dans les conditions de fonctionnements des équipements. Ce type de mesure nécessite peu d`investissement et s`avère être une source d`économie significative. Dans le procédé, certains équipements jouent un rôle central et il est important d`en évaluer la performance afin de proposer les modifications nécessaires à assurer leur fonctionnement optimal. Du point de vue de la consommation d'énergie, les équipements considérés sont les laveurs, les évaporateurs, les chaudières et les sécheurs. Les laveurs sont les équipements qui consomment le plus d'eau et ils ont un impact direct sur la consommation de vapeur dans les évaporateurs. En effet, l'eau de lavage est ensuite envoyée aux évaporateurs pour atteindre un certain niveau de concentration en matières solides dissoutes. Les laveurs situés dans les départements de lavage de la pâte brune et de blanchiment utilisent en moyenne  74 % de l'eau totale consommée dans les usines construites dans les années 1980. La consommation moyenne de vapeur dans les blanchisseurs et les évaporateurs représentent à eux deux 42 % et 47 % de la consommation totale de vapeur des usines qui emploient respectivement des feuillus et des résineux. On trouvera dans cette étude l`analyse de performance des laveurs pour trois usines canadiennes. Par soucis de confidentialité, ses usines seront nommées usines  A, B et C. Cette étude  comprend la description des différents départements de l'usine, la validation du modèle numérique de l'usine, la caractérisation et la comparaison des résultats obtenus avec la moyenne nationale. On trouvera également une description générale  des usines B et C. Dans cette étude,  la performance des laveurs est caractérisée à l'aide de trois  indicateurs,  le premier est un paramètre appelé « Equivalent Displacement Ratio » (EDR), le second est  le taux de matières solides dissoutes extraites durant le lavage et enfin, le troisième  est l'efficacité du lavage. Un diagnostic de performance des équipements ainsi que des projets visant à accroitre leur efficacité sont proposés dans cette étude pour atteindre une réduction de la consommation d'eau comprise entre 3,4% et  49%, et une réduction de la consommation de vapeur comprise entre 1,8% et 7,6%, selon les usines.  ABSTRACT: The pulp and paper industry is one of the highest energy consumers amongst all industry in Canada, with energy costs between 25% and 50% of the total cost of product. The Canadian pulp and paper industry has also been facing a stagnation in the demand in the pulp market over the past few years, and emergent countries with modern mills are creating strong competition for the old Canadian pulp and paper industry. There are three types of pulping processes, chemical, mechanical, and semi-chemical pulping. This project focuses only on a specific chemical pulping method known as Kraft pulping process, representing 75% of chemical pulping in Canada. In order to stay competitive, the Canadian pulp and paper industry has to improve the energy efficiency of their mills and decrease energy costs.  Analyzing the performance of process equipment is an important step prior to any process integration technique, since equipment items with poor performance can increase the energy and water demand of the overall process. Analyzing the equipment performance results in finding the inefficiencies which can be resolved by modifying the operating conditions or control strategy (low investment projects) or changing equipment in the case of design problems (high investment project). Analyzing the performance of some key equipment is more essential regarding energy and water consumption to evaluate their performance and propose modifications in order to adjust their operation in comparison to typical or even best practice range of operation. These key equipments are washers, evaporators, boilers, and dryers.   Washers are a major water consumer and their efficiency also has a direct effect on the steam consumption of the evaporators. In the brown stock washing and bleaching department, washers account for almost 75 % of water consumed in a typical Canadian mill built in the 1980's. The median amount of steam consumed in bleaching and evaporation represent 42% and 47% of the total steam consumption in Canadian mills for hardwood and softwood, respectively.  In this study, washing performance analysis was done for three Canadian partner mills. For confidentiality purposes mills were referred to as A, B and C. For mill A, a study regarding process description per departments, validation of the simulated model, characterization and benchmarking was done. For mill B and C, a general description of the mills was addressed. One efficiency parameter, equivalent displacement ratio (EDR), was selected as the best indicator and benchmarked for all washers. The EDR, which represents the percentage of solids removal, and the washing efficiency were calculated. A diagnosis of the key equipment was performed and water and energy projects were proposed, reaching water savings from 3.4 % up to 49 % and steam savings from 1.8 % to 7.6%.


identifier: Kamal, W. (2011). Analysis of Energy Systems and Performance Improvement of a Kraft Pulping Mill  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude a pour objectif d'augmenter l'efficacité énergétique d'une usine existante de fabrication de pâte à papier Kraft. Le principal moyen mis en œuvre pour atteindre ce but consiste à développer de nouvelles conceptions optimisées du procédé de fabrication, en d'autre termes il est question ici d'augmenter  la récupération interne de chaleur et le taux des fermetures des circuits hydrauliques afin de réduire la consommation énergétique de l'ensemble du procédé. Dans un premier temps il est nécessaire de développer un modèle numérique de l'usine afin d'obtenir les bilans de masses et d'énergie  du procédé a l'aide d'un logiciel de simulation de procédés chimiques appelé CADSIM plus® . Ensuite la simulation a été validée par comparaison avec le fonctionnement réel de l'usine sur les paramètres importants dont la consommation d'eau et de vapeur par des mesures in situ avec le personnel de l'usine. Les écarts relatifs de production et de consommation d'eau et de vapeur sur la totalité des flux de l'usine n'excèdent pas 5 %.  La simulation a été caractérisée et comparée aux valeurs moyennes de consommation des usines canadiennes du secteur des pâtes et papiers. Par ailleurs ; les réseaux de vapeur et d'eau de l'usine ont été établis clairement ainsi que les bilans de masse associés. Les profils de température et de consistance de la pâte à papier le long de la ligne de production ont été tracés afin d'identifier les inefficacités énergétiques liées aux points de mélange non isothermiques. L'étude comprend l'analyse des contraintes techniques de l'usine basée sur une approche systématique et documentée. Un manuel technique d'analyse des contraintes a été rédigé, il peut être appliqué à n'importe quelle usine de production de pâte à papier. Les effets potentiels en termes d'économie d'énergie liés aux différents niveaux de contraintes ont été étudiés à l'aided'une analyse globale comprenant l'aspect technique et économique. En terme de re-conception totale du procédé, la ligne A n'a présenté une réduction des consommations que de l'ordre de 2 %,  aucune différence remarquable n'a pu être relevée sur la ligne B. Théoriquement la diminution de consommations obtenue sur la ligne A est de 22 % en re-conception totale et 20 % en re-conception partielle. En considérant différentes conceptions du réseau d'échangeur, il est possible d'atteindreune diminution de la consommation de 17 % en re-conception totale et 15 % en re-conception partielle. Pour la ligne B, d'après les courbes composites  la diminution théorique de consommation maximale est de 24 % et 16 % d'après la conception du réseau d'échangeur existant. Une analyse économique a été réalisée à partir du réseau d'échangeurs de la ligne A,  elle montre que dans le cas d'une re-conception partielle du procédé, on peut atteindre un temps de retour brut sur investissement de 2,1 ans et de 3,1 ans dans le cas d'une re-conception totale.  Ces résultats sont justes si la production de vapeur et la consommation de combustible sont réduites. On peut donc dire qu'il est économiquement rentable d'imaginer une re-conception partielle ou totale de la ligne A de l'usine. Pour la ligne B, la re-conception partielle du réseau d'échangeurs conduit à un temps de retour brut de 3,6 ans si on assure une diminution de la production de vapeur.  La solution qui consiste à augmenter la production de vapeur de l'usine afin d'en accroitre la production d'électricité s'est relevée économiquement non rentable pour les lignes A et B.  ABSTRACT: An energy study was done with the objective of improving the energy efficiency of an existing Kraft pulp mill. The improvements have been achieved by developing optimized process designs for the energy systems.  The first step was to develop Mass and energy models of the mill on CADSIM plus® software. Second, the model was validated by examining water and steam results and other major parameters. The discrepancy in total steam and water production and consumption was less than 5%. The configuration of the model has been validated directly with the mill staff.  The mill has been characterized and benchmarked against Canadian industry average. In addition, steam and water networks have been built and mass balances around these two systems were done. The temperature and consistency profiles of pulp and water tanks were plotted and inefficiencies due to non isothermal mixing in the process have been identified. Constraint analysis was performed on the overall mill based on a systematic and documented approach. A set of guidelines have been developed in order to customize the constraint analysis process to any pulp and paper mill. The effect of different constraint levels such as grassroot and retrofit on energy savings has been studied by examining the total savings and economic data. In terms of grassroot and retrofit approaches, it was apparent that in line A the grassroot approach savings were more by 2% while for line B the difference was insignificant. Theoretical savings based on the composite curves for line A were 22% in grassroot and 20% in retrofit. Based on the different heat exchanger network designs, it was possible to achieve 17% savings in grassroot and a maximum of 15% in retrofit. For line B, theoretical savings based on the composite curves were 24% and the potential savings based on the heat exchanger network design was 16%. An economic analysis was carried where by the heat exchanger networks of line A, show that for the retrofit case, a simple payback period of 2.1 years is achievable while for the grassroot case a simple payback period of 3 years is achievable. This is the case when steam production and fuel consumption are reduced. Therefore, one can say that it is economically viable to design either in grassroot or retrofit constraint level for line A. For line B, the retrofit heat exchanger network was built with a simple payback period of 3.6 years if reducing the steam production is the chosen scenario. Increasing the steam production to produce more electricity was not an economically feasible scenario for both line A and line B.


