identifier: Khanafer, Z. (2021). Suivi en quasi-temps réel de la bactérie E. coli dans les eaux récréatives par l'application d'une nouvelle technologie basée sur l'activité enzymatique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Québec, comme dans la plupart des régions du monde, Escherichia coli, une bactérie d'origine fécale, est suivie pour l'évaluation de la qualité de l'eau. Étant absente dans l'environnement naturel, sa présence est indicatrice d'une contamination. La technique traditionnelle pour connaître sa concentration dans l'eau est le dénombrement sur un milieu de culture exprimé en UFC/100 ml (Unité Formant Colonie). Malgré sa capacité à donner de bons résultats, l'étape d'incubation nécessaire à cette technique requiert entre 18 et 24 heures ce qui peut être fortement limitant pour la gestion de certains milieux comme les plages. En effet, des réponses rapides sont nécessaires afin d'assurer des prises de décisions efficaces pour protéger la santé et la sécurité du public. Afin de remédier aux limites de la méthode standard, des technologies, comme le Coliminder® (VWM Solutions, Autriche), basées sur l'activité enzymatique de la bactérie E. coli, ont été développées. Il s'agit d'une technologie autonome qui détecte la fluorescence de l'enzyme β-glucuronidase, propre à la bactérie E. coli, permettant de faire son suivi en quasi-temps réel (aux 30 minutes).  ABSTRACT: In Quebec, as in most regions of the world, Escherichia coli, a bacterium of faecal origin, is monitored for the evaluation of water quality. Being absent in the natural environment, its presence is indicative of contamination. The traditional technique for determining its concentration in water is the standard plate count method expressed in CFU/100 ml (Colony Forming Unit). Despite its ability to give good results, the incubation step necessary for this technique requires between 18 and 24 hours, which can be severely limiting for the management of certain environments such as beaches. Indeed, rapid responses are needed to ensure effective decision-making to protect public health and safety. To overcome the limitations of the standard method, technologies such as the Coliminder® (VWM Solutions, Austria), based on the enzymatic activity of E. coli, have been developed. The Coliminder® is the central aspect of this research: an autonomous technology that detects the fluorescence of the β-glucuronidase enzyme, specific to E. coli, allowing its monitoring in near real-time monitoring (every 30 minutes).


identifier: Zeidan, J.-L. (2021). Développement d'une méthode d'amélioration des propriétés géotechniques des chaussées par calcification chimique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, plusieurs méthodes de réhabilitation des chaussées sont mises en oeuvre pour l'entretien du réseau routier qui joue un rôle important, tant sur le plan social que sur le plan économique. Les principales sont les méthodes mécaniques (mélange de différents sols et compactage) ou chimiques (liants hydrauliques, épandages de produits chimiques). S'il est vrai que ces méthodes procurent une amélioration des conditions des chaussées, elles présentent cependant des limitations, notamment en termes de coûts ou d'impact sur l'environnement. Afin de s'affranchir de ces limitations et en maintenant pour objectif la bonne condition des chaussées, de nouvelles études doivent se diriger vers des méthodes à la fois efficaces et respectueuses de l'environnement. Ainsi, l'amélioration des sols par biocalcification a émergé ces dernières années dans le but de fournir une alternative aux méthodes conventionnelles. Si cette nouvelle approche permet d'améliorer le comportement mécanique des sols grâce à la formation de précipités de calcite, elle possède toutefois des limitations puisqu'elle nécessite la manipulation de bactéries, peu commune sur les chantiers routiers, ainsi que l'extraction d'un coproduit, à savoir l'ammoniac. Face à ces limitations, un nouveau procédé de calcification chimique est donc proposé dans la présente étude.  ABSTRACT: Nowadays, several road rehabilitation methods are implemented to maintain the road network which plays important roles, both socially and economically. The main methods are mechanical (mix of different soils and compaction) or chemical (hydraulic binders, spreading of chemicals). While it is true that these methods improve the pavement conditions, they do have limitations in terms of cost and impact on the environment. To avoid these limitations and to maintain good condition of pavements as an objective, new studies must focus on methods that are both effective and respectful of the environment. To this end, soil improvement by biocalcification has recently emerged to offer an alternative to conventional methods. If this method improves the mechanical behavior of soils, it also has some limitations as it implies the manipulation of bacteria, which is not usual on construction sites, and the extraction of ammonia as a byproduct. To face these limitations, a new process of calcification is proposed in this study.


identifier: Abdellatif, M. (2021). Service Identification to Support the Migration of Legacy Systems to SOA  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution des systèmes logiciels est devenue une activité centrale dans de nombreuses entreprises. Malgré leurs défis bien connus, les systèmes légataires demeurent un élément vital et important dans de nombreuses entreprises, car les connaissances intégrées dans ces systèmes est d'une valeur significative. Les systèmes légataire ne peuvent pas être simplement supprimés ou remplacés car ils exécutent généralement de manière efficace et précise une logique métier critique et complexe. Outre leurs avantages bien connus, les systèmes légataires souffrent de plusieurs inconvénients liés par exemple à leur coût de maintenance, leur évolutivité et leur flexibilité. Par conséquent, il existe un besoin croissant de migrer les logiciels légataires vers des plates-formes plus flexibles et modernes sans perdre leurs valeurs commerciales La migration des systèmes légataires vers l'architecture orientée services (SOA) est considérée comme l'une des alternatives promises pour la modernisation des systèmes légataires. En effet, l'infrastructure SOA en général a permis de développer des applications complexes et inter-organisationnelles en intégrant des composants fonctionnels réutilisables, relativement indépendants, généralement hétérogènes et distribués. L'identification des services est considérée comme le processus le plus difficile dans le processus de migration. Il consiste à identifier à partir des systèmes légataires les fonctionnalités de service potentielles et les artefacts réutilisables qui peuvent être regroupés tout en ayant une logique métier précieuse. Le défi d'un tel processus est d'identifier à partir des systèmes légataires les services potentiels qui peuvent être développés de manière rentable, sont adaptés à la réutilisation, faciles à entretenir et permettent de personnaliser les applications migrées finales par une sélection et une orchestration appropriées des services.  ABSTRACT: The evolution of software systems has become a central activity in many businesses. De- spite their well-known challenges, legacy systems are still a vital and important component in many enterprises because the knowledge embedded in such systems is often of significant values. Legacy systems cannot be simply removed or replaced as they effectively and ac- curately execute critical and complex business logic. Besides their well-known advantages, legacy systems still suffer from several drawbacks that are related to their maintenance cost, scalability, flexibility, etc. Therefore, there is a rising need for migrating legacy software to more flexible and modern platforms without losing their business values.The migration of legacy systems to Service-Oriented Architecture (SOA) is considered one of the promised alternatives for legacy system modernization. In fact, SOA infrastructure in general have made possible to develop complex and inter-organizational applications by integrating functional components that are reusable, relatively independent, generally het- erogeneous, and distributed. Service identification is considered as the most challenging process in the overall migration process. It consists of identifying from legacy software systems potential service functionality and reusable artifacts that may have valuable business logic. The challenge of such process is to identify from legacy software systems potential services that can be developed in a cost- effective manner, are suitable for reuse, easy to maintain, and provide capability to customize end migrated applications by proper selection and orchestration of services.


identifier: Boivin, S. (1997). Etude des effets non parallèles sur la stabilité d'un écoulement tridimensionnel compressible  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Théorie linéaire de la stabilité -- Formulation parallèle -- Formulation non parallèle -- Prédiction de la transition -- Méthode numérique -- Discrétisation du domaine de calcul -- Discrétisation des équations de stabilité -- Algorithme de résolution -- Discussion des résultats -- Géométries considérés -- Validation et discussion des effets non parallèles -- Prédiction de la transition.


identifier: Ayari, M. A. (1995). Implantation d'un modèle de cinétique chimique dans un code d'éléments finis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: Modélisation cinétique -- Théorie de la cinétique chimique -- Modèle de réaction -- Écriture en fraction massique -- Modification des taux de réactions -- Les Codes de résolutions -- Équations d'écoulement -- Équations moyennes de conservation -- Les modèles de turbulence -- Équations de bilan -- Conditions aux frontières -- Écriture moyenne des termes sources -- Approches de la combustion turbulente -- Méthodes numériques -- Discrétisation des équations -- Discrétisation du domaine -- Discrétisation dans la zone de la paroi -- Algorithme de calcul -- Résum é des étapes de résolution -- Résultats numériques -- Écoulement dans un canal -- Écoulement dans un canal avec une expansion soudaine -- Écoulement dans deux jets coaxiaux confinés.


