identifier: Hudon, S. (2016). Étude comparative d'une opération d'enrobage à sec et de granulation à sec par compacteur à rouleaux en vue d'une application de granulation à sec miniature à opération continue  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les opérations de granulation dans l'industrie pharmaceutique permettent d'améliorer les propriétés d'écoulement des poudres, d'assurer l'homogénéité d'un mélange, de prévenir la ségrégation des espèces avant la compression en comprimés et/ou d'assurer un bon comportement en compression. L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire de maîtrise est d'identifier ou de concevoir une opération unitaire destinée à une application dans le milieu pharmaceutique permettant de remplacer les opérations de granulation à sec, qui regroupent la compaction d'une poudre pharmaceutique en un ruban, la comminution de ce ruban en granules et le tamisage des granules. Ces opérations sont regroupées dans un compacteur à rouleaux. Plusieurs inconvénients ont été identifiés par rapport à l'opération des compacteurs à rouleaux. Entre autres, la perte importante des propriétés de compression des excipients et génération de particules fines entrainant des problèmes de ségrégation. La technologie visée doit permettre d'obtenir des performances égales ou supérieures aux performances du procédé actuel. De plus, l'espace occupé par l'équipement doit être restreint et ce dernier doit pouvoir être utilisé dans un procédé globalement continu. Le mécanisme d'enrobage à sec a été identifié pour cette application. Les technologies qui utilisent ce principe fonctionnent généralement comme des mélangeurs à haute intensité. Elles permettent de produire des unités ordonnées où des particules fines (invitées) se retrouvent dispersées sur la surface de particules plus grosses (particules hôtes). De plus, la grande quantité d'énergie mécanique transmise à la poudre sous forme de friction et de cisaillement permet de modifier la forme et la surface sans toutefois diminuer considérablement la taille des particules. Des essais sur des technologies représentatives des équipements d'enrobage à sec ont été organisés afin de comparer les performances de l'enrobage à sec et du compacteur à rouleaux et de démontrer que les mécanismes suivants se produisent pendant l'opération, tel que mentionné par les fournisseurs d'équipements : modification de la forme et de la surface des particules, dispersion des particules fines et cohésives et distribution des fines à la surface des particules plus grosses. Les essais ont été organisés en utilisant une formulation témoinv placebo représentative des formulations qui sont granulées par compacteur à rouleaux. L'une des technologies, le Nobilta, a été testée intensivement. Plusieurs techniques de caractérisation ont été utilisées afin de comparer les performances des échantillons générés par les technologies d'enrobage à sec entre elles et avec celles d'échantillons générés par un compacteur à rouleaux. Les résultats démontrent que le Nobilta a des performances équivalentes ou supérieures aux performances du compacteur à rouleaux. Notamment, la compressibilité des mélanges de poudre est nettement plus grande pour les échantillons fabriqués par le Nobilta que par le compacteur à rouleaux. Ces résultats montrent que le Nobilta et d'autres technologies d'enrobage à sec pourraient être utilisées dans l'industrie pharmaceutique pour remplacer les compacteurs à rouleaux. Le Nobilta comporte des avantages certains, surtout pour des formulations qui posent des difficultés lors de la compression. Il serait aussi possible d'utiliser le Nobilta dans un procédé continu. Cependant, une étude plus poussée sur l'impact de l'opération du Nobilta sur le profil de dissolution des actifs pharmaceutiques est nécessaire. De plus, une meilleure compréhension du mécanisme d'enrobage à sec et de la distribution des collisions entre particules dans le Nobilta permettrait d'en optimiser l'opération. En somme, ces connaissances supplémentaires permettraient de cibler et de dimensionner des techniques d'instrumentation et de contrôle de procédé. Finalement, d'autres applications possibles ont été identifiées au courant de ces travaux de recherche, comme la réduction des propriétés de collage et la transition vers un procédé de compression directe pour certaines formulations qui doivent présentement être fabriquées par granulation.  