identifier: Pinto, R. P. (2011). Dynamic Modelling and Optimisation of Microbial Fuel Cells and Microbial Electrolysis Cells  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La demande mondiale croissante d'énergie, les réserves limitées de combustibles fossiles et leurs impacts environnementaux sont toutes des motivations pour trouver de nouvelles technologies énergétiques. Pour remplacer les combustibles fossiles, il faudra diversifier les sources d'énergies, et ce,  par l'innovation technologique. Ces technologies peuvent utiliser des ressources renouvelables ou non renouvelables, la première option  étant beaucoup plus intéressante pour l'indépendance énergétique. Parmi les technologies renouvelables, il y a l'énergie solaire, les turbines éoliennes, l'hydroélectricité, les centrales marémotrices et l'utilisation de la biomasse. Dans un autre ordre d'idées, le traitement des déchets organiques et les résidus de la biomasse produite par l'activité humaine est un autre défi environnemental. Plus précisément, ce problème devient important avec des eaux usées, pour la conservation des ressources en eau douce. Le traitement des eaux usées exige des infrastructures importantes et utilise une grande quantité d'énergie. Cependant, les eaux usées peuvent être une source supplémentaire d'énergie. Bien qu'il y ait de la matière organique dans les eaux usées, celle-ci ne peut être récupérée par des procédés traditionnels car les concentrations sont faibles et leur composition est complexe. La plupart des technologies utilisent de l'énergie pour enlever cette matière organique de l'eau, tandis que d'autres, comme la digestion anaérobique, sont capables de produire de l'énergie renouvelable à partir de la matière organique disponible. Ces dernières sont les plus attrayantes, mais nécessitent souvent une étape de post-traitement aérobique (polissage) pour satisfaire les normes environnementales. Depuis peu, les cellules électrochimiques microbiennes sont une nouvelle option pour la production d'énergie à partir des eaux usées.  Les cellules électrochimiques microbiennes sont des bioréacteurs qui ont une conception similaire à une pile à combustible : une anode et une cathode reliées par un circuit électrique. Ces réacteurs contiennent des microorganismes anaérobiques dans la chambre anodique, qui sont capables d'oxyder la matière organique et qui transfèrent des électrons à une électrode pendant l'opération. Ce système est appelé pile à combustible microbienne (MFC). Si les électrons et les protons résultant de l'oxydation de la matière organique réagissent spontanément avec l'oxygène dans la cathode du réacteur, il y aura production de courant électrique. Une autre possibilité est de forcer la réaction entre ces protons et des électrons dans une cathode anaérobique avec une tension électrique, ce qui conduit à la formation d'hydrogène. Les cellules électrochimiques microbiennes utilisées pour la production d'hydrogène sont appelées piles d'électrolyse microbiennes (MEC). Dans cette thèse, l'acronyme MxC sera utilisé pour se référer aux MFCs et MECs. Les MxCs sont capables de fonctionner avec une efficacité de Coulomb (la fraction d'électrons récupérés par rapport à la récupération maximale possible) supérieure à 90% et peut fonctionner à de faibles charges organiques, où la digestion anaérobique échoue en raison d'un faible taux de réaction. Ce qui éliminerait par le fait même l'étape de polissage.  Même si les MxCs sont une technologie attrayante pour le traitement des eaux usées, beaucoup d'améliorations doivent être faites pour que cette technologie soit commercialement viable. L'une des principales limitations pour l'application industrielle des MxCs est leur faible densité de puissance et leur tension électrique basse. Par conséquent, des recherches intensives se concentrent sur l'amélioration des MxCs par le développement de nouveaux matériaux pour l'anode et la cathode, une meilleure conception du réacteur, et l'optimisation des conditions de fonctionnement. Un autre aspect important qui doit être pris en compte dans le fonctionnement des MxCs est la présence de différents types de microorganismes. Tout comme dans un réacteur à digestion anaérobique, une MxC utilisée pour le traitement des eaux usées contient toujours des populations microbiennes complexes à cause de la nature même de l'eau usée. Normalement, l'anode d'une MxC contient des microorganismes fermentatifs, méthanogènes, facultatifs et électrogènes. L'existence de plusieurs populations microbiennes affecte la performance de la cellule microbienne, car tous les microorganismes ont un impact sur la production d'électricité. En particulier, la compétition pour le même substrat (acétate) entre méthanogènes et électrogène affecte directement la génération de courant électrique. Les conditions d'opération peuvent également affecter l'équilibre entre les microorganismes méthanogènes et électrogènes. Une solution pour améliorer la performance des MxCs est d'identifier les principales étapes limitantes du système et de les améliorer. Cela peut être fait à l'aide d'un modèle mathématique qui permet de décrire la dynamique de la consommation de substrat, la croissance des microorganismes et la génération de produits (de l'électricité pour les MFCs et de l'hydrogène pour les MECs). Ce modèle peut être utilisé pour l'optimisation des processus, une meilleure compréhension des opérations et il pourrait aider à identifier les principales étapes limitantes d'une MxC. Malgré leur importance, il existe très peu de modèles pour les MFCs dans la littérature, tandis qu'aucun modèle pour les MEC est actuellement disponible. Le processus de transfert d'électrons (Andrew Kato Marcus, Torres, & Rittmann, 2007) et la production d'électricité (Y. Zeng, Choo, Kim, et Wu, 2010; X. C. Zhang & Halme, 1995) ont été modélisés mais n'ont pas pris compte de la compétition microbienne pour une source commune de carbone. Picioreanu et al. (2007; 2008) ont mis au point un modèle détaillé en 3 dimensions pour le biofilm anodique. L'objectif principal de ce modèle était d'analyser la formation du biofilm et la distribution des espèces au sein de celui-ci. Ce fut le premier modèle à prendre en compte les différentes populations microbiennes en compétition pour l'espace dans le biofilm et la consommation de substrat. Bien que les modèles de Zhang et Halme (1995), Marcus et al. (2007), et Zeng et al. (2010) simplifient beaucoup la dynamique du biofilm dans les MFCs, le modèle de Picioreanu et al. (2007; 2008) a fourni une description très détaillée des populations électricigènes et non-électricigènes dans le biofilm en utilisant des équations aux dérivées partielles, qui résulte en  un calcul computationnel très long. Cette thèse argumente qu'un modèle plus simple constitué d'équations différentielles ordinaires peut décrire adéquatement les populations microbiennes dans les MFCs et les MECs à diverses conditions d'opération, sa génération de produits, et la consommation de substrat, tout en étant adapté à l'optimisation des processus et le contrôle de procédé. Cette thèse présente le développement de modèles pour les MFCs et MECs, capables de décrire la dynamique de la consommation de substrat, la croissance des microorganismes, et la génération de l'électricité (MFC) ou de H2 (MEC). En utilisant les équations différentielles ordinaires pour décrire la croissance de la biomasse et la consommation du substrat dans l'anode, des solutions numériques rapides ont été trouvées pour les deux modèles. Premièrement, un modèle pour les MFCs qui considère la compétition pour l'acétate entre les microorganismes électricigènes et méthanogènes acétoclastiques a été développé. Le modèle pour les MECs a été fondé avec les concepts présentés dans le modèle pour les MFCs. En incluant les microorganismes fermentatifs et hydrogenotrophique méthanogènes, le modèle de MEC a été en mesure de prédire la production d'hydrogène à partir de la dégradation des eaux usées. Les paramètres identifiables des deux modèles ont été estimés avec des résultats expérimentaux obtenus par des MFCs et MECs opérés en continu. De plus, en utilisant des données expérimentales indépendantes, les deux modèles ont été validés et ont réussi à décrire les résultats expérimentaux pour diverses conditions d'opération. Cette thèse présente également des analyses pour les deux modèles en ce qui a trait à l'optimisation des processus. Premièrement, des analyses