identifier: Clément, J. (2021). Utilisation de l'apprentissage automatique pour la planification de projet de construction  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie de la construction ne se repose plus simplement sur un mode de construction pour lequel toutes les activités se déroulent sur le site de construction. Par exemple, la construction modulaire consiste à préparer des morceaux de l'édifice, appelés modules, en usine avant de les transporter sur le site. Ces modes de construction alternatifs commencent à être utilisés de plus en plus et on comprend que les besoins en termes de planification diffèrent de la construction plus classique. Mais le mode de construction est choisi dès les prémices du projet et la décision se concentre sur l'expérience de l'entreprise et non sur des enjeux de planification qui pourrait montrer des avenues intéressantes. Ainsi, l'objectif de ce travail est de proposer un modèle permettant de générer des échéanciers dans le contexte de planification initiale en considérant les modes de construction alternatifs. Afin de remplir cet objectif, on a commencé par définir un cadre de planification adapté à la problématique pour laquelle on a fait une analogie avec la théorie des jeux. Le modèle a ensuite été développé avant de l'expérimenter et le valider grâce à des instances de projet générées spécifiquement dans le cadre de ce travail. Enfin, on le compare à d'autres modèles afin d'en mesurer les performances. Le modèle proposé s'appuie sur la combinaison d'un arbre de recherche de Monte-Carlo et d'un réseau de neurones dans un processus d'apprentissage automatique par renforcement. Ainsi, le modèle apprend et propose une planification de plus en plus performante. En effet, tout comme AlphaGo joue aux échecs en choisissant les pièces à jour, notre modèle identifie itérativement le lot de travail à planifier en s'appuyant sur l'arbre de recherche de Monte-Carlo qui permet de représenter l'ensemble des possibilités à partir d'un état de planification. L'arbre est aidé par le réseau de neurones en calculant les probabilités des lots de travaux ainsi que la valeur des états de planification suivants, afin de faciliter le choix du lot de travail à planifier et en évitant une recherche exhaustive. Le modèle a montré qu'il peut s'améliorer et converger presque systématiquement après plusieurs itérations. Le nombre de simulations de l'arbre de recherche de Monte-Carlo ainsi que le nombre d'exemples à générer au début de chaque itération apparaissent comme des paramètres déterminants afin de garantir un bon apprentissage. Enfin, on a montré que le modèle est plus performant qu'un choix aléatoire, mais connait des difficultés face au modèle choisissant systématiquement le mode de construction classique. L'ensemble de ce travail a été concentré sur la proposition d'un premier modèle, certains éléments comme la structure et la configuration du réseau de neurones n'ont pas été optimisés ce qui constitue des perspectives de recherche intéressantes pour la suite.  ABSTRACT: The construction industry no longer relies simply on a method of construction in which all activities take place at the construction site. For example, modular construction involves preparing pieces of the building, called modules, in a factory before transporting them to the site. These alternative construction methods are beginning to be used more and more and it is understood that the planning requirements are different from more traditional construction mode.  But the construction method is chosen at the beginning of the project and the decision is based on the company's expertise and not on planning issues that could show interesting avenues. Thus, the objective of this work is to propose a model to generate schedules in the initial planning context by considering alternative construction modes. In order to achieve this objective, we started by defining a planning framework adapted to the problem for which an analogy with game theory was made. The model was then developed before experimenting and validating it with project instances generated specifically for this work. Finally, we compare it to other models in order to measure its performance. The model is based on the combination of a Monte-Carlo search tree and a neural network in an automatic learning process by reinforcement. Thus, the model learns and generates an increasingly efficient planning. Indeed, just as AlphaGo plays chess by choosing the pieces to be updated, our model iteratively identifies the batch of work to be planned by relying on the Monte-Carlo search tree which allows representing the set of possibilities from a planning state. The tree is helped by the neural network by calculating the probabilities of the work packages as well as the value of the following planning states, in order to facilitate the choice of the work package to be planned and by avoiding an exhaustive search. The model has shown that it can improve and converge almost systematically after several iterations. The number of simulations of the Monte-Carlo search tree as well as the number of examples to be generated at the beginning of each iteration appear to be determining parameters in order to guarantee a good learning. Finally, we have shown that the model performs better than a random choice, but has difficulties in comparison with the model that systematically chooses the classical construction mode. The whole of this work was concentrated on the proposal of a first model, some elements like the structure and the configuration of the neural network were not optimized which constitutes interesting research opportunities for the continuation.


identifier: Jafarigiv, D. (2021). A Scalable FMI-compatible Cosimulation Platform for Smart Grid Cybersecurity Studies Using Data Analytics  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La révolution de l'intelligence dans le domaine des technologies de l'information et des télécommunications, ainsi que leur utilisation croissante dans les systèmes opérationnels, a fourni aux opérateurs de réseaux électriques intelligents des outils de traitement et d'automatisation efficaces pour optimiser le fonctionnement, le contrôle et les approches de protection des systèmes électriques. Le réseau intelligent moderne est considéré comme une entité cyber physique émergente composée d'un ensemble diversifié de ressources énergétiques distribuées, de systèmes de surveillance, de protection et de contrôle étendus, y compris les unités de mesure de phase et les compteurs intelligents. Les fonctionnalités et la capacité de communications améliorées du réseau intelligent moderne offrent des possibilités d'exécuter des processus de contrôle en tirant profit des réseaux de communications et des systèmes d'information. Cependant, les interconnexions élaborées entre les systèmes et la connexion de ceux-ci à l'Internet accroissent l'exposition des réseaux intelligents aux menaces cybernétiques et permettent aux adversaires d'exploiter un large éventail de vulnérabilités pour mener des cyberattaques. Une cyberattaque sur le réseau intelligent se produit lorsque des acteurs internes ou des étrangers mal intentionnés désactivent les services ou les opérations de ses systèmes afin de nuire à la production, au transport et à la distribution d'électricité. En tant que système complexe composé d'unités étroitement interconnectées, attaquer même une petite partie des réseaux intelligents a le potentiel de déclencher des pannes en cascade entraînant une perte du courant électrique. Les entreprises d'électricité abordent souvent la cybersécurité des réseaux intelligents via la conformité aux normes, et en adoptant des pratiques sécurisées attentives et une surveillance robuste. Cependant, ces pratiques n'offrent pas une immunité totale contre les intrusions destructrices causées par des attaquants avertis disposant des capacités nécessaires pour contourner la protection fournie par la conformité aux normes et les meilleures pratiques. Il est donc essentiel d'améliorer la cybersécurité en augmentant la connaissance situationnelle du système électrique et en développant des techniques de détection et d'atténuation plus rigoureuses. De manière générale, l'analyse de la cybersécurité des réseaux électriques intelligents est une tâche indispensable qui requière l'utilisation d'outils de modélisation et simulation appropriés. Ayant ceci comme objectif, cette thèse présente une plate-forme de cosimulation compatible FMI multi-agents hors ligne pour l'interopérabilité des modèles logiciels multi-domaines (par exemple, MATLAB/Simulink, EMTP, NS-3). L'intégration et l'interfaçage de ces modèles dans une même plate-forme exige le traitement de modèles de calcul hétérogènes, des variabilités discrètes et continues, et des pas de temps divers.  ABSTRACT: The intelligence revolution in data and telecommunications technologies, as well as their expanding use in operational systems, has provided Smart Grid (SG) operators with effective processing and automation tools for optimizing power system operation, control, and protection schemes. The modern SG is viewed as an emergent cyber-physical entity comprised of a diverse set of Distributed Energy Resources (DERs), Wide Area Monitoring, Protection And Control (WAMPAC) systems including Phasor Measurement Units (PMUs), and smart meters. The enhanced functionality and communication capability of modern SG provides opportunities for executing control processes through communication networks and information systems. However, the extensive system interconnections and the connection to the Internet increase the exposure of SGs to cyberthreats and allow intruders to exploit a large set of vulnerabilities to carry out their attacks. A cyberattack on the SG occurs when illintentioned utility insiders or outsiders disable the services or operations of its systems in order to harm power generation, transmission, and/or distribution. As a complex system composed of tightly interconnected units, attacking even a small section of SGs has the potential to trigger cascading failures resulting in power system blackout. Power utilities often address SG cybersecurity by ensuring compliance with standards, adopting attentive secure practices, and robust monitoring. However, these practices do not provide full immunity against destructive intrusions caused by knowledgeable attackers with the necessary capabilities to bypass the protection provided by standards compliance and best practices. It is therefore essential to enhance the cybersecurity of SGs by developing rigorous detection and mitigation techniques in order to increase the system's situational awareness. Cybersecurity analysis of SGs is an indispensable task that should be done by appropriate modeling and simulation tools for understanding and operating the SG efficiently and securely. Motivated by this fact, this thesis, first, presents an offline multi-agent Functional Mock-up Interface (FMI)-compatible cosimulation platform for interoperability of multidomain software models (e.g., MATLAB/Simulink, EMTP, NS-3). Interconnecting these models implies dealing with heterogeneous models of computation, discrete and continuous variabilities, and various time-steps. This cosimulation platform can integrate components and/or system management from different domains mainly power systems and the corresponding information and communication network. This paves the way to readily generate the needed data which represents as accurately as possible the realistic system behaviour of the actual physical links among the interconnected smart devices and the monitoring and control systems.


identifier: Bakour, A. (2021). Investigations expérimentales via l'essai de fendage de l'effet d'échelle sur l'énergie de fissuration du béton d'ouvrages hydrauliques  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract:
«RÉSUMÉ: Les ouvrages hydrauliques en béton (barrages, centrales, évacuateurs) sont considérés comme hors
normes en raison de leurs caractéristiques uniques: taille imposante des membrures, présence
minimale ou absence d'armature, contraintes thermiques importantes, etc. De ce fait, pour
l'exercice d'évaluation structurale, les ingénieurs font parfois recours aux modèles numériques
prédictifs par éléments finis non-linéaires, basés sur des lois constitutives de comportement. Ces
lois permettent de modéliser la fissuration du béton et nécessitent des intrants tel que l'énergie de
fissuration (notée souvent GF), un paramètre important qui caractérise le comportement post
fissuration du béton en traction.
Un effet d'échelle positif a été clairement mis en évidence par les recherches passées, concernant
l'évaluation expérimentale de cet intrant. Ainsi, il serait inapproprié d'utiliser les résultats de
caractérisation expérimentale en laboratoire pour l'évaluation des ouvrages hydrauliques massifs.
Il serait pertinent par contre d'utiliser l'énergie de fissuration asymptotique ou


identifier: Alves Randel, R. (2021). Optimization Methods to Enhance Constraint-Based Semi-Supervised Clustering  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le clustering est une technique importante de l'analyse des données non supervisée qui per- met de récupérer automatiquement la structure sous-adjacente des données. Au cours des deux dernières décennies, il a été démontré que les performances des modèles de clustering peuvent être considérablement améliorées lorsque la tâche est assistée par des informations secondaires, généralement fournies par des experts du domaine. Par conséquent, faire du clustering en présence de connaissances supplémentaires devrait produire des solutions plus conformes aux hypothèses des experts concernant la distribution des données, et ainsi per- mettre d'obtenir une description des données plus fiable. Cette technique, qui a suscité beaucoup d'intérêt ces dernières années, est connue sous le nom de clustering semi-supervisé. Une manière courante d'exprimer les informations secondaires est au moyen de contraintes sur les paires d'objets, appelées formellement contraintes de must-link et de cannot-link, qui in- diquent si une paire d'objets doit être ou ne doit pas être dans les mêmes clusters. Dans cette thèse, nous avons étudié et proposé des techniques analytiques et des algorithmes qui peuvent être utilisés pour améliorer les performances des modèles de clustering semi-supervisés basés.  ABSTRACT: Clustering is an essential unsupervised data analysis technique for automatically retrieving data underlying structures. In the past two decades, it has been demonstrated that the clustering performance can be significantly improved when the task is assisted by side information, which is usually provided by domain experts. As a consequence, clustering in the presence of background knowledge should yield solutions that better suit the experts assumptions regarding the data distribution, thus yielding a more reliable data description. This technique, which has recently attracted much interest, is known as semi-supervised clustering. A common way of expressing side information is by means of pairwise constraints, namely must-link and cannot-link constraints, which indicate whether a pair of data objects must or must not be in the same cluster. In this thesis, we studied and proposed novel analytical techniques and algorithms that enhance the performance of constraint-based semi-supervised clustering models.