ABSTRACT: Granulation operations are commonly used in the pharmaceutical industry to enhance the flow properties of powders, ensure blend homogeneity, prevent downstream segregation and allow a proper compression behavior. The main objective of the work presented in this master degree thesis is to identify or design a unit operation that would substitute the dry granulation equipments. Dry granulation regroups an agglomeration step where powder are compressed in a ribbon, a comminution step where the ribbon is granulated and a sieving step to fix the maximum size of the granules. These operations are regrouped in a unit called roller compaction dry granulation. Many hurdles were identified concerning the operation of roller compaction. For instance, the generation of fines particles could lead to segregation and the pre-compaction of the powder causes an important loss in compressibility at the tablet press. The technology targeted by this study needs to have equivalent or better performances than the roller compaction dry granulation. It must be small in terms of footprint and it needs to be interfaced with a globally continuous process. The mecanism of dry coating was identified for this application. Technologies based on dry coating generally work has high intensity mixers that allow fines and cohesive particles (guests) to be dispersed on the surface of carrier particles (hosts). Moreover, the high level of mechanical energy transmitted to the powder bed by shear and friction allows an improvement of the shape and surface of the particles, without causing to much attrition, preventing a reduction of the particle size. Trials on representative technologies were carried out during this work in order to compare the dry coating and roller compaction performances and to demonstrate that the following mechanisms occur in the dry coating equipment, as claimed by the vendor: surface and shape enhancement, dispersion of fines and composing of fine particles at the surface of host particles. The trials were done using a placebo formulation representative of formulations currently processed by roller compaction. One of the technology, the Nobilta, was extensively tested. vii Several characterization techniques were used to assess the performances of the Nobilta in comparison with the other dry coating technologies tested and with the performances of powders produced by roller compaction dry granulation. The results show that the Nobilta has equivalent or superior performances than the roller compaction dry granulation. The compressibility of the powders blend was particularly higher for the blends produced by the Nobilta. The results are encouraging and show a real potential for applications of dry coating in the pharmaceutical industry. The Nobilta could be used with formulations that have compressibility issues and in continuous process. However, a study of the impact of the Nobilta operation on the dissolution profile of active ingredients is required. Also, a better understanding of the dry coating mechanism and the distribution of the particle-particle collisions in the Nobilta would allow an optimization of the operating parameters. Finally, it will be necessary to identify proper instrumentation to monitor the process and to develop process control strategies. Finally, other potential applications were highlighted during this research work, such as the reduction of sticking propensity at the tablet press and enabling the direct compression of formulations that need to be granulated at the moment.


identifier: Martin, A. (2016). La collaboration dans le secteur spatial canadien - une approche exploratoire combinant bibliométrie et sondages  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette ère de l'économie du savoir, l'innovation technologique est un important moteur de croissance et les facteurs de compétitivité et de productivité qui y sont reliés sont d'autant plus dépendants des capacités à innover. Les acteurs des systèmes d'innovation repoussent sans cesse les limites de l'état de l'art, et les avancées techniques et technologiques se basent sur la création de connaissances, mais aussi sur leur diffusion et transfert. Les sciences et les technologies coexistent et se nourrissent l'une de l'autre pour augmenter et accélérer les processus d'innovation. Cette interface entre la science et la technologie s'apparente souvent à cette délimitation que l'on observe entre les universités et les entreprises privées. Depuis plusieurs décennies, la collaboration université-industrie a démontré un impact certain sur l'émergence de nouvelles technologies radicales, sur la création de projets, et sur l'apport de solution à des problèmes techniques de l'industrie, pour ne nommer que quelques exemples (Cohen et al., 2002; Kaufmann et Todtling, 2001). Stimuler l'innovation par le biais de collaborations interorganisationnelles est un concept