ont démontré l'influence des conditions d'opération sur la production d'électricité et de H2 pour les deux modèles. Fait intéressant: le choix de résistance externe et de la tension appliquée (variables manipulées pour les MFCs et les MECs, respectivement) ont affecté significativement la composition microbienne du biofilm. Cet aspect a été analysé en détail pour le modèle des MFCs par une analyse de la composition du biofilm en régime permanent. Il a été montré que, selon le choix de la résistance externe, le biofilm d'une MFC peut présenter trois compositions différentes: (i) la coexistence de deux populations microbiennes ou; l'exclusion de l'une de ces populations microbiennes avec seulement (ii) les électricigènes ou seulement (iii) les méthanogènes présents. Suite à ce résultat, une comparaison entre la consommation de substrat dans les trois scénarios a été réalisée, la conclusion étant que la coexistence conduit toujours à une consommation minimale du substrat. La capacité de traitement des MFCs a ensuite été optimisée en plaçant deux réacteurs en série, qui a démontré une efficacité par rapport à un branchement en parallèle. La capacité de traitement optimale de cette unité a été démontrée dépendante de la concentration de l'influent et du choix de concentration de l'effluent. Enfin, des expériences utilisant une MFC alimentée en acétate ont été présentées pour confirmer qualitativement les effets de la résistance externe sur la composition du biofilm. La dernière partie de cette thèse présente un modèle unifié pour la MFC et la MEC, qui prend en compte la présence de microorganismes électricigènes et méthanogènes acétoclastiques dans le compartiment anodique, les différences entre les réactions de la cathode entre la MFC et la MEC étant représentées par le bilan électrochimique. Le modèle est d'abord analysé en termes de la composition du biofilm, qui est montrée dépendante du courant électrique du réacteur. Une fois de plus le biofilm a présenté une coexistence de microorganismes pour une petite gamme de courants d'opération. Enfin, une étude d'optimisation a été réalisée afin de maximiser l'électricité (MFC) ou la production de H2 (MEC), tout en respectant les exigences de traitement des eaux usées. Des expressions pour les productivités ont été déterminées pour les deux réacteurs. Également, des expressions analytiques pour les courants optimaux ont été développées, qui se sont montrés être les mêmes pour la MFC et la MEC. En plus, les optimums se sont montrés être dépendants de la résistance interne du réacteur. Enfin, une fonction alternative pour la productivité a été définie et analysé pour les MECs. Cette deuxième productivité est fonction de l'efficacité de la production de H2 et sa solution analytique optimale s'est montrée indépendante de la résistance interne du réacteur.  ABSTRACT: Low reserves of fossil fuels and the environmental impact of their use to produce energy are leading to a search for novel renewable energy technologies. Electricity production in Microbial fuel cells (MFCs) and hydrogen production in Microbial electrolysis cells (MECs) from a variety of highly diluted organic matter, including wastewater, are among such technologies. Biocatalytic activity of MFCs and MECs depends on anaerobic bacteria, which populate the anode compartment. These anaerobic electricigenic (exoelectricigenic) microorganisms, oxidise organic matter and transfer electrons to an electron acceptor (electrode). When wastewater is fed to the anode compartment, MFCs and MECs consume the organic matter thus performing the wastewater treatment while recovering energy. Therefore this process provides a possibility of energy-producing wastewater treatment plants. This novel technology can be operated at temperatures below 20 °C and at low substrate concentration levels, conditions in which the conventional anaerobic digestion fails due to low reactions rates and washout of methanogenic microorganisms. The major bottleneck of the MFC/MEC technology is its relatively low current density, which restricts most of its commercial application. Furthermore, due to the nature of the process, MFC and MEC research demands a diverse range of coordinated expertise including those of microbiologists, environmental biotechnologists, and engineers, in order to achieve further improvements in performance. One possibility to better understand and enhance this technology is to build a dynamic mathematical model that can describe the fundamental phenomena taking place in the system, indicating its main rate limiting steps. After a critical analysis of the MFC models in the literature, none were found that would include several microbial populations competing for the same substrate, while providing fast numerical solution. The only models that were available were either oversimplified or too complex to be rapidly solved. The first contribution of this thesis is the development of MFC and MEC models capable of describing the dynamics of substrate consumption, microorganism's growth, and electricity (MFCs) or H2 (MECs) generation. By using ordinary differential equations to describe biomass growth and substrate consumption in the anodic compartments, a fast numerical solution was found for both models. First a MFC model describing the acetate competition between electricigenic and acetoclastic methanogenic microorganisms was developed. The MEC model foundation was based on the concepts presented in the MFC model. By including fermentative and hydrogenotrophic methanogenic microorganisms, the MEC model was able to predict hydrogen production from wastewater degradation. Model parameters were estimated for both models with experimental results obtained in continuous flow, gas diffusion cathode MFCs and MECs. Only model parameters with small confidence intervals were selected to be estimated. Moreover, using independent experimental data sets, both models were validated and were successful in describing experimental results at diverse operating conditions. A further contribution of this thesis is the analysis of both models for process optimisation. Preliminary analysis demonstrated the influence of operating conditions on product generation for both models. Interestingly, the external resistance and the applied voltage (manipulated variables for MFCs and MECs respectively) were shown to significantly influence the biofilm microbial composition. This aspect was further analysed for the MFC model with a steady state analysis of the biofilm composition. It was shown that depending on the selection of the external resistance, the MFC biofilm could present three scenarios: (i) the coexistence of both microbial populations; or the exclusion of one of the microbial population with (ii) only electricigens, or (iii) only methanogens present. Following these results, a comparison between the substrate consumption of the three scenarios was performed, showing that coexistence always leads to lower substrate consumption. The treatment capacity of MFCs was then optimised by reactor staging. The optimum treatment capacity of a unit with two staged reactors was shown to depend on the influent concentration and effluent requirement. Finally, experiments using acetate-fed MFCs were presented to qualitatively confirm the effects of external resistance on the biofilm composition. The last contribution of this thesis is the presentation of a unified MFC/MEC model, which includes electricigenic and methanogenic microorganisms in the anode compartment, while the electrochemical balance accounts for the cathode differences between the MFC and MEC. The model is first analysed in terms of biofilm composition, which is shown to depend on the reactor's operating current. Once more, biofilm coexistence was present only for a defined interval of operating current. An optimisation study was performed to maximise electricity (MFC) or H2 production (MEC), while respecting a treatment requirement. By defining power productivity functions for both reactors, analytical optimum current expressions were found and were shown to be the same for MFCs and MECs. Furthermore, these expressions were dependent on the reactor's internal resistance. Finally, an alternative MEC productivity function was defined and analysed. This productivity was a function of the H2 production efficiency and its unique analytical optimum solution was shown to be independent of the reactor's internal resistance.