identifier: Barrouillet, B. (2021). Optimized Calibrations of RANS-based k-w-y-Reot Transitional Turbulence Models for Aircraft Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le modèle de transition turbulente γ-Reθt de Langtry et Menter est implémenté dans le code RANS structuré à volumes finis FANSC (Full Aircraft Navier-Stokes Code) et couplé au modèle de turbulence kω-SST. Le modèle est modifié et recalibré pour mieux correspondre aux résultats expérimentaux. L'intensité turbulente locale est remplacée par une représentation des fluctuations turbulentes plus cohérente, de sorte à éviter d'obtenir des solutions non physiques au point de stagnation qui contamineraient les prédictions de la couche limite en aval. Le modèle est recalibré en modifiant des constantes de l'équation pour l'intermittence γ dans le terme de destruction de l'équation de l'énergie cinétique turbulente k. Un algorithme d'optimisation est développé afin de faciliter la calibration sur des cas tests 2D bien connus, tels que les plaques planes de la série T3 et de Schubauer et Klebanoff ainsi que l'aile NACA0012. Le modèle recalibré est ensuite validé sur les ailes 2D NLF-0416 et S809 qui n'ont pas été impliqués dans le processus d'optimisation. De plus, des cas test 3D tels que la Sickle shaped wing et le sphéroïde allongé sont également simulés et les résultats sont comparés à la littérature.  L'extension crossflow de Muller et Herbst est implémentée et recalibrée pour modéliser avec précision une série de résultats expérimentaux. Cette calibration est effectuée avec le même algorithme d'optimisation. La nouvelle extension est ensuite validée sur cinq cas tests 3D : La Sickle shaped wing du DLR, le sphéroïde allongé, l'aile DLR-F5, l'aile NLF(2)-0415 et le CRM-NLF. Les résultats montrent une nette amélioration par rapport au modèle de base. Certaines failles subsistent et une enquête est menée pour identifier les raisons potentielles des inexactitudes restantes. En conséquence, une solution potentielle au problème est suggérée.  Enfin, une étude est menée pour démontrer la sensibilité du modèle à l'intensité turbulente et à la résolution du maillage et pour établir des normes pour lesquelles le modèle peut être considéré comme fiable.  ABSTRACT: The γ-Reθt transition model from Langtry and Menter is implemented in the structured finite volumes RANS code FANSC (Full Aircraft Navier-Stokes Code) and coupled with the k-ωSST turbulent model. The model is modified and re-calibrated to better match experimental results. The local turbulent intensity is replaced with a more consistent turbulent fluctuation representation, to avoid nonphysical solutions at the stagnation point that would contaminate the downstream boundary-layer predictions. A calibration is devised by customizing several constants involved in the equation for the intermittency γ and the destruction term for the turbulent kinetic energy k. An optimization algorithm is thus employed to facilitate the calibration on well-known 2D test cases, such as the flat plates of the T3 series and of Schubauer and Klebanoff as well as the NACA0012 airfoil. The calibrated γReθt model is then validated on the NLF-0416 and S809 airfoil cases that have not been involved in the optimization process. In addition, 3D test cases such as the sickle wing and prolate spheroid are also simulated with the presented model and then compared to the literature.  The Muller and Herbst crossflow extension is implemented and re-calibrated to fit the code and accurately model a variety of experimental results. This calibration is performed with the same optimization algorithm using the Nelder-Mead and Simulated Annealing methods. The new extension is then validated on five 3D test cases: The Sickle shaped wing, the prolate spheroid, the DLR-F5, NLF(2)-0415 and the CRM-NLF. The results show a clear improvement from the base model. Some flaws remain and an investigation is conducted to identify the potential reasons of the remaining inaccuracies. As a result, potential solution to the issue are suggested.  Finally, a study is conducted to shed light on the model's sensitivity to freestream turbulent intensity and mesh resolution and to establish standards for which the model can be considered reliable.


identifier: Emam, A. (2021). Synthesis and Characterization of Nanothermites for Energetic Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une grande attention a été accordée au développement de nouveaux matériaux énergétiques pour atteindre les performances de plus en plus exigeantes des systèmes de propulsion à grande vitesse. La nanothermite est l'une des principales approches pour le développement de nouveaux matériaux énergétiques en intégrant intentionnellement des combustibles et oxydants métalliques nanométriques. Par rapport aux poudres de thermite traditionnelles à l'échelle du micron, les nanothermites offrent des améliorations de la vitesse de réaction, du dégagement de chaleur, de la pression et de la puissance de poussée en tirant parti: d'une grande surface spécifique, d'une diminution de l'énergie d'activation, d'une libération d'énergie rapide et d'une densité d'énergie élevée. Malgré leurs avantages par rapport aux microthermites, les nanothermites souffrent toujours d'une couche d'oxyde plus épaisse, de retards d'allumage relativement longs, d'une cinétique de combustion lente, d'un frittage des nano-réactifs avant l'allumage et d'une combustion incomplète, qui ont limité leur applicabilité.  ABSTRACT: Development of new energetic materials has captured much interest to as demands increase for microscale energetic devices and miniature propulsion systems. Nanothermite is one of the main approaches in the development of new energetic materials by intentionally integrating nanoscale metallic fuels and oxidisers. They are leveraging their large specific surface area, reduced activation energy, fast energy release and high energy density in enhancing the reaction rate, heat release, pressure and thrust output. Despite their advantages over microthermites, nanothermites still suffer from proportionally thicker oxide layer shell, relatively long ignition delays, slow combustion kinetics, sintering of nano-reactants before ignition, and incomplete combustion, which have limited their applicability.