mis de l'avant par plusieurs, dont le Programme d'innovation du Canada par le gouvernement canadien (2016) qui exprime la nécessité des échanges entre les secteurs universitaire et industriel pour soutenir et stimuler les activités innovantes. Une des recommandations du rapport Emerson sur l'Examen du secteur aérospatial (2012) abonde dans le même sens avec sa recommandation de faciliter la communication et la collaboration entre les entreprises, les chercheurs et les établissements d'enseignement supérieur. Dans le cadre de projets spatiaux, la collaboration du gouvernement est aussi importante puisque ce secteur est grandement contrôlé par celui-ci (Szajnfarber et Weigel, 2010) sans compter qu'il détient certes une expertise considérable. Ce contrôle gouvernemental s'explique entre autres par le fait qu'il est le principal acteur en matière de financement de projets spatiaux, en plus d'être dans bien des cas le principal client. Finalement, les politiques nationales et internationales impliquent le gouvernement canadien comme interface de premier plan. Les collaborations interorganisationnelles sont donc bien souvent définies comme un objectif en soi dans le cadre de programmes gouvernementaux voire un prérequis pour la durabilité de ces programmes. Il n'est donc pas étonnant de constater l'accent mis sur les collaborations entre les universités, les entreprises privées et le gouvernement dans les documents du Gouvernement du Canada (par exemple dans le cadre de la politique spatiale du Canada, et du rapport sur les plans et les priorités de l'Agence spatiale canadienne (ASC)). Il demeure toutefois difficile de mesurer l'état des pratiques collaboratives considérant les extrants multiples et les limites d'accès à certaines données. Le but principal de cette étude est d'explorer les tendances de collaboration dans le secteur spatial au Canada à l'aide de données accessibles publiquement, soit les publications scientifiques et un sondage distribué aux acteurs canadiens du secteur privé et des universités. Trois disciplines ont été utilisées à titre d'études de cas afin d'explorer l'utilisation de la méthodologie proposée pour analyser les activités de collaborations dans trois disciplines d'intérêt pour le Canada, soit l'observation de la Terre avec Radarsat, la médecine et les sciences de la vie ainsi que la robotique spatiale. Les indicateurs mesurés ayant trait à la productivité, à la structure des réseaux, au positionnement des auteurs ainsi qu'aux habitudes de collaborations ont permis de tracer un portrait des collaborations et de quantifier et qualifier les liens qui unissent les diverses parties prenantes. Bien que les variables utilisées n'adressent qu'une portion des collaborations potentielles, cette étude exploratoire démontre la pertinence de l'utilisation d'une méthodologie permettant de faire ressortir des faits saillants qui caractérisent les activités de recherche et d'innovation en spatial au Canada. Les résultats obtenus présentent les caractéristiques et la structure des réseaux en recherche et innovation spatiale au Canada en soulignant les différences et similitudes des études de cas choisies.  ABSTRACT: Technological innovation, in concert with the underlying factors affecting competitiveness and productivity, is a driver for socio-economic growth in the present knowledge economy. The actors in the innovation systems are constantly pushing the state-of-the art through technical and technological advances based on the creation, diffusion and transfer of knowledge. In this context, science and technology coexist and nourish each other to accelerate innovation. This interface between science and technology is often associated with the delimitation between universities and private companies. Over the past decades, university-industry collaborations have demonstrated numerous benefits on technological breakthroughs, new projects and provision of technological solutions to solve industrial problems, to name a few (Cohen et al., 2002; Kaufmann and Todtling, 2001). Inter-organization collaboration has been identified by many scholars and decision makers as a key driver for innovation. As an example the Government of Canada's Innovation Agenda (2016) highlights the necessity of university-industry collaboration to foster innovation. Also, one of Emerson's report recommendations in the Aerospace Review Report (2012) is to facilitate communication and collaboration between private companies, researchers and universities. As for the space sector, collaboration with government organization is also important considering its oversight and control (Szajnfarber and Weigel, 2010) as well as