identifier: Rossi, A. (2011). Sécurité dans les réseaux mobiles de nouvelle génération  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de nouvelle génération visent à converger les réseaux fixes et mobiles hétérogènes afin d'offrir tous les services à travers un réseau coeur tout IP. Faisant parti du réseau d'accès mobile, un des principaux objectifs du réseau 4G est de permettre une relève ininterrompue entre les réseaux cellulaires et WIFI pour ainsi favoriser l'apprivoisement de services vidéo mobiles exigeant des critères de qualité de service très stricts à moindres coûts. Cependant, l'uniformisation du trafic au niveau de la couche réseau favorise sa centralisation à travers un réseau coeur IP partagé par tous les opérateurs, la rendant ainsi comme une cible vulnérable de choix pour les pirates informatiques. La conception de solutions sécuritaires dans un environnement où les entités ne se connaissent pas à priori s'annonce comme une tâche très ardue. La thèse se penche sur quatre problématiques importantes dans les réseaux de nouvelle génération dont chacune est traitée dans un article distinct. Les deux premiers articles touchent à la sécurité dans un contexte décentralisé, à savoir les réseaux mobiles ad hoc (MANETs), alors que les deux derniers proposent des mécanismes innovateurs pour sécuriser des solutions visant à réduire la consommation de bande passante et d'énergie, en conformité avec le virage vert informatique promu par les opérateurs réseautiques. Plus précisément, le troisième article traite de la sécurisation des flots multicast dans un environnement à haut taux de perte de paquet et le dernier propose une solution d'optimisation de route sécuritaire pour mobile IPv6 (MIPv6) utilisant une version améliorée de l'algorithme de genération d'adresses cryptographiques (CGA) et les extensions de sécurité du système de nom de domaine (DNSSEC). Les systèmes de détection d'intrusion (IDS) pour les MANETs basés sur la réputation des noeuds classifient les participants du réseau selon leur degré de confiance. Cependant, ils partagent tous une vulnérabilité commune : l'impossibilité de détecter et de réagir aux attaques complices. Le premier article propose un IDS qui intègre efficacement le risque de collusion entre deux ou plusieurs noeuds malveillants dans le calcul de la fiabilité d'un chemin. L'algorithme propos´e ne se limite pas qu'au nombre et à la réputation des noeuds intermédiaires formant un chemin, mais intègre également d'autres informations pertinentes sur les voisins des noeuds intermédiaires d'un chemin pouvant superviser le message original et celui retransmis. Le IDS proposé détecte efficacement les noeuds malicieux et complices dans le but de les isoler rapidement du réseau. Les simulations lancées dans divers environnements MANETs contenant une proportion variable d'attaquants complices montrent bien l'efficacité du IDS proposée en offrant un gain en débit considérable comparativement aux solutions existantes. À l'instar de prévenir les comportements égoïstes des noeuds par la menace d'être privés de certaines fonctions, voire même isolés du réseau, due à une baisse de réputation, le second article opte pour un incitatif non-punitif en la monnaie virtuelle plus communément appelée nuglets. Plus précisément, l'article présente un cadre de travail issu de la théorie des jeux basé sur la compétition de Bertrand pour inciter les noeuds intermédiaires à retransmettre les messages selon les requis de QoS demandés par la source. Pour qu'un noeud source envoie ou accède à un flot sensible à la QoS comme par exemple les applications en temps réel, il débute par envoyer un contrat qui spécifie les critères de QoS, sa durée et son prix de réserve. Sur réception du contrat, les noeuds intermédiaires formant une route entre la source et la destination partagent les informations sur eux-mêmes et celles recueillies sur les noeuds voisins, anciens et courants pour estimer la probabilité de bris de contrat ainsi que le nombre de compétiteurs actifs. Ces deux paramètres sont cruciaux dans le processus de fixation des prix. Une fois les réponses de route recueillies, la source choisit la route la moins chère. Le cadre de travail multijoueur proposé, basé sur la compétition de Bertrand avec des firmes asymétriques et ayant accès à de l'information imparfaite, possède un équilibre de Nash en stratégies mixtes dans lequel le profit des firmes est positif et baisse non seulement avec le nombre de compétiteurs, mais aussi avec l'impression d'une précision accrue que les compétiteurs ont sur le coût de production du joueur. Les résultats montrent que l'incertitude sur les coûts augmente le taux de la marge brute et la fluctuation des prix tout en diminuant les chances d'honorer le contrat. Dans un autre ordre d'idée, l'intérêt sans cesse grandissant des opérateurs à converger les réseaux fixes et mobiles dans le but d'offrir une relève sans interruption favorise l'utilisation des applications vidéo mobiles qui surchargeront rapidement leurs réseaux. Dans un contexte du virage vert qui prend de plus en plus d'ampleur dans le domaine des télécommunications, la transmission des flots en multidiffusion (multicast) devient essentiel dans le but de réduire la consommation de bande passante et la congestion du réseau en rejoignant simultanément plusieurs destinataires. La sécurisation des flots en multidiffusion a été largement étudiée dans la littérature antérieure, cependant aucune des solutions proposées ne tient compte des contraintes imposées par les liaisons sans fil et la mobilité des noeuds, en particulier le haut taux de perte de paquets. La nécessité d'un mécanisme de distribution de clés régénératrices efficace et pouvant supporter un grand bassin d'abonnés pour les réseaux mobiles n'aura jamais été aussi urgent avec l'arrivée de la convergence fixe-mobile dans les réseaux 4G. Le troisième article présente deux algorithmes de clés régénératrices basés sur les chaînes de hachage bidirectionnelles pour le protocole de distribution de clés logical key hierarchy (LKH). Ainsi, un membre ayant perdu jusqu'à un certain nombre de clés de déchiffrement consécutives pourrait lui-même les régénérer sans faire la requête de retransmission au serveur de clés. Les simulations effectuées montrent que les algorithmes proposés offrent des améliorations considérables dans un environnement de réseau mobile à taux de perte de paquet, notamment dans le percentage de messages déchiffrés. Le souci d'efficacité énergétique est également présent pour les opérateurs de réseaux cellulaires. D'ailleurs, près de la moitié des abonnements sur Internet proviennent présentement d'unités mobiles et il est attendu que ce groupe d'utilisateurs deviennent le plus grand bassin d'usagers sur Internet dans la prochaine décennie. Pour supporter cette croissance rapide du nombre d'utilisateurs mobiles, le choix le plus naturel pour les opérateurs serait de remplacer mobile IPv4 par MIPv6. Or, la fonction d'optimisation de route (RO), qui remplace le routage triangulaire inefficace de MIP en permettant au noeud mobile (MN) une communication bidirectionnelle avec le noeud correspondant (CN) sans faire passer les messages à travers l'agent du réseau mère (HA), est déficiente au niveau de la sécurité. L'absence d'informations pré-partagées entre le MN et le CN rend la sécurisation du RO un défi de taille. MIPv6 adopte la routabilité de retour (RR) qui est davantage un mécanisme qui vérifie l'accessibilité du MN sur son adresse du réseau mère (HoA) et du réseau visité (CoA) plutôt qu'une fonction de sécurité. D'autres travaux se sont attaqués aux nombreuses failles de sécurité du RR, mais soit leur conception est fautive, soit leurs suppositions sont irréalistes. Le quatrième article présente une version améliorée de l'algorithme de génération cryptographique d'adresse (ECGA) pour MIPv6 qui intègre une chaîne de hachage arrière et offre de lier plusieurs adresses CGA ensemble. ECGA élimine les attaques de compromis temps-mémoire tout en étant efficace. Ce mécanisme de génération d'adresse fait parti du protocole Secure MIPv6 (SMIPv6) proposé avec un RO sécuritaire et efficace grâce à DNSSEC pour valider les CGAs qui proviennent d'un domaine de confiance et qui permet une authentification forte plutôt que l'invariance de source. Le vérificateur de protocoles cryptographiques dans le modèle formel AVISPA a été utilisé pour montrer qu'aucune faille de sécurité n'est présente tout en limitant au maximum les messages échangés dans le réseau d'accès.  ABSTRACT: Next generation networks aim at offering all available services through an IP-core network by converging fixed-mobile heterogeneous networks. As part of the mobile access network, one of the main objectives of the 4G network is to provide seamless roaming with wireless local area networks and accommodating quality of service (QoS) specifications for digital video broadcasting systems. Such innovation aims expanding video-based digital services while reducing costs by normalizing the network layer through an all-IP architecture such as Internet. However, centralizing all traffic makes the shared core network a vulnerable target for attackers. Design security solutions in such an environment where entities a priori do not know each other represent a daunting task. This thesis tackles four important security issues in next generation networks each in distinct papers. The first two deal with security in decentralized mobile ad hoc networks (MANETs) while the last two focus on securing solutions aiming at reducing bandwidth and energy consumption, in line with the green shift promoted by network operators. More precisely, the third paper is about protecting multicast flows in a packet-loss environment and the last one proposes a secure route optimization function in mobile IPv6 (MIPv6) using an enhanced version of cryptographically generated address (CGA) and domain name service security extensions (DNSSEC). Most intrusion detection systems (IDS) for MANETs are based on reputation system which classifies nodes according to their degree of trust. However, existing IDS all share the same major weakness: the failure to detect and react on colluding attacks. The first paper proposes an IDS that integrates the colluding risk factor into the computation of the path reliability which considers the number and the reputation of nodes that can compare both the source message and the retransmitted one. Also, the extended architecture effectively detects