identifier: Rarison, R. F. (2021). Évaluation des propriétés chimiques, mécaniques et hydrogéologiques de géomembranes utilisées comme matériaux de recouvrement pour restaurer des sites miniers en milieu froid et acide  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les géomembranes (GM) sont utilisées dans le domaine minier comme matériaux dans les systèmes de recouvrement pour constituer une barrière à l'eau et à l'oxygène afin de contrôler la génération de drainage minier acide (DMA). Une douzaine de sites avec ce type de système de recouvrements a été retrouvée dans la littérature. D'une part, les profondeurs auxquelles sont placées les GM sur les différents sites recensés au Canada sont inférieures aux profondeurs de pénétration potentielle du gel, les faisant ainsi éventuellement subir des cycles de gel-dégel (CGD). D'autre part, sur certains de ces sites, la GM est directement installée par-dessus les résidus oxydés, ce qui exposerait la GM à l'attaque chimique du DMA. Par ailleurs, les GM sont des matériaux synthétiques à durée de vie limitée alors que dans la restauration de sites miniers, l'objectif est d'atteindre un système qui resterait performant à très long terme. D'où l'origine de cette thèse qui vise à évaluer l'effet de ces facteurs sur les propriétés des GM utilisées dans le contexte de recouvrements miniers en milieu froid et acide. Pour ce faire, le projet a été orienté sur trois axes visant à étudier 1) les effets des CGD sur les propriétés des GM en polyéthylène haute densité (PEHD) et en polyéthylène basse densité linéaire (PEBDL), ensuite 2) les effets de l'exposition au DMA sur les propriétés de GM en PEHD, et finalement 3) la performance in situ de GM en PEHD installées sur trois sites miniers situés en Abitibi-Témiscamingue et dans le Moyen-Nord du Québec. Pour l'étude des effets des CGD sur les GM dans les systèmes de recouvrements en milieu froid, des GM en PEHD et en PEBDL ont été soumises à des CGD contrôlés au laboratoire. Les GM en PEBDL ont été étudiées dans cette partie de la thèse, car elles pourraient être une alternative aux GM en PEHD. Les propriétés mécaniques en traction, hydrauliques et de sorption/diffusion d'oxygène ont été utilisées comme indicateur de performance. Initialement, d'un point de vue mécanique, les GM en PEHD étaient plus rigides et avaient des propriétés à la rupture plus basses que les GM en PEBDL. Ces propriétés mécaniques ont été évaluées après 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250 et 300 CGD. Au fil des CGD, une rigidification et une augmentation des propriétés à la rupture des deux matériaux ont été constatées. Les GM en PEBDL demeurent plus élastiques et plus résistantes que les GM en PEHD. Quant aux propriétés hydrogéologiques des deux matériaux, elles étaient dans les mêmes ordres de grandeur initialement. La perméabilité et les propriétés de sorption/diffusion d'oxygène ont alors été examinées après 100, 200 et 300 cycles. Au cours des CGD, ces propriétés de transfert de masses ont évoluées. Les conductivités hydrauliques équivalentes des deux GM ont augmenté d'un ordre de grandeur et sont à 10-14 m/s. Les coefficients de diffusion et de perméation d'oxygène ont quant à eux diminué d'un ordre de grandeur et sont respectivement à 10-14 et 10-13 m2/s. Ces valeurs indiquent que les matériaux gardent de bonnes propriétés hydrogéologiques après 300 CGD. Afin d'étudier les effets de l'exposition au DMA sur les propriétés des GM, des GM en PEHD ont été dégradées artificiellement au laboratoire. Ces GM en PEHD sont les plus utilisées dans les systèmes de recouvrement. Cette dégradation a été effectuée avec trois bains d'immersion remplis de DMA synthétique et chauffés à 65, 75 et 85 °C pour une période allant jusqu'à 16 mois. Des échantillons de GM ont ainsi été retirés mensuellement des bains afin d'évaluer l'évolution des propriétés chimiques et mécaniques par rapport aux propriétés initiales. Des essais de caractérisation hydrogéologique (essais de perméabilité et essais de sorption/diffusion d'oxygène) ont également été réalisés à la fin des périodes d'immersion dans chacun des bains. À la fin des essais de dégradation, les GM demeuraient dans la première phase de dégradation appelée phase de déplétion des antioxydants (AO). Concernant les propriétés mécaniques des GM, un gain d'élasticité de la GM a été remarqué au cours de la période de dégradation et aucun changement significatif n'a été noté sur les propriétés à la rupture des GM. Les propriétés hydrauliques et les propriétés de sorption/diffusions d'oxygène des GM sont restées dans les mêmes ordres de grandeur que les propriétés initiales. La conductivité hydraulique équivalente, le coefficient de diffusion et le coefficient de perméation d'oxygène des GM sont respectivement restés à des ordres de grandeur de 10-15 m/s, 10-13 m2/s et 10-12 m2/s. Il n'y aurait ainsi pas encore d'effet négatif sur les propriétés de la GM pendant la phase de déplétion des AO. Cette phase de déplétion des AO aurait respectivement durée 44, 21 et 18 mois avant d'arriver à l'épuisement complet des AO pour les bains à 65, 75 et 85 °C. Cependant, les températures usuelles dans les recouvrements seraient plus basses. Une extrapolation d'Arrhenius a ainsi été effectuée afin d'estimer ce temps de déplétion des AO à des températures plus basses. Les temps d'épuisement des AO seraient ainsi respectivement de 170, 80 et 40 ans à des températures de 0, 10 et 20 °C. Toutefois, ces résultats ont été obtenus dans des bains d'immersion où la GM est exposée au DMA des deux côtés alors que dans la réalité, au pire des cas, elle ne serait exposée que d'un seul côté. Ainsi pour les trois températures de 0, 10 et 20 °C, les temps d'épuisement des AO pourraient atteindre environ 600, 275 et 130 ans dans le cas où une couche drainante recouvre la GM. Ces temps seraient encore d'autant plus élevés si une assise est installée afin d'éviter l'exposition au DMA. Ils pourraient respectivement atteindre 1000, 480 et 220 ans à des températures de 0, 10 et 20 °C avec une assise de sable par exemple. La configuration des systèmes de recouvrement a ainsi une grande importance pour assurer la durabilité de la GM. Il est à noter que ce qui a étudié ici n'est que la première étape de la dégradation des GM. Il y a encore deux autres étapes. Ce qui signifie que la durée de service des GM serait encore plus longue que les ordres de grandeur susmentionnés. En vue d'évaluer la performance sur le terrain des GM dans les systèmes de recouvrement, deux campagnes d'exhumation ont été menées en 2019 et en 2020. Ces campagnes ont ainsi permis de récupérer des échantillons de GM lisse en PEHD, âgés respectivement de 20 et 13 ans, sur deux sites Moyen-Nord et Normétal où les GM sont potentiellement exposées au DMA et subiraient des CGD, et un échantillon de GM texturée en PEHD, âgé de 10 ans sur le site Aldermac, qui subirait potentiellement des CGD. Les exhumations ont été réalisées sur deux zones pour chaque site : une zone stable et une zone affaissée afin d'évaluer l'influence potentielle des contraintes de traction sur les propriétés des GM. Les premières caractérisations effectuées sur ces GM étaient des analyses enthalpiques différentielles afin d'évaluer le temps d'induction oxydative (TIO) pour obtenir une caractérisation globale de l'état de dégradation chimique des GM. Des spectrométries infrarouges ont également été effectuées pour obtenir l'indice carbonyle (IC) pour connaître la dégradation superficielle des GM. Les IC permettraient ainsi de mettre en évidence l'effet de l'exposition au DMA. Des essais mécaniques en traction, de perméabilité et de sorption/diffusion d'oxygène ont également effectués sur les échantillons de chaque zone (stable et affaissée) des trois sites. Les mesures de TIO ont indiqué que les GM demeuraient dans la phase de déplétion des AO et étaient largement au-dessus de la valeur limite de 0,5 min (pour une GM complètement dépourvue d'AO). Les IC n'ont pas permis de mettre en évidence les effets de l'exposition potentielle au DMA. Les propriétés mécaniques en traction des GM exhumées demeuraient en conformité avec les exigences standards pour une GM neuve même après des années de service. Les conductivités hydrauliques équivalentes, les coefficients de diffusion et de perméation d'oxygène des GM sont à des ordres de grandeur respectifs de 10-14 m/s, 10-13 et 10-12 m2/s. La comparaison des résultats obtenus des zones stables avec ceux des zones affaissées a montré que les contraintes de traction entraîneraient un amincissement des GM. Cet amincissement pourrait mener à une dégradation plus rapide des GM, mais également à une légère diminution de leurs propriétés de transfert de masse. La comparaison des résultats des GM lisses avec celle texturée montre également que cette dernière aurait une durabilité plus courte. Les travaux de cette thèse ont ainsi montré qu'à l'échelle du matériau, les GM en PEHD garderaient de bonnes propriétés de barrière à l'eau et à l'oxygène jusqu'à 1000 ans, dépendamment des conditions d'expositions de la GM, de la température, de la configuration et de la stabilité physique des systèmes de recouvrement pour la restauration des sites miniers en milieu froid et acide. Cependant, l'échelle considérée dans cette thèse demeure réduite et ne concerne que les GM sans défauts physiques (trous ou fissures). Ces défauts peuvent constituer les facteurs limitants de l'efficacité des GM et devraient être étudiés dans le futur. Il est également à rappeler que la GM n'est qu'une des différentes composantes des systèmes de recouvrement. Des recherches devront être menées pour explorer les rôles de chaque composante des recouvrements et de leurs interactions. Des investigations à l'échelle du terrain devront également être conduites tant lors de l'installation que pendant la durée de service des systèmes de recouvrements avec GM. Cette thèse se veut ainsi être les prémices sur l'étude des systèmes de recouvrements avec GM en apportant les premières informations sur la durabilité de ces matériaux synthétiques dans le contexte de restauration des sites miniers en milieu froid et acide. D'un point de vue pratique, il est primordial d'éviter l'installation des GM sur des sites où d'importantes déformations sont attendues. Ces déformations pourraient provoquer la fissuration des GM et ainsi nuire au système d'étanchéité souhaité avec la GM. Il faudrait également écarter les options de configurations où la GM serait installée directement par-dessus les rejets miniers qui pourraient en accélérer la dégradation. Une assise faite de sable serait à privilégier. Une couche de protection drainante devrait également être installée par-dessus la GM, afin d'éviter les accumulations d'eau et pour améliorer la durabilité des GM. Lors de la construction des systèmes de recouvrements avec GM, des standards stricts d'assurance et de contrôle qualité devraient être adoptés afin de limiter autant que possible les défauts qui pourraient être générés et de les réparer dans l'immédiat. Ces systèmes de recouvrements devront également être instrumentés par exemple pour suivre les profils de température et de concentration en oxygène par-dessus et en dessous de la GM. Les états de contrainte au niveau de la GM devront également être suivis. Finalement, un protocole de contrôle qualité en service devrait être adopté afin de suivre régulièrement l'évolution des différentes propriétés des GM dans le temps par exemple tous les 10 ans.  ABSTRACT: Geomembranes (GM) are used as fluid barrier components of cover systems for mine site reclamation to control the generation of acid mine drainage (AMD). A dozen sites with this type of cover systems have been found in the literature. On the one hand, the depths at which GMs are located at the various sites identified in Canada are less than the potential frost depth, thus subjecting them to freeze-thaw cycles (FTCs). On the other hand, at some of these sites, GM is installed in direct contact with acid generating wastes, which would expose the GM to AMD chemical attack. Nonetheless, GMs are synthetic materials with a finite lifespan, whereas in mine site reclamation, the objective is to achieve a system that would remain efficient in the very long term. Hence the origin of this thesis to assess the durability of GMs in the context of cover systems for mining reclamation in cold and acidic environments. To do so, the project was oriented on three axes by assessing first 1) the effects of FTCs on the GM properties, then 2) the effects of the AMD chemical attacks on the GM properties, and finally 3) the real GM performance installed on three sites located in Abitibi-Témiscamingue and in Mid-North of Québec. For the assessment of the effects of FTCs on the GM properties, HDPE, and linear low-density polyethylene (LLDPE) GMs were subjected to laboratory-controlled FTCs. LLDPE GMs were also examined in this part of the thesis as they offer a practical alternative to HDPE GMs. Tensile, hydraulic and oxygen sorption/diffusion properties were used as key performance. Initially, from a mechanical point of view, HDPE GMs were more rigid and had lower break properties than LLDPE GMs. The tensile properties were evaluated after 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, and 300 FTCs. Over the FTCs, a stiffening, and an increase in break properties of the two materials were observed. LLDPE GMs remain more elastic and resistant than HDPE GMs. As for the hydrogeological properties of the two GMs, they were similar initially. The hydraulic and the oxygen sorption/diffusion properties of the two GMs were then examined after 100, 200, and 300 cycles. Over the FTC, these mass transfer properties changed. The equivalent hydraulic conductivities of the two GMs have increased by an order of magnitude and are at 10-14 m/s. While the oxygen diffusion and permeation coefficients decreased by an order of magnitude of 10-14 and 10-13 m2/s, respectively. These values indicate that the GMs retain good hydrogeological properties after 300 FTCs. In order to examine the effects of the AMD exposition on the GM properties, high-density polyethylene (HDPE) GMS were artificially degraded in the laboratory. These HDPE GMs are the most used GM in cover system. This degradation was performed with three immersion baths filled with synthetic AMD and heated to 65, 75, and 85 °C for a period up to 16 months. GM samples were thus extracted monthly from the baths to assess the change in the GM chemical and mechanical properties compared to the initial properties. Hydrogeological characterization tests (permeability and sorption/diffusion tests) were also carried out at the end of the immersion periods for each bath. At the end of the degradation period, GMs remained in the first degradation stage called the antioxidants (AOs) depletion stage. Regarding the GM mechanical properties, a gain in GM elasticity and no significant change in break properties were noticed. The GM hydraulic and oxygen sorption/diffusion properties have remained in the same order of magnitude as the initial ones. The equivalent hydraulic conductivity, oxygen diffusion and permeation coefficient remained within orders of magnitude of 10-15 m/s, 10-13 m2/s, and 10-12 m2/s, respectively. Thus, there would not yet be a negative effect on the GM properties during the AO depletion stage. This stage would have lasted 44, 21, and 18 months, respectively, before reaching complete AO depletion for the 65, 75 and 85 °C baths. However, the usual temperature in the cover systems is not as high as for degradation tests. Arrhenius modeling was thus performed to estimate the AO depletion time at lower temperatures. The AO depletion time would thus be respectively 170, 80, and 40 years at temperatures of 0, 10, and 20 °C for example. Nevertheless, these results were obtained in immersion baths where the GM is exposed to AMD from both sides when, at worst, GM would be only exposed to AMD on one side. Thus, for the three temperatures of 0, 10, and 20 °C, the AO depletion times could reach approximately 600, 275, and 130 years, respectively, in the case where a drainage layer is installed above the GM. These AO depletion times would be even higher if the GM is installed on a sand support layer to avoid the exposure to AMD. The AO depletion time could respectively reach 1000, 480 and 220 years at temperatures of 0, 10, and 20 °C. The design of the cover systems is thus of great importance to ensure the durability of the GM. It should be noted that what has been studied here is only the first stage of the GM degradation. There are two more stages. That means GM's service life would be even longer than the aforementioned orders of magnitude. To assess the actual performance of GMs in cover systems, two exhumation campaigns were carried out in 2019 and 2020. These campaigns thus made it possible to recover samples of smooth HDPE GM, respectively aged 20 and 13 years from two sites Mid-North and Normetal where GMs are potentially exposed to AMD and would undergo FTC, and a 10-year-old textured HDPE GM samples from the Aldermac site, which would have potentially undergone FTCs. The exhumations were carried out on two zones for each site to assess the potential influence of strain: an unsettled area where the GM would not have undergone differential deformations and a settled area where a depression was observed from the surface and where the GM would have been strained. The first characterizations carried out on these GMs were differential scanning calorimetry to measure the oxidative-induction time (OIT) to obtain overall characterization of the GMs chemical degradation stage. Infrared spectrometry was also performed to obtain the carbonyl index (CI) to assess the GM superficial degradation. CI would thus indicate the effect of the exposure to AMD. Tensile, permeability and oxygen sorption/diffusion tests were also performed on samples from each zone (unsettled and settled) of the three sites. OIT measurements indicated that GMs remained in the AO depletion stage as the OITs were well above the cut-off value of 0.5 min for a GM completely devoid of AO. CIs did not demonstrate the effects of the potential exposure to AMD. The tensile properties of the exhumed GMs remained in compliance with the standard requirements for a new GM even after years of service. The equivalent hydraulic conductivities, oxygen diffusion and permeation coefficients of GMS are in the respective orders of magnitude of 10-14 m/s, 10-13 and 10-12 m2/s. The comparison of the results obtained from the unsettled and settled zones showed that the strain would lead to GM thinning. This thinning would lead to a faster degradation of GMs but also to a slight decrease in their mass transfer properties. Comparing the results of smooth GMs with the textured one also shows that the latter would have lower durability. The work of this thesis has thus shown that at the scale of the material, GMs have good fluid barrier properties and could last up to 1000 years depending on the exposure condition of the GMs, the temperature, the configuration, and the physical stability of the cover systems for mine site reclamation in cold and acidic environments. However, the scale considered in this thesis remains small and only concerns GMs without physical defects (holes or cracks). These defects would thus constitute the limiting factors of the effectiveness of GMs and should be assessed in the future. It should also be remembered that GM is only one of the different components of the cover systems. Research needs to be done to explore the roles of each component and their interactions. Field-wide investigations will also need to be performed both during installation and during the service life of the cover systems. This thesis is thus intended to be the first steps in the assessment of cover systems including GM by providing the first information on the durability of these synthetic materials in the context of mine sites in cold and acidic environments. From a practical point of view, it is essential to avoid the installation of GMs on sites where severe deformations are expected. These deformations could induce cracks of the GMs and thus interfere with the desired sealing system. It would also be necessary to discard the options of configurations where the GM would be installed directly above the mining wastes which could accelerate its degradation, A support layer, made of sand for example, is crucial. A draining protective layer should also be installed over the GM to prevent water build-up and then to improve its durability. During the construction, strict quality assurance and quality control standards must be adopted to limit as much as possible any defect that could be generated and to repair them immediately. The cover systems should be instrumented, for example, to monitor temperature and oxygen profiles above and below the GM. GM strain should also be monitored. Then finally, an in-service quality control protocol should be adopted to regularly monitor the change of the various properties of the GMs over time, for example every 10 years.


identifier: Mouazé, N. (2021). Analyse de la saisie d'objets déformables par des pinces adaptatives  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évaluation des interactions entre systèmes robotiques et leurs environnements est un paramètre critique lors de la conception de ces systèmes, d'autant plus lorsque cela implique de la saisie. L'étude, ainsi que la commercialisation de pinces dites sous-actionnées se développent depuis quelques années, mais pour l'instant leurs utilisations se sont limitées à la saisie d'objet rigide. Lors de cette thèse la saisie d'objet déformable par des pinces sous-actionnées est considérée. L'objectif étant de proposer un modèle simple qui permet de simuler une telle interaction pour pouvoir ensuite réaliser des optimisations d'architectures de pince afin de maximiser leur avantage principal qui est l'adaptation mécanique. En effet, les pinces sousactionnées adaptent mécaniquement (et donc sans contrôle complexe) leurs formes, c'est-àdire la position de leurs phalanges à l'image des doigts humains, à la forme des objets qu'elles saisissent. La méthode commune pour simuler les déformations d'un solide, la méthode classique des éléments finis, n'est pas adaptée lorsque l'on veut simuler rapidement des interactions, par exemple pour des applications temps réels ou des optimisations, de par sa complexité. Donc, dans cette thèse un modèle utilisant des points pour discrétiser la géométrie de l'objet reliés par des ressorts pour approcher la rigidité est choisi. L'objectif est de proposer un modèle complet doigts/objet permettant de simuler les interactions simplement et surtout rapidement, tout en gardant une certaine précision. Dans cette thèse, deux approches sont présentées pour faire le lien entre le modèle de l'objet et celui des doigts. D'abord une approche énergétique, où en fonction du travail apporté par l'actionnement, on cherchera à minimiser l'énergie emmagasinée dans le système complet, puis une approche directe avec le principe fondamental de la statique. Dans ce dernier cas, il a fallu développer les formules connues de force de contact de doigt sous-actionné, afin de permettre le calcul lorsqu'il y a plusieurs contacts par phalange du doigt. Finalement, le second modèle qui présentait de meilleurs résultats que le premier a été utilisé afin d'optimiser une pince sous-actionnée afin de minimiser les déformations des objets qu'elle saisit. De plus, cette pince a été conçue afin de ne nécessiter aucune étape de montage lors de sa fabrication. Au final, lors de cette thèse un modèle numérique rapide permettant de calculer les interactions objets déformables/pinces mécaniques à été développé, et un prototype de pince optimisé grâce à ce modèle a été développé.  ABSTRACT: Evaluations of the interactions between robotic systems and their environments is a critical parameter when designing these systems, especially when it involves grasping. The analysis as well as the distribution of underactuated grippers have been developed for a few years, but currently their use is limited to grasping rigid objects. In this thesis, the interactions with a deformable object by underactuated grippers are considered. The goal is to propose a simple model which makes it possible to simulate such an interaction in order to be able to carry out optimizations of the clamp architecture. The objective of the optimization is to maximize the main advantage of underactuation, the mechanical adaptation. Indeed, the underactuated grippers mechanically adapt (therefore without complex control) their shapes, the position of their phalanges, to the shape of the objects they grasp. The most common method to study the deformations of a solid, the finite element method, is not suitable when the goal is to quickly simulate interactions, for example for real-time applications or optimizations, due to its complexity. So in this thesis a model using points to discretize the geometry of the object and springs to approach the rigidity is chosen. The objective is to propose a complete finger/object model allowing fast simulations of interactions. In this thesis, two approaches are presented to make the link between the models of the object and the fingers. First an energy approach, i.e. depending on the work provided by the actuation, the energy stored in the complete system is minimized to calculate the position of the system, then a direct approach with the fundamental principle of statics. In the latter case, it was necessary to develop the formulas for the contact force of the underactuated finger already developped, to calculate cases when several contacts per phalanx of the finger happen. Finally, the second model, which presented better results than the first one, was used to optimize an underactuated gripper to minimize deformation of the objects it grasps. Moreover, this gripper has also been designed to require zero assembly step during its manufacture.