malicious and colluding nodes in order to isolate them and protect the network. The simulations launched in various MANETs containing various proportions of malicious and colluding nodes show that the proposed solution offers a considerable throughput gain compared to current solutions. By effectively selecting the most reliable route and by promptly detecting colluding attacks, the number of lost messages is decreased, and therefore, offering more efficient transmissions. Instead of thwarting selfishness in MANETs by threatening nodes to limit their network functions, the second paper opts for a non-punishment incentive by compensating nodes for their service through the use of virtual money, more commonly known as nuglets. The last paper presents a game-theoretic framework based on Bertrand competition to incite relaying nodes in forwarding messages according to QoS requirements. For a source to send or access QoS-sensitive flows, such as real-time applications, it starts by sending a contract specifying the QoS requirements, its duration and a reservation price. Upon receiving a contract submission, intermediary nodes forming a route between the source and the destination share their current and past collected information on themselves and on surrounding nodes to estimate the probability of breaching the contract and the number of active competitors. Both parameters are crucial in setting a price. Once the source gets the responses from various routes, it selects the most cheapest one. This multiplayer winner-takes-all framework based on Bertrand competition with firms having asymmetric costs and access imperfect information has a mixed-strategy equilibrium in which industry profits are positive and decline not only with the number of firms having an estimated cost below the reservation price but also with the perception of a greater accuracy on a player's cost that competitors have. In fact,results show that cost uncertainty increases firms' gross margin rate and the prices fluctuation while making the contract honoring much riskier. On another topic, with the growing interest in converging fixed and mobile networks, mobile applications will require more and more resources from both the network and the mobile device. In a social-motivated context of shifting into green technologies, using multicast transmissions is essential because it lowers bandwidth consumption by simultaneously reaching a group of multiple recipients. Securing multicast flows has been extensively studied in the past, but none of the existing solutions were meant to handle the constraints imposed by mobile scenarios, in particular the high packet-loss rate. The need for a low overhead selfhealing rekeying mechanism that is scalable, reliable and suitable for mobile environments has never been more urgent than with the arrival of fixed-mobile convergence in 4G networks. The second paper presents two self-healing recovery schemes based on the dual directional hash chains for the logical key hierarchy rekeying protocol. This enables a member that has missed up to m consecutive key updates to recover the missing decryption keys without asking the group controller key server for retransmission. Conducted simulations show considerable improvements in the ratio of decrypted messages and in the rekey message overhead in high packet loss environments. The concern of energy efficiency is also present for mobile access network operators. In fact, nearly half of all Internet subscribers come from mobile units at the moment and it is expected to be the largest pool of Internet users by the next decade. The most obvious choice for mobile operators to support more users would be to replace Mobile IP for IPv4 with MIPv6. However, the Route Optimization (RO) function, which replaces the inefficient triangle routing by allowing a bidirectional communication between a mobile node (MN) and the corresponding node (CN) without passing through its home agent (HA), is not secure and has a high overhead. The lack of pre-shared information between the MN and the CN makes security in RO a difficult challenge. MIPv6 adopts the return routability (RR) mechanism which is more to verify the MN reachability in both its home address (HoA) and care-of address (CoA) than a security feature. Other works attempted to solve the multiple security issues in RR but either their design are flawed, or rely on unrealistic assumptions. The third paper presents an enhanced cryptographically generated address (ECGA) for MIPv6 that integrates a built-in backward key chain and offers support to bind multiple logically-linked CGAs together. ECGA tackles the time-memory tradeoff attacks while being very efficient. It is part of the proposed secure MIPv6 (SMIPv6) with secure and efficient RO which uses DNSSEC to validate CGAs from trusted domains and provide strong authentication rather than sender invariance. The AVISPA on-the-fly model checker (OFMC) tool has been used to show that the proposed solution has no security flaws while still being  lightweight in signalling messages in the radio network.


identifier: Sobolewski, K. (2011). Mécanismes d'influence des parties prenantes dans les projets d'acquisition de technologies de l'information  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les technologies de l'information (TI) représentent l'un des fondements de l'entreprise du 21e siècle. Représentant en moyenne le tiers des dépenses de capital des entreprises, les investissements dans ce domaine revêtent donc une importance stratégique pour les acteurs économiques. Dans un tel contexte, de plus en plus d'études s'intéressent au processus par lequel les TI sont sélectionnées, acquises et implantées dans les organisations. Ce mémoire porte sur la problématique des projets d'acquisition de TI, plus particulièrement à la phase de sélection du système à implanter. Une bonne partie de la littérature actuelle considère le processus d'acquisition comme étant complètement et résolument rationnel. Toutefois, la multitude des personnes impliquées et la variété d'intérêts qu'elles représentent laissent croire à l'existence d'une dynamique différente dont l'impact sur les décisions demeure difficile à prévoir. L'objectif principal de ce mémoire est d'étudier les mécanismes que les individus et groupes impliqués ou touchés par le nouveau système utilisent pour influencer le processus d'acquisition. Ces divers groupes sont étudiés à l'aide du concept de parties prenantes et par la voie d'une approche exploratoire basée sur quatre études de cas. Les organisations étudiées se distinguent par leur type, leur taille, leur domaine d'activité et la nature du système à acquérir. L'analyse des résultats démontre que le processus d'acquisition de TI est fondamentalement humain et que l'influence des parties prenantes est bien réelle. Les mécanismes d'influence utilisés varient en fonction du type d'organisation, de la centralisation du pouvoir et de la culture organisationnelle, des intérêts des parties prenantes, de la nature du système, de la personnalité des individus impliqués et de la phase d'acquisition.  Cette étude contribue à l'amélioration des connaissances sur les projets d'acquisition de TI en illustrant la dynamique qui s'opère entre les différentes parties prenantes, et dont il faut tenir compte pour mieux comprendre les choix des organisations en matière de technologies de l'information.  ABSTRACT: Information technology (IT) is a fact of life in 21st century enterprises. Averaging one-third of capital outlay, IT investments are strategically critical for economic actors. Accordingly, studies are increasingly focusing on how organizations select, acquire, and implement IT. This dissertation addresses issues in IT procurement projects, particularly the selection of an appropriate system. The literature largely considers the acquisition process as completely rational. However, the multitude of stakeholders involved and their divergent interests suggests that a different dynamic is at play, of which the impact on decision making is difficult to predict. The main objective of this dissertation is to examine the mechanisms that individuals and groups involved in or affected by a new IT system use to influence the procurement process. These actors are studied from a stakeholder perspective using an exploratory approach based on four case studies. The organizations studied were differentiated by type, size, economic activity, and type of system sought. Results show that the IT acquisition process has a strong human component and is heavily influenced by stakeholders. Stakeholders' influence mechanisms vary depending on organization type, centralization of power, organizational culture, stakeholders' interests, system type, individual personalities, and the acquisition stage.  This study advances our understanding of the interpersonal dynamics at play during IT procurement projects. These dynamics constitute an essential factor that must be taken into account in order to better comprehend how organizations choose their IT technologies.


identifier: Pellerin, J. (2011). Potentiel d'interaction décroissant pour les lois de conservation non convexes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Considérons une loi de conservation scalaire quand la fonction de flux est concave convexe. Notre but dans cette recherche est de construire un potentiel d'interaction décroissant pour les quatre cas problématiques générés par la fonctionnelle Iguchi-LeFloch. Puis, nous allons tester les douze autres cas d'interactions pour vérifier si le potentiel d'interaction est décroissant. Ce travail est basé sur la théorie des fonctions cinétiques de LeFloch pour la régularisation des lois de conservation non convexes. Les résultats présentés ici sont une amélioration par rapport à ceux de Baiti, LeFloch et Piccoli ainsi que ceux d'Amadori, Baiti, LeFloch et Piccoli.  ABSTRACT: Consider a scalar conservation law with a flux function that is concave convex. Our goal in this research is to construct a decreasing interaction potential for the four problematic cases generated by the Iguchi-LeFloch functional. Then, we will test the twelve other interaction cases to check if the interaction potential is decreasing. This work is based on LeFloch's theory of kinetic functions for regularisation of nonconvex conservation laws. The results presented here are an improvement over those of Baiti, LeFloch and Piccoli as well as those of Amadori, Baiti, LeFloch and Piccoli.


identifier: Youzkatli El Khatib, B. (2011). Conception et réalisation d'un réseau d'antenne 8x16 éléments et de composants tridimensionnels à ondes millimétriques à base d'interconnexions verticales sur guides intégrés au substrat  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes d'imagerie passives à ondes millimétriques nécessitent des antennes de taille compacte et à faible coût, présentant un gain élevé, de faibles pertes et une grande efficacité. Afin de réaliser une antenne satisfaisant ces exigences, une structure d'alimentation tridimensionnelle compacte, associée à 8x16 antennes éléments à rayonnement longitudinal à fort gain, est présentée dans ce mémoire. L'ensemble de contributions réalisées dans le cadre de ce travail sera décrit comme suit.  Premièrement, pour être capable de construire ce réseau diviseur/combineur de puissance non planaire exclusivement avec la technologie du guide d'ondes intégré au substrat (GIS) sans l'utilisation de transitions en microruban, en fentes ou en guide d'ondes métallique pour passer du plan-H au plan-E, un coin plan-E uniquement basé sur la technologie (GIS) est étudié, analysé et démontré pour la première fois. Cette interconnexion  GIS verticale, qui peut être fabriquée avec des circuits imprimés ou d'autres procédés similaires, amène des avantages attractifs en termes de coûts, de flexibilité et d'intégrabilité. Deux circuits prototypes avec des bras verticaux tournés respectivement de 0 et 45 degrés sont fabriqués. La version standard montre des pertes d'insertion de 0,5 dB  dans la bande de 30 à 40 GHz, tandis que celle pivotée présente 0,7 dB de pertes sur la même plage de fréquences. Avec ce coude, une jonction–T plan-E est étudiée et conçue. Les résultats mesurés montrent 10 dB de pertes par réflexion sur 19% de largeur bande autour de 35 GHz avec moins de ± 4 degrés de déséquilibre de phase. Un diviseur T-magique large bande optimisé est démontré et fabriqué. Les résultats simulés et mesurés montrent une puissance répartie uniformément et un très bon isolement avec de faibles pertes par réflexion. En associant deux antennes avec deux coudes aux bras verticaux pivotés de 45 degrés et dupliqués en miroir, un système de double polarisation est obtenu, montrant une isolation de plus 20 dB de 32 à 40 GHz. Deuxièmement, une antenne à fente corrugée Fermi à rayonnement longitudinal alimentée en GIS avec un faisceau étroit et une large bande est fabriquée. Le gain réalisé en mesures est d'environ 18,4 dBi. Une fente évasée en air créée au centre de l'antenne, lorsque cette dernière est utilisée dans un réseau, vise à réduire le couplage entre deux éléments adjacents.  ABSTRACT: Passive millimeter-wave imaging systems require compact-size, low-cost, high gain, low-loss and high-efficiency antennas. In order to realize an antenna satisfying those requirements, a compact three dimensional feeding structure in connection with 8x16 high-gain, high-efficiency endfire radiating elements are presented in this thesis. A number of contributions are made in this work, which will be described as follows.  First, to be able to construct this non-planar power dividing/combining  network exclusively with substrate integrated waveguide (SIW) technology without the use of any microstrip, slot-line or metallic waveguide for H-to-E-plane transition, a right angle E-plane corner solely based on (SIW) technology is studied, analyzed and demonstrated for the first time. This SIW vertical interconnect, which can be made with PCB or other similar processes, presents attractive advantages in terms of cost, flexibility and integration. Two circuit prototypes with both 0 and 45 degree vertical rotated arms are fabricated. The standard version has 0.5 dB of insertion loss from 30 to 40 GHz while the rotated one gives 0.7 dB over the same frequency range. With this bend, an E-plane T-junction is studied and designed. Measured results show 10 dB return loss over 19 % of bandwidth at 35 GHz with less than ±4 degree phase imbalance. An optimized wideband magic-T splitter is fabricated and demonstrated. Both simulated and measured results show evenly distributed power with very good isolation and return loss. By associating two antennas with two mirror duplicated 45 degree vertical rotated arm bends, a dual polarization system is obtained, showing a 20 dB isolation over 32-40 GHz. Second, an optimized wideband end-fire corrugated SIW fed Fermi tapered slot antenna with narrow beamwidth is fabricated. The realized gain in our measurement is about 18.4 dBi. To enhance its performance when used in an array, a taper shaped air gap is created in the center of the antenna to reduce the coupling between two adjacent elements. Third, an SIW 16 way power divider is designed with Villeneuve modified distribution in order to obtain low side lobe level (SLL). A 16 element array using the Fermi antenna is fabricated.


identifier: Zamyadi, A. (2011). The Value of In Vivo Monitoring and Chlorination for the Control of Toxic Cyanobacteria in Drinking Water Production.  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La prolifération croissante des cyanobactéries (CBs) toxiques dans les sources d'eau potable et dans les usines de traitement d'eau potable est une préoccupation mondiale. L‟utilisation de sondes in vivo, permettant la détection de fluorescence de la phycocyanine (PC) des CBs, est une technologie émergente et largement employée pour détecter les CBs dans les eaux de source. Dans les traitements varies de l‟eau de source qui contient des CBs toxiques la chloration directe de cette eau peut engendrer l‟endommagement de cellules, causer le relargage de toxines ainsi que la formation des sous-produits de désinfection. La chloration, bien que prouvée être efficace pour l'oxydation de certaines espèces des CBs et des cyanotoxines, aucune information n‟est disponible sur sa cinétique de saxitoxines (STXS: saxitoxine, C-toxines et gonyautoxines) produites par Anabaena circinalis. De plus, il y a peu d'informations sur la chloration des différentes cellules toxiques de CBs, sur la demande en chlore des cellules de CBs, la chloration de toxines, et sur l‟éventualité de la formation de sous-produits de désinfection en présence de matériaux cellulaires. Par ailleurs, le sort des CBs, et les toxines qui leur sont associés à l'intérieur des usines de traitement d'eau potable (après différents procédés de traitement conventionnels et avancés) exigent une investigation plus approfondie. Les experts australiens sont les pionniers dans la gestion des problèmes reliés aux CBs toxiques. Dans le but d‟aider à la préparation d‟un plan de gestion des problèmes de CBs et leurs toxines pour la province du Québec (Canada), une visite industrielle a été financée pour documenter les expériences australiennes dans ce domaine.  ABSTRACT: The increasing occurrence of toxic cyanobacterial blooms in drinking water (DW) sources and inside drinking water treatment plants (DWTPs) is a global concern. The applications of in vivo probes, which can detect the fluorescence of the cyanobacterial phycocyanin, are an emerging and widely used technology for cyanobacterial detection in source waters. Direct chlorination of source water containing toxic cyanobacterial cells for different treatment purposes might cause cell damage, toxin release and disinfection by-product (DBP) formation. While chlorination has been proven to be efficient for oxidation of certain cyanobacteria (CB) species and cyanotoxins, there is no information available on chlorination kinetics of saxitoxins (STXs: saxitoxin, C-toxins and, gonyautoxins) produced by Anabaena circinalis. Furthermore, there is limited information available on chlorination of different toxic CB cells, chlorine demand of CB cells, toxins chlorination, and DBP formation potentials in the presence of cellular materials. Moreover, the fate of CB and their associated toxins inside DWTPs (after different conventional and advanced treatment processes) requires further investigation. Australian DW experts are the pioneers in dealing with toxic CB related issues. In order to prepare a management plan for the province of Quebec (Canada), an industrial visit was funded to document Australian experiences dealing with CB related problems.