identifier: Aksoy, A. Y. (2021). University Licensing Strategy Determinants and Outcomes  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse a été inspirée par des études antérieures sur les stratégies de commercialisation de la recherche universitaire et les relations entre la base de connaissances et les performances. De nombreuses recherches traitent des licences et des retombées de la recherche universitaire. Cependant, ces études adoptent soit le point de vue de l'université et ignorent les caractéristiques de leurs partenaires, soit le point de vue de l'entreprise et ne tiennent pas compte des caractéristiques propres à l'université. L'objectif de ce travail est d'établir quel type d'entreprise est le plus lucratif pour les universités afin qu'elles concentrent leurs efforts d'octroi de licences. Plus précisément, ce travail vise à identifier l'effet de la taille de l'entreprise à qui l'université a octroyé la licence sur les revenus de licence de l'université et à établir comment la combinaison des sujets de recherche influence le choix de ces entreprises. Notre cadre est basé sur l'importance de la diversification des connaissances pour la découverte d'opportunités. Un portefeuille technologique universitaire diversifié indique un plus grand potentiel de fertilisation croisée des idées. Cependant, la reconnaissance des opportunités ne dépend pas uniquement des connaissances techniques et nécessite également une connaissance du marché. Des études sur l'entrepreneuriat universitaire ont montré que l'octroi de licences technologiques peut être très lucratif pour les universités. Pourtant, la nature asymétrique de la répartition des revenus de licence parmi les universités nord-américaines indique qu'une activité de R-D plus importante en soi n'est pas nécessairement synonyme de revenus plus élevés. Certains travaux antérieurs ont suggéré l'importance du domaine scientifique comme facteur influençant l'activité de concession de licences. D'autres ont souligné l'importance de la vitesse d'innovation et de l'état de préparation de la technologie au marché. À notre connaissance, aucune étude ne s'est penchée sur l'importance du partenaire de commercialisation de l'université avec pour point focal l'université elle-même. On peut soutenir que les technologies prêtes à être commercialisées trouvent des partenaires en place pour les commercialiser, tandis que leurs homologues moins développées sont concédées sous licence à des jeunes pousses. Des études antérieures sur l'octroi de licences universitaires ont montré que les responsables des bureaux de transfer technologique considéraient les jeunes pousses comme le dernier recours pour commercialiser une technologie. Cette approche semble s'être lentement éloignée, et aujourd'hui le nombre de jeunes pousses et leur survie sont considérés comme un indicateur primordial du succès de la commercialisation des technologies universitaires. À cela s'ajoutent des études indiquant les revenus potentiels plus élevés qui peuvent être générés par les jeunes pousses et des études qualitatives montrant le succès de certaines universités renommées. L'intérêt pour les jeunes pousses est également alimenté par le climat politique et économique actuel qui encourage les comportements entrepreneuriaux, que ce soit par le biais d'incitations et de programmes gouvernementaux ou par les réussites de jeunes pousses et d'entrepreneurs dans le monde. Il est indéniable que ces entreprises sont nécessaires au changement technique progressif comme le soulignait Schumpeter. Cela est illustré par les innombrables jeunes pousses qui ont changé l'économie mondiale au cours des dernières décennies et les activités entrepreneuriales ultérieures de leurs anciens employés. Cependant, pour les universités, le résultat de la concession de licences à ces entreprises est au mieux mal défini et ces réussites ne sont pas à l'abri du biais de survie. Dans ce contexte, le premier et le second article contribuent à identifier les déterminants et les résultats des retombées pour les universités, et laissent entrevoir des possibilités d'amélioration pour réduire les inefficacités de l'innovation liées à la recherche exploratoire. Certaines lacunes subsistent dans la littérature sur les licences accordées par les universités aux entreprises. Les travaux antérieurs sur les partenariats université-industrie ont surtout adopté le point de vue des entreprises et montré que les partenariats sont plus courants pour les grandes entreprises. Cela pourrait être lié à leur propension à mener des activités de R-D en premier lieu, un avantage qui s'estompe, car on a observé que les petites entreprises, considérées par beaucoup comme l'épine dorsale de l'économie, ont augmenté leurs dépenses de R-D au cours des dernières décennies. En outre, l'activité de concession de licences n'est pas nécessairement synonyme de revenus de licences. Premièrement, les grandes entreprises peuvent simplement avoir un plus grand pouvoir de négociation en raison de leurs ressources plus importantes. Deuxièmement, une préoccupation importante partagée par toutes les entreprises qui s'associent pour la R-D est la diffusion des connaissances sortantes. Il a été constaté que les PME et les grandes entreprises ont des stratégies et des objectifs différents lorsqu'elles travaillent avec des universités. Par exemple, les grandes entreprises utilisent les universités pour développer leurs propres compétences non essentielles, tandis que les PME utilisent ces partenariats pour améliorer leurs propres compétences essentielles. Cela souligne encore l'importance de la taille et des ressources disponibles pour la R-D et son effet sur les partenariats université-industrie, car les entreprises partenaires perçoivent différemment les avantages et les inconvénients, ce qui entraîne inévitablement des différences dans leur accord de licence. En fait, la littérature sur les systèmes de paiement des licences fournit des arguments théoriques importants sur les raisons de ces divergences de comportement. Ceux-ci sont examinés en détail dans le premier article, et complétés dans le troisième article en montrant l'importance de l'optimisation de la variété de la de recherche pour maximiser les revenus des licences. Nos résultats sont cohérents avec la littérature antérieure sur le changement technique. Le premier article montre que les jeunes pousses sont associées à moins de revenus de licence par rapport à leurs homologues plus établis. L'association négative de la proportion de licences accordées aux jeunes pousses est persistante au cours des cinq (5) premières années, ce qui indique que l'octroi de licences aux jeunes pousses a un coût d'opportunité pour les universités. Les entreprises en place se comportent différemment, la proportion de licences accordées aux grandes entreprises est associée à des revenus de licence plus élevés au cours des deux (2) premières années, mais au prix de paiements de redevances plus faibles au cours des années suivantes. En fait, l'étude montre que le revenu des redevances est associé à la proportion de licences accordées aux PME et qu'il est persistant dans le temps. Les deuxième et troisième articles se concentrent sur la nature recombinante de l'innovation. Ils montrent tous deux l'importance de la diversification de la base de connaissances pour la reconnaissance des opportunités, car la diversification technologique est associée à la fois à plus de retombées et à plus de licences générant des revenus. Cependant, nous établissons certaines différences importantes entre les deux stratégies. La création de spinoffs est positivement associée à la diversification indépendamment de la parenté, tandis que les licences qui génèrent des revenus sont associées à la diversification liée. Ces articles montrent également que les universités peuvent rencontrer des difficultés à trouver des partenaires en place pour concéder des licences sur leur technologie, même si elles ont une grande proximité technologique. La proximité technologique avec l'industrie locale est associée à un plus grand nombre de licences générant des revenus pour les universités non diversifiées. Cela indique que ces universités assument le rôle de services aux entreprises à forte intensité de connaissances dans les régions moins diversifiées. En revanche, la proximité technologique est associée à davantage de créations d'entreprises pour les universités diversifiées. Bien que cela semble contre-intuitif, c'est le résultat de l'université qui capitalise sur la connaissance du marché de ses partenaires et tente de combler les lacunes structurelles de la chaîne d'approvisionnement par des retombées. Enfin, nos résultats sur la spécialisation indiquent une association négative de l'avantage technologique révélé (RTA) avec le nombre d'entreprises dérivées et de licences générant des revenus. Nous pensons que cela est lié aux caractéristiques idiosyncratiques de l'indicateur RTA. Ces résultats montrent que les universités ayant une expertise dans des domaines de niche ont plus de difficultés à concéder des licences sur leurs technologies, que ce soit à des jeunes pousses ou à des entreprises en place. Les résultats montrent l'importance d'établir le bon mélange de R-D pour répondre aux besoins de la stratégie d'octroi de licences des universités. Les universités doivent élaborer leur programme de R-D en fonction des besoins locaux et de leurs capacités existantes. Cela leur permet de générer des revenus de licence, mais aussi d'encourager la collaboration entre les universitaires et les industriels, ce qui peut conduire à la découverte d'opportunités débouchant sur de nouvelles technologies et des retombées.  ABSTRACT: Universities research commercialisation has been the focal point of increasing scrutiny since the passage of the Bayh Dole Act in 1980. The increasing attention given to innovation and technical change during these last decades has pushed governments to implement new policies to ensure the research they subsidize are used to improve their economies. The plethora of work on university-industry partnerships published in the last century indicates that the university-industry partnership was conducted by large companies looking at improving existing products or processes. However, these last decades have seen the rally of many researchers around spinoff creation as they studied their creation, survival, and success. Unfortunately, most, if not all, of these studies take a company point of view and little is known about the determinants and outcomes of working with incumbent companies or startups for universities. This thesis uses patent and licensing data to help stakeholders understand the different strategies universities can deploy to license their technologies. The first contribution of this thesis is in identifying the different payment schemes used by companies of different sizes to pay for university licenses and their outcome. We distinguish between large companies, SMEs, and startups and identify three strategies, royalty payment, milestone payment, and equity grants. Our data shows that the share of university licenses granted to each company size is associated with different payment schemes and time horizons. The share of licenses granted to large companies is correlated with higher milestone payments for the first couple of years while the share of licenses granted to SMEs is correlated with more royalty payment over multiple years. The share of licenses to startups is associated with neither and instead is correlated with more equity grants but does not influence the income generated by equity sales. The second contribution of this thesis is related to university knowledge base composition. We show that licenses to incumbent companies and startups are associated with a different knowledge base. More specifically, both licenses generating income and the number of startups are associated with more diverse university patent portfolios. However, while the number of startups is positively associated with both related and unrelated diversification, it is only related diversification that exhibits a positive association with the number of licenses generating income. Moreover, the source of knowledge is also an important determinant of the strategy deployed to commercialise the technology. Technological proximity is positively associated with the number of licenses generating income for undiversified universities and with the number of startups for diversified universities. We argue that the reason behind this difference is the presence of boundary spanners and knowledge spillover. These findings have important implications for policy-makers and universities as they need to adapt their strategy to the goal they pursue.


identifier: Bouchard, I. (2021). Building Damage Assessment After a Natural Disaster in Emergency Contexts: A Deep Learning Approach  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les catastrophes naturelles peuvent être extrêmement dévastatrices, autant sur le plan humain que matériel. Trop souvent, ces événements laissent derrière eux des communautés en situation précaires. Les organisations humanitaires agissent en première ligne: elles doivent intervenir le plus rapidement possible. Toutefois, opérer dans des zones dévastées peut est assurément difficile à coordoner et peut d'autant plus s'avérer dangereux pour les travailleurs de terrain. L'imagerie satellite offre une alternative à faible risque pour évaluer la situation sur le terrain avant d'y déployer des ressources. Cependant, les images satellites couvrent souvent de larges superficies et leur traitement manuel pour identifier les zones affectées tendent à générer de longs délais. Ainsi, dans ce projet, nous proponsons une approche basée sur l'apprentissage machine pour accélérer l'évaluation des dommages aux suites d'une catastrophe naturelle. Plus spécifiquement, nous avons conçu un système de réseaux convolutifs profonds pour la détection des bâtiments endommagés à partir d'images satellites qui utilisent des techniques de transfert d'apprentissage pour réduire le temps d'exécution. En résulte un système adapté pour les situation d'urgence.  ABSTRACT: Natural disasters can be devastating: they may cause the loss of life and major damages to properties and infrastructures. Too often, they lead the way to precarity in the affected communities. Humanitarian organizations are in the frontline and, as such, they must intervene without delay. However, operating in devastated areas can be hazardous for field workers and is assuredly chaotic. Remote sensing imagery enables for a low-risk ground assessment that can be done prior to deploying resources on the field. Yet, satellite images often cover large areas and their manual processing to identify affected regions result lengthy delays. Thereby, in this work, we propose a Machine Learning (ML) approach to support and speed up the damage assessment workflow in the aftermath of a natural disaster. More specifically, we design a system based on Convolutional Neural Networks (CNN) to detect damaged buildings from satellite imagery and experiment with transfer learning techniques to shorten the runtime. The result is an end-to-end machine learning workflow for emergency context for humanitarians to detect damaged buildings in the shortest delays after a natural disaster.


identifier: Perreault, H. (2021). Détection et segmentation des usagers de la route dans des images et vidéos  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les méthodes de détection d'objets sont largement dominées par l'apprentissage profond depuis quelques années, apportant de grandes améliorations. Cette révolution a servi à un ensemble d'applications dans le domaine du transport. On pense par exemple aux applications d'analyse de trafic et aux divers systèmes d'aide à la conduite. Certaines applications sont en devenir et vont requérir de plus amples améliorations, par exemple un système de conduite complètement automatisé. Cette thèse présente un ensemble de méthodes permettant de détecter et segmenter des usagers de la route dans des images et des vidéos. Les méthodes présentées s'attaquent aux défis propres au domaine du trafic routier, c'est-à-dire des conditions lumineuses et météorologiques difficiles, une haute densité de petits objets ainsi que de nombreuses occlusions partielles. La première méthode que nous présentons est une méthode de détection d'objets dans les images. Cette méthode tire profit d'annotations semi-supervisées créées par flux optique et soustraction d'arrière-plan. Ces annotations sont utilisées pour entraîner le réseau à générer une carte de saillance qui servira à deux objectifs. Premièrement, un processus d'attention est effectué afin de diriger le réseau vers les zones d'intérêts sur les cartes d'attributs. Deuxièmement, une binarisation de la carte de saillance est effectuée pour obtenir une segmentation des objets d'intérêts dans l'image. Cette méthode est implémentée dans le détecteur Center-Net [1]. En raison de la carte d'attention qui illumine les zones d'intérêts dans l'image, nous nommons notre méthode SpotNet [2]. La deuxième méthode présentée propose une architecture de détection d'objets sur vidéo en fusionnant des cartes d'attributs de trames temporellement proches. Afin de fusionner les cartes d'attributs, nous introduisons un module composé de concaténation de canaux, convolutions 1×1, suivi de réarrangement des canaux. Cette architecture ainsi que le module de fusion sont assez génériques pour être intégrés dans plusieurs détecteurs. En raison de sa rapidité et de ses bonnes performances, nous utilisons RetinaNet [3] comme détecteur de base, et pour cette raison, nous nommons cette méthode RN-VID [4]. Troisièmement, nous présentons une extension ainsi qu'une combinaison des deux travaux précédents. Dans ce travail, nommé FFAVOD, nous implémentons l'architecture de RN-VID dans deux nouveaux détecteurs modernes, CenterNet et SpotNet. Nous démontrons que nous pouvons améliorer les résultats avec un ensemble de détecteurs de bases différents.  ABSTRACT: Visual object detection methods have been largely dominated by deep learning in recent years, bringing great improvements to this field. This revolution has benefited a set of applications in the field of transportation, for example traffic analysis applications and various driving assistance systems. Other applications are in the making, and will require further improvements, for instance a fully automated driving system. This thesis presents a set of methods for detecting and segmenting road users in images and videos. The presented methods tackle the challenges specific to the field of road traffic, i.e. difficult light and weather conditions, a high density of small objects as well as numerous partial occlusions. The first method is an object detection method. This method takes advantage of semisupervised annotations created by optical flow and background subtraction. These annotations are used to train the network to generate a saliency map that will serve two purposes. First, an attention process is used to focus the network on the areas of interest on the feature maps. Second, a binarization of the saliency map is performed to obtain a segmentation of the objects of interest in the image. This method is implemented in the CenterNet detector [1]. Due to the attention map that illuminates areas of interest in the image, we name our method SpotNet [2]. The second method presented proposes an architecture for video object detection by merging feature maps of temporally close frames. In order to merge the feature maps, we introduce a module composed of channel concatenation, 1×1 convolutions followed by channel reordering. This architecture as well as the fusion module are generic enough to be integrated into several detectors. Due to its speed and good performance, we use RetinaNet [3] as our base detector, and for this reason we name this method RN-VID [4]. Third, we present an extension as well as a combination of the two previous works. In this work, named FFAVOD, we implement the architecture of RN-VID in two modern detectors, CenterNet and SpotNet. We show that we can improve the results with multiple different base detectors. In addition, we improve the attention module of SpotNet and therefore improve the performance of the base SpotNet. Combining enhanced SpotNet with FFAVOD fusion module achieves state of the art on two road traffic datasets. Additionally, we compare the fusion module with different fusion strategies and demonstrate its usefulness.


identifier: Chalangar, H. (2021). Methods for FPGA-based real-time simulation of fast transients in power electronics systems and fault locating applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation en temps réel avec matériel dans la boucle est une méthode utilisée pour évaluer et vérifier les performances des systèmes de contrôle ou de protection des réseaux électriques durant les phases initiales de leur conception. Ce type de tests sont préférés aux tests de laboratoire conventionnels principalement pour les raisons suivantes: premièrement, le système ciblé peut être testé avant la fabrication des dispositifs ; deuxièmement, l'ensemble de l'installation, à l'exception du matériel testé, est simulée numériquement au même rythme que l'installation physique réelle. Les tests avec matériel dans la boucle permettent de réduire les coûts, augmentent la couverture de test et permettent de tester sans risque l'équipement dans des conditions extrêmes du réseau. Les tests avec matériel dans la boucle impliquent une plate-forme matérielle de traitement qui est responsable de la résolution des équations discrétisées dans le domaine temporel qui, en cas de transitoires rapides, doit exécuter la simulation avec un pas de temps inférieur à la microseconde. Pour atteindre ces petits pas de temps, les FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) sont la plate-forme matérielle de traitement de choix, principalement en raison de son parallélisme élevé, de sa puissance de calcul et des entrées/sorties à faible latence qu'elle offre. Mais de nombreux défis se posent dans cette pratique que cette thèse tente de clairement identifier, caractériser et de régler. Le premier thème traité par cette thèse est celui des convertisseurs à commutation rapide. Les progrès de la technologie des semi-conducteurs permettent d'augmenter l'efficacité et la densité de puissance des convertisseurs électroniques de puissance modernes en les faisant fonctionner à haute fréquence de commutation, c'est-à-dire jusqu'à plusieurs centaines de kHz. Cette tendance, cependant, pose certains défis à la simulation en temps réel basée sur FPGA, principalement attribués aux ressources mémoire limitées de ces dispositifs et à la nécessité d'effectuer des calculs coûteux dans un très petit pas de temps. Ce défi est d'autant plus critique lorsque le réseau simulé comporte plusieurs convertisseurs de puissance. Cette thèse propose une nouvelle méthode de simulation des convertisseurs de puissance qui permet de simuler des cas de commutation rapide avec une grande précision et un petit pas de calcul. La méthode proposée construit une sorte de cartographie reliant les variables d'état du réseau et les combinaisons de commutateurs, de sorte à produire une solution non itérative exacte aux équations du réseau.  ABSTRACT: Real-time simulation (RTS) and hardware-in-the-loop (HIL) testing are employed to evaluate and verify the performance of control and protection systems at the early stage of their design. The HIL testing is preferred over conventional laboratory tests mainly for the following reasons: first, the targeted system can be tested before the actual plant is built; second, the whole plant except for the hardware under test is digitally simulated at the same rate as the actual physical plant. Moreover, HIL test lowers costs, increases test coverage, and provides availability to test under extreme conditions of network in a de-risked environment. The HIL testing involves a hardware processing platform which is responsible for solving the discretized equations in the time domain and, in the presence of fast transients, it should run the simulation with a sub-microsecond time-step. To achieve such small time-steps, FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) are the hardware processing platform of choice, primarily due to their high parallelism, computing power, and low latency I/Os. However, many challenges arise in this practice and this thesis attempts to clearly identify, characterize, and address them. The first subject dealt with in this thesis is the real-time simulation of fast switching converters. Advances in semiconductor technology allow the increase of the efficiency and power density of modern power electronic converters by enabling them to operate at high switching frequencies, i.e., up to several hundred kHz. This trend, however, poses some challenges to FPGA-based realtime simulation, primarily attributed to the limited memory resources of these devices and the need to perform heavy calculations in a very small time-step. This challenge becomes more convoluted when network under simulation includes multiple power converters, e.g., onboard power system. This thesis proposes a new method of simulating power converters which enables accurate simulation of high switching frequency converters with small time-step. The proposed method proceeds by building a map between network state variables and switch status providing an exact non-iterative solution to network equations. For networks including multiple power converters, the proposed method is combined with network partitioning techniques to increase its scalability.