identifier: Desjardins-Carrière, M. (2011). Identification des parois des nanotubes de carbon à double-parois par spectroscopie Raman  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire porte sur la caractérisation optique des nanotubes de carbone à double-parois (DWNT). Afin de mieux comprendre les propriétés des DWNT, comme les interactions interparois,ceux-ci ont été étudiés à l'aide de la spectroscopie Raman et de la photoluminescence (PL). À cet effet, des montages ont été mis en place et les instruments ont été calibrés et testés. Il est démontré dans ce travail que la nature électronique des parois formant le DWNT peut être identifiée à l'aide de la spectroscopie Raman. Des parois métalliques (M) et semiconductrices (S) formant des DWNT de compositions M@S (M inclus dans S), S@S, S@M et M@M ont été étudiés. Ce mémoire présente comment identifier et caractériser optiquement ces divers espèces de DWNT. Afin de simplifier l'interprétation des résultats, les mesures ont été effectuées sur des DWNT uniques. En plus des propriétés M ou S, l'approche optique montre qu'il est aussi possible d'identifer la chiralité des parois. En pratique, seule la chiralité des parois résonantes à la fréquence d'excitation sont identifiables en PL et en Raman. Toutefois, notre étude montre qu'une fonctionnalisation chimique par réaction covalente est nécessaire pour confirmer que le nanotube étudié est un DWNT et non pas deux nanotubes mono-parois fagotés. Quatre raies Raman sont mesurées aux environ des phonons optiques (~1600 cm-1) sur des S@S et M@M isolés sur un substrat. La configuration de polarisation d'excitation de détection (Z;Z+X) confirme que ces raies correspondent aux modes A des phonons TO et LO des parois internes et externes du DWNT. Pour les DWNT comportant seulement une paroi semi-conductrice, des modes supplémentaires apparaissent. Ces modes normalement interdit dans la configuration (Z;Z + X), correspondant à la symétrie E2 de phonons transverses optiques. L'apparition de ces modes pour les DWNT mixtes suggère que certaines symétries sont brisées probablement par l'interaction inter-parois.  ABSTRACT: This document focuses on the optical characterisation of double-walled carbon nanotubes (DWNT). To understand more deeply the properties of DWNT, the inter-wall interactions have been studied with Raman spectroscopy and photoluminescence (PL). For that, optical setups have been put in place and the instruments have been tested and calibrated. This work shows that the electronic nature or the walls of the DWNT can be identify by Raman spectroscopy. Metallic (M) and semi-conductor (S) walls making DWNT of composition M@S (M inside S), S@S, S@M and M@M have been studied. This document shows how to optically identify and characterise the DWNT species. To simplify the interpretation of the results, unique DWNT have been used. On top of the M and S property, the optical approach shows that it is also possible to identify the chirality of the walls. In practice, only the chiralities of the walls that are in resonance with the excitation frequency are identiable in Raman or PL. Our study shows that a chemical fonctionnalization with a covalent reaction is necessary to conrm that the studied nanotube is a DWNT and not two single-walls. Four Raman peaks have been measured around the optical phonons (~1600 cm-1) on some S@S et M@M isolated on a substrate. The excitation and detection polarisation conguration (Z;Z + X) conrm that the peaks correspond to the A modes of the TO and LO phonons from internal et external walls of the DWNT. For the DWNT with only one semi-conducting wall, extra modes appear. Those modes are normally prohibited in the (Z;Z + X) conguration and correspond to the E2 symmetry of the transverse optical phonons. The apparition of this mode for mixed DWNT suggests that some symmetry is broken from the inter-wall interaction.


identifier: Gaudet, S. (2011). L'impact de la texture sur la réaction en phase solide du Ni avec le Si  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La microélectronique est une industrie de 300 milliards de dollars basée sur l'amélioration constante de la performance des transistors. Le NiSi est actuellement le matériau de choix pour la formation des contacts sur les sources et les drains des transistors ayant des dimensions critiques inférieures à 50 nm. Les contacts sont formés par une réaction en phase solide impliquant une couche mince de Ni et un substrat de Si. Lors de la réaction une interdiffusion entre le Ni et le Si est observée et entraine la formation de différentes phases. Les températures et la séquence à laquelle les phases sont observées lors d'un recuit sont très variables en fonction du niveau et de la nature du dopage, de l'épaisseur déposée, de la géométrie ou de la présence d'élément d'alliages. Sur un microprocesseur, il y a des milliards de transistors n'ayant pas tous les mêmes caractéristiques et leurs contacts sont tous réalisés simultanément. À chaque génération de transistor, l'intégration du NiSi est donc un nouveau défi. Cette thèse permet de mieux comprendre la réaction en phase solide entre le Ni et le Si et les variations du procédé notamment par l'identification d'une phase métastable jouant un rôle clé lors de la réaction. Pour ce faire, nous avons développé une approche expérimentale utilisant la diffraction rayons X et permettant de caractériser efficacement l'ensemble de l'espace réciproque. Cette technique expérimentale permet d'identifier à l'aide d'une seule mesure la texture de toutes les phases contenues dans un échantillon, la nature des phases présentes, la présence de contraintes dans l'échantillon, la présence de défauts plans ainsi que la présence de signaux provenant de la diffusion des rayons X par les phonons du substrat monocristallin. Cette technique a été cruciale pour identifier les phases orientées présentes lors de la réaction entre le Ni et le Si et a permis de démontrer que la texture des phases observées joue un rôle important lors de la réaction. Les logiciels développés pour traiter les données brutes et analyser l'espace réciproque en trois dimensions ont été mis à la disposition de l'ensemble de la communauté scientifique. Dans un premier temps, nous étudions la réaction de 10 nm de Ni sur Si(001). Lors de la réaction, on observe tous d'abord la formation du Ni2Si et d'une phase épitaxiale à l'interface. Par la suite  ABSTRACT: Microelectronics is a 300 G$ industry based on constant improvement of transistors. NiSi is currently the material of choice for the formation of contacts on the sources and drains of transistors with critical dimensions below 50 nm. Contacts are formed through a solid state reaction between Ni and Si. During the reaction an interdiffusion between Ni and Si occurs and result in formation of multiple phases. The temperature and the sequence at which those phases are observed during annealing are highly dependent on doping concentration and nature, thickness deposited, geometry, or alloying elements. On a single chip, billions of transistors with different sets of characteristics coexist and their contacts are all form simultaneously. At each transistor generation, the integration of NiSi is therefore a new challenge. This thesis allows to better understanding of the reaction and the process variations, notably by the observation of a metastable phase playing a key role in the reaction. We developed an experimental approach using x-ray diffraction to effectively characterize the entire reciprocal space. This experimental technique allows us to identify, using a single measurement, the texture, and nature of all phases in a sample, deformations of the lattice, signals from the thermal diffuse scattering resulting from the interaction of the x-rays with the phonons of the substrate and the presence of planar defects. This technique allowed us to demonstrate that the texture of the phases forming has a crucial impact on the reaction between Ni and Si or is the marker of phenomenon important to understand the reaction. Software, developed to process the raw data and analyze the three dimensional reciprocal space, were made available to the scientific community. First, we characterize the reaction of 10 nm Ni on Si(001). During the reaction, the first phases to form are Ni2Si and an epitaxial phase at the interface. The Ni2Si phase is consumed by the metastable θ phase. We explain its formation by a nucleation facilitated by the inheritance of the Ni2Si fiber texture. Following the decomposition of the θ phase, which occurs when the temperature allowing the nucleation of the NiSi phase is reached, we observe the regrowth of


identifier: Van Omme, N. (2011). Le problème du postier chinois cumulatif  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sujet de cette thèse est le problème du postier chinois cumulatif (PPCC). Dans ce problème, nous considérons l'importance du moment où une arête est traitée complètement. Cette façon de procéder introduit un caractère cumulatif et dynamique dans le coût réel des arêtes, ce qui a pour effet de changer la structure du problème du postier chinois. Nous démontrons que ce problème est fortement NP-difficile et réductible à une version du problème de voyageur de commerce cumulatif. Ce problème est, à notre connaissance, nouveau. Nous continuons ici l'étude entreprise dans notre mémoire de maîtrise. Notre but dans cette thèse est de résoudre exactement ce problème à l'aide des outils de la programmation linéaire en nombres entiers. Notre contribution est de plusieurs ordres. Premièrement, nous développons une vingtaine de modèles différents. Dans cette thèse, nous étudions les huit meilleurs et les comparons aussi bien empiriquement que théoriquement entre eux et démontrons toutes les relations de dominance entre eux. L'aboutissement de nos recherches est le modèle L8. Deuxièmement, nous résolvons ce modèle L8 à l'aide d'un algorithme de séparation et évaluation progressive (Branch and Cut - algorithme BC1). Nous développons plusieurs outils dont nous présentons ici trois branchements, sept pré-traitements, six familles de coupes dont trois que nous généralisons. Ces outils nous permettent déjà de battre le solveur CPLEX par un facteur de 3 à 58 sur nos graphes de référence. Troisièmement, nous développons une meilleure variante du modèle L8 : le modèle L8+ et utilisons une approche avec génération de colonnes (Branch, Price and Cut – algorithme BPC1). Dans la foulée, nous développons cinq familles de coupes et nous généralisons quatre d'entre-elles. Cette nouvelle approche, plus rapide que la première d'un facteur de 2 à 4, nous permet d'être de 2 à 133 fois plus rapide que le solveur CPLEX en utilisant le modèle L8+ sur nos graphes de référence. Quatrièmement, nous améliorons notre approche de génération de colonnes (Branch, Price and Cut – algorithme BPC2) avec une évaluation implicite du dual. Les plus grandes instances du PPCC que nous arrivons à résoudre dans un délai maximal d'une heure comprennent des graphes de 11 sommets et/ou de 55 arêtes, ce qui correspond approximativement à des instances du problème du voyageur de commerce cumulatif à 110 sommets.  Mots clefs Tournées sur les arcs, fonction cumulative,  problème du postier chinois cumulatif.  ABSTRACT: The subject of this Ph.D. thesis is the Cumulative Chinese Postman Problem (CCPP). We focus on the delay of the service of each arc. This introduces a cumulative and dynamic aspect in the objective function therefore changing the structure of the Chinese Postman Problem. We prove that this problem is strongly NP-hard and reducible to a version of the Cumulative Travelling Salesman Problem. This problem is, to our knowledge, entirely new. The study of this problem was initiated in our master thesis. Our main goal in this thesis is to solve this problem exactly with the help of the tools of linear integer programming. Our contribution is manifold. First, we develop twenty different models. However,  in this thesis, we only discuss and compare theoretically and experimentally the best eight models. We prove all dominance relations among them. Model L8 stands out as the best model. Secondly, we solve this model L8 with a Branch and Cut (algorithm BC1). Throughout our study, we develop several tools among which three branching rules, seven presolving algorithms, six families of cuts (three of them generalized). These tools alone allow us to solve the problem faster than CPLEX by a factor of 3 to 58 on our test graphs. Thirdly, we develop an improved model L8+ and use a column generation approach - a Branch, Price and Cut (algorithm BPC1). We also develop five new families of cuts (four of them generalized). This new approach is faster than the previous one by a factor of 2 to 4 and is faster than CPLEX with the new model L8+ by a factor of 2 to 133 on our test graphs. Fourthly, we improve our Branch, Price and Cut algorithm (algorithm BPC2) by using an implicit evaluation of the dual. The largest instances for which we are able to solve the CCPP in less than one hour include graphs with 11 nodes and/or 55 edges which correspond approximately to instances of the Cumulative Travelling Salesman Problem with 110 nodes.


identifier: Hackenbeck-Lambert, J. (2011). Étude du potentiel de création de formes du quantron  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail consiste en l'étude du potentiel de création de formes du quantron, un modèle récent de neurone artificiel qui décrit la transmission de l'information aux synapses des neurones à l'aide de processus stochastiques. Celui-ci a auparavant été le sujet de différentes tentatives d'approximations mathématiques dans le but d'applications futures au domaine des réseaux de neurones. Nous proposons plutôt une implémentation informatique fidèle au modèle original qui nous permet d'étudier ses caractéristiques. Dans le cadre de la reconnaissance de formes, nous explorons les capacités du quantron et de réseaux formés à partir de celui-ci à créer des images binaires à deux dimensions. Plus spécifiquement, nous nous sommes donnés comme objectif de déterminer les architectures et les paramètres des réseaux qui permettent de produire les 26 lettres majuscules de l'alphabet. D'abord en variant les paramètres de quantrons uniques selon des règles déterminées par notre connaissance préalable du fonctionnement du modèle, nous obtenons une grande quantité d'images que nous arrivons à assembler pour obtenir quelques premières lettres. En procédant à l'analyse des fonctionnements internes des quantrons qui produisent les lettres, nous arrivons à améliorer leur esthétisme et par le fait même acquérons une meilleure compréhension du modèle, ce qui nous mène à découvrir et démontrer des caractéristiques nouvelles lui donnant un puissant potentiel de production d'images. Des limites et contraintes sont aussi mises à jour, nous suggérons par la suite comment elles peuvent être contournées. Le souci de fidélité au modèle original du quantron est conservé tout au long du travail et les effets des approximations inhérentes à l'implémentation numérique sont étudiés. Nous proposons finalement des équations pour déterminer les paramètres de réseaux produisant n'importe quelle image désirée et les utilisons pour compléter la banque de lettres de l'alphabet. Les résultats obtenus suggèrent un avenir prometteur au modèle et différentes avenues sont suggérées pour tirer profit.  ABSTRACT: This document presents the study of pattern creation capacities of the quantron, a recent model of artificial neuron that describes the transmission of information at synapses with stochastic processes. Earlier works have been dedicated to the development of mathematical approximations that aim at the applicability of the model within the neural network domain. Rather, we propose an informatics implementation true to the original mathematical model that enables us to study its characteristics. Within the guidelines of pattern recognition, we explore the capacities of quantrons and of networks of quantrons to produce binary two dimensional images. Specifically, we had as an objective to determine the architectures and parameters of networks able to produce the 26 capital letters of the alphabet. First by varying the parameters of single quantrons within limits and rules determined by our prior understanding of the model, we obtain a great quantity of images which we are able to assemble in order to create a few first letters. By proceeding to the analysis of the inner workings of the quantrons producing the letters, we are able to improve their esthetics and at the same time obtain a better understanding of the model, which leads us to discover and demonstrate different new characteristics that give it strong image production capacities. Limitations are also brought to light for which we suggest ways to work around. In order to support the precision of the numeric approximations of the model, its effects are studied and carefully monitored. Finally, we propose equations that enable us to find parameter values that produce any desired image and make use of them in order to complete our collection of letters of the alphabet. The results suggest a promising future to the model and different avenues are suggested for later work to benefit from it.


identifier: Roehrig, C. (2011). La recherche comme moteur de croissance : défis et enjeux dans un contexte de globalisation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, nous avons assisté à la consécration du savoir dans les pays développés et à l'importance grandissante de la recherche académique et industrielle considérée comme un facteur déterminant de la croissance économique de nos sociétés. La poursuite d'activités de recherche de pointe et l'enseignement supérieur sont devenus des éléments centraux des stratégies de développement économique de nos pays développés, qui ont mis un point d'honneur à soutenir leurs investissements en R-D en pourcentage de leur PIB dans une perspective d'accroissement de leur productivité et de création de richesse. Ces investissements au chapitre de la R-D et de l'enseignement supérieur ont mené à de grandes découvertes et à l'émergence de plusieurs nouveaux domaines de recherche incluant la génétique, l'informatique, la robotique, la biotechnologie et les nanotechnologies. De façon concomitante, on a assisté à l'expansion et à l'harmonisation des liens d'interdépendance entre les nations, les activités humaines et les systèmes politiques à l'échelle mondiale, phénomène que l'on définit généralement par le terme de « mondialisation » ou encore de « globalisation ». Cette globalisation a eu pour effet de radicalement modifier les rapports entre pays et a eu une incidence majeure à la fois sur les échanges commerciaux de biens, de services, de capitaux, de main d'œuvre et de connaissances. Depuis deux ou trois décennies, on a également assisté à l'émergence de certains pays qui, avec de forts bassins de population toujours plus éduquée, sont devenus des acteurs non négligeables au chapitre de la R-D. Le présent mémoire tente de comprendre si la recherche est réellement synonyme de croissance ou un facteur essentiel à la croissance d'un pays. La plupart d'entre nous n'oseraient remettre en question cette idée. Mais le cas du Japon, pays avec une forte tradition technologique, investissant des sommes considérables en R-D, n'ayant pas réussi à soutenir sa croissance économique au cours des années 90, serait-il la preuve que la R-D n'est pas aussi bénéfique que tous l'ont pensé jusqu'ici ? Et que penser de la récente récession des pays développés et de l'émergence de pays ayant une capacité de recherche somme toute limitée ?  ABSTRACT: Since the end of World War II, we have witnessed the increasing importance of knowledge in developed countries and the increasing importance of academic and industrial research as a crucial factor for the economic growth of our societies. The pursuit of leading edge research and higher education have become central elements of our developed countries' economic development strategies, which have made it a point to sustain their R&D investments as a percentage of their GDP to ensure productivity growth and wealth creation . These investments in R&D and higher education have led to major discoveries as well as to the emergence of several new fields of research including genetics, computer science, robotics, biotechnology and nanotechnology. Concomitantly, we have witnessed the expansion and harmonization of interdependencies between nations, human activities and political systems at the international level, a phenomenon that is generally defined by the term “globalization”. This globalization has dramatically changed the links between nations and has had a major impact on the commercial exchange of goods, services, capital, labour and knowledge. Over the past two or three decades, we have also witnessed the emergence of countries which, with large pools of increasingly educated populations, have become sizeable players in R&D, not without causing concerns to developed countries.   This thesis seeks to understand whether research is an essential factor in a country's growth. Most of us would not dare argue the contrary. However, could the case of Japan, a country which has had a strong technological tradition and which has long been investing heavily in R&D without being able to sustain its economic growth in the 1990s, be proof that R&D is not as beneficial as everyone has always thought ?  Moreover, could the recent stagnation of developed countries and the emergence of countries with a limited R&D capacity be proof that R&D is not as beneficial as we have thought up to this day ?