identifier: Mirfakhraei, S. S. (2021). A Wide Dynamic Range Programmable Isolation Voltage Amplifier Based on a Hall Effect Sensor  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis quelques années, la demande industrielle de circuit d'interface s'est spécialisée vers des architectures capables de tolérer des hautes tensions en mode commun. Les activités de recherche se sont alors orientées vers la conception d'amplificateurs d'isolation aptes à maintenir des caractéristiques performantes en présence de bruit mode commun. En dépit des récentes avancées dans le domaine, ces architectures complexes demeurent encombrantes, consomment beaucoup de puissance et de ce fait ne sont pas adaptées aux circuits d'interface multi-canaux. Cette thèse présente pour la première fois un amplificateur d'isolation dont le principe de base repose sur un couplage par champ magnétique utilisant un capteur à effet Hall. Cette approche a permis de concevoir un amplificateur d'isolation compact et entièrement intégré, qui permet une architecture multi-canaux qui n'utilise que deux puces. L'amplificateur permet une isolation de 0.6 kV (Viso), un taux de rejet en mode isolation de 120 dB pour les fréquences inférieures à 100 Hz et un rapport signal-bruit (SNR) de 86 dB mesuré avec un bande passante de 1 Hz. En comparaison avec les circuits existants, cette approche facilite la mise en boîtier, s'avère plus compacte en surface de silicium et consomme beaucoup moins. Tous les composants des circuits de tansmission et de réception sont intégrés dans une technologie CMOS 0.35 m. De plus, l'ampli présente une erreur de non-linéarité de seulement 0.6 % provenant de la linéarité du capteur à effet Hall pour de faibles champs magnétiques. L'amplificateur permet de mesurer une tension différentielle ou un courant en y ajoutant une résistance shunt. Le système d'isolation consiste en un pilote rail-rail et un modulateur hachoir pour le côté hautetension (HV) de la puce. Le pilote possède un gain ajustable de façon à mesurer soit une tension ou soit un courant via une résistance shunt. Sur le côté basse tension de la puce (LV), on retrouve une bobine spirale intégrée, un capteur à effet Hall cruciforme optimisé, des références de tension et de courant, un amplificateur bas bruit (LNA), le démodulateur hachoir et un filtre anti-alias. Il possède également un amplificateur à gain programmable (PGA) afin d'adapter la sortie de l'amplificateur à un convertisseur analogique à numérique (ADC) ayant différentes gammes de tension à l'entrée. Conséquemment à la méthode de modulation hachoir employée, le système requiert un circuit de recouvrement d'horloge.  ABSTRACT: In response to the industrial need for a reliable, long life, and compact readout circuit capable of tolerating high common-mode voltages, many researchers and corporations have focused on adapting the isolation amplifiers (IA) to maintain robust performance in presence of common-mode noise. Despite all advances, yet they all suffer from being bulky, power-intensive, and complicated designs which makes them non applicable for multi-channel readout circuits. In this thesis, we introduce the first reported isolation voltage amplifier based on magnetic sensors in which data isolation is achieved through the Hall-effect. Using this approach, we demonstrate a miniaturized and fully integrated IA capable of having multi-channel isolated readout circuits using only two dice. The fully integrated approach satisfies 0.6 kV of isolation working voltage (Viso) and 120 dB of isolation mode rejection (IMR) for frequencies lower than 100 Hz, while achieving signal to noise ratio (SNR) of 86 dB in 1 Hz bandwidth. In comparison with similar products, the approach has minimal packaging complexity, consumes less dice area, and significantly reduces power consumption, which makes it suitable for multi-channel readout circuits and dense integration. Also, it has a good nonlinearity error of 0.6 % as a result of the linearity of Hall-effect sensors at low magnetic fields. This is the first demonstration of an approach compatible with multi-channel isolated sensing which stems from the small footprint of miniaturized transmit and receive (Tx/Rx) components as well as reduced power consumption. Finally, the design is capable of both shunt-based current sensing and differential voltage monitoring. The implemented data transmission system consists of a rail-to-rail driver and chopper modulator for the high voltage (HV) side dice. The driver has an adjustable gain to make the design suitable for voltage and current sensing applications. Also, for the low voltage (LV) side's dice, an integrated spiral coil, optimized cross-shaped Hall-effect sensor, voltage/current references, a low noise amplifier (LNA), chopper demodulator, and anti-aliasing filter (AAF) are fabricated. The LV dice is equipped with a programmable gain amplifier (PGA) for versatile interfacing with an analog to digital converter (ADC) with different input ranges. As a result of employed chopper modulator, a fully integrated approaches based on on-off keying (OOK) modulation was fabricated and tested to serve the clock-recovery of the design.


identifier: Neishabouri, A. (2021). Techniques to Infer the Number of Latent Dimensions  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Trouver le nombre de variables latentes/cachées, ou le nombre de facteurs/dimensions latentes est un problème omniprésent dans de nombreux domaines. Le seul fait de pouvoir référer à ce concept avec une telle variété de vocabulaire dénote de son importance à travers les disciplines. De manière générale, nous référons aux dimensions latentes comme des facteurs qui peuvent expliquer la structure des données mais qui ne sont jamais directement observables. Le principe fondamental qui sous-tend l'estimation du nombre de dimensions latentes (DL, ou LD dans le texte anglais) est qu'on peut transformer un ensemble de données en une représentation plus compacte autour d'un nombre réduit de dimensions en minimisant la perte d'information. On présume que la représentation des données sous dimensions réduites contient moins de bruits et permet d'entraîner des modèles qui sont plus parcimonieux et souvent plus précis dans leurs prédictions. Le principe est fréquemment appliqué à domaines très variés tels la recherche d'information, la psychométrie et la psychologie, la modélisation des thématiques de textes, l'agglomération non supervisée, et les systèmes de recommandations pour ne nommer que ceux-ci. Les techniques de factorisation matricielle sont de bons exemples où nous devons déterminer le nombre de dimensions latentes avant la phase d'apprentissage. Des modèles non linéaires tels que LDA et les réseaux de neurones sont également confrontés au problème de l'indication du nombre de sujets et de noeuds à inclure dans le modèle avant d'exécuter une analyse sur un ensemble de données, un problème qui revient à trouver le nombre de facteurs latents qui est ensuite utilisé pour diverses tâches de prédictions ou de modélisation. Il est intéressant de noter que chaque domaine a ses propres méthodes de choix pour résoudre ce problème et peu d'études empruntent des méthodes d'autres domaines. Nous étudions l'efficacité de méthodes pour induire le nombre de DL provenant du domaine des statistiques, de la psychométrie et de l'apprentissage automatique. La performance de chaque méthode est analysée en fonction des caractéristiques des ensembles de données. Les résultats avec des données synthétiques et réelles révèlent non seulement de grandes différences en fonction de ces caractéristiques, mais en outre il n'existe pas de méthode universelle qui fonctionne le mieux dans toutes les conditions de données. Cette information est mise à profit afin (1) d'élaborer une approche qui fournit une estimation plus précise du nombre de DL et (2) un indicateur de la fiabilité de l'estimation obtenue.  ABSTRACT: Finding the right number of latent variables/hidden variables, or latent factors/dimensions, is a ubiquitous problem. The various vocabulary that is used in many fields of study and refers to the concept of latent dimensions (LD), or to subtle nuances of this concept, is a clue to how widespread and important it is. LD relates to factors that cannot be observed directly but can only be inferred from the observed variables. The fundamental aim behind the estimation of the number of LD in a data set is that the data can be transformed to the lower-dimensional representation with a minimal loss of information. The lower-dimensional data is assumed to contain less noise and allows to build models that can significantly improve their prediction. Such models can cover many tasks such as information retrieval, psychology and psychometrics, topic modeling, clustering, and recommender systems, among others. Matrix factorization techniques are good examples where we need to determine the number of latent dimensions prior to the learning phase. Non-linear models such as LDA and neural networks also face the issue of stating the number of topics and nodes to include in the model before running an analysis over a data set, a problem that is akin to finding the number of latent factors which is then used for various predictions or modeling tasks. Interestingly, each application domain has its own methods of choice to solve this problem and few studies borrow methods from outside their fields. We investigate the effectiveness of popular methods to induce the number of LD from the fields of factor analysis, psychometrics, and machine learning. The performance of each method is analyzed over datasets with different characteristics. Our experimental results over synthetic and real datasets reveals that data characteristics have a crucial effect on the methods performance and that there is no universal method that performs best in all data conditions. We leverage these information to (1) obtain a more accurate overall estimate and (2) as an indicator of the reliability of the LD estimate. For the first task, we propose an ensemble method approach to combine the results from multiple methods and obtain an estimate of LD. Results show the approach performs better than any single method. On the second task, we show that the variance across the method's estimates is a good indicator of the correctness of the obtained LD from the ensemble approach. We also investigate estimating the number of topics for topics modeling using multiple methods.