its recognized expertise. This control is generally explained by its primary role in funding space projects in a monopsony market where it is the main client in a majority of disciplines. National and international policies and politics also position the government at the forefront of space activities. Inter-organizational collaboration is also often identified as an important objective in many government programs, even a prerequisite for public programs' sustainability. It is therefore not surprising to notice this emphasis on university-industry partnerships in many Government of Canada's publications (ex. Canada Space Policy Framework, Canadians Space Agency (CSA) reports on plans and priorities). One challenge remains in the assessment of collaborative practices considering the variety of outputs and availability of data. The main goal of this study is to explore the collaboration trends in the Canadian space sector using publicly available data, such as scientific publications, and a survey distributed to Canadian actors from universities and private companies. Three disciplines have been chosen as case studies to explore the use of the proposed methodology for the assessment and analysis of collaborative activities in three disciplines of interest for Canada: Earth observation with Radarsat, space medicine and life sciences, as well as space robotics. Indicators related to productivity, network structure, actors' position in the networks and collaboration habits have been used to depict collaborative trends as well as to quantify and qualify linkages amongst the various actors. Even though the measures used only partially address the extent of potential collaboration, this exploratory study achieved to highlight the usefulness of such a methodology to characterize collaborative activities in space research and innovation in Canada. The results present specific aspects of network structures and outline interesting differences and similarities amongst the chosen case studies.


identifier: Tanabene, R. (2016). Développement d'une approche biologique de dénitrification des effluents des mines d'or à l'échelle de laboratoire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion responsable des effluents cyanurés constitue un défi majeur pour les mines d'or en raison, entre autres, de la pollution azotée qu'ils peuvent contenir et nécessitant un traitement efficace. Les thiocyanates (SCN-) sont parmi ces composés azotés majeurs, en plus de l'azote ammoniacal (N-NH3), les nitrites (NO2-) et les nitrates (NO3-). Les SCN- sont formés lors de l'extraction de l'or et de l'argent par les cyanures dans des gisements contenant le soufre, via la cyanuration [utilisation des cyanures (CN-) pour la séparation de l'or et de l'argent, à pH alcalin]. La pollution azotée (SCN-, N-NH3, NO2- et NO3-), ensemble avec les CN- résiduels présentent aussi un grand enjeu environnemental à cause la toxicité aquatique engendrée. De plus, l'utilisation des explosifs (ANFO : Ammonia Nitrogen Fuel Oil), lors des étapes d'extraction des minerais, présente une autre origine majeure de la pollution azotée dans les effluents miniers, entre autres les effluents des mines d'or. Les explosifs entrainent surtout du N-NH3 et des NO3- dans l'eau. Le N-NH3 est toxique pour les écosystèmes aquatiques. De plus, il peut former les NO3- en consommant l'oxygène dissout ce qui peut causer, à long terme, l'eutrophisation des eaux. La mine LaRonde, propriété d'Agnico Eagle Ltée, utilise un procédé chimique dans une usine de traitement de l'eau (UTE), pour traiter les CN-. Toutefois, ce traitement est peu efficace pour les SCN- et génère du N-NH3 résiduel qui doit être ensuite traité. Une étape subséquente de traitement biologique, dans une usine de traitement finale de l'eau (UTFE), permet de dégrader les CN- résiduels, le N-NH3 et les SCN- en les oxydant en NO3-, carbonates (CO32-) et sulfates (SO42-). L'effluent final respecte les normes de qualité physico-chimique et de toxicologie aquatique. Enfin, la dénitrification biologique de l'effluent final produit par UTE/UTFE semble être une alternative durable respectueuse de l'environnement. Elle pourrait permettre d'enlever le NO3- en le transformant en diazote gazeux (N2), gaz inerte et non toxique  ABSTRACT: The management of cyanide contaminated effluents is a challenge for the gold mines due to the presence of nitrogen pollution they may contain which requires efficient treatment. Thiocyanate (SCN-) are among these major nitrogen compounds, in addition to ammonia nitrogen (NH3-N), nitrites (NO2-), and nitrates (NO3-). The SCN- are formed during the extraction of gold and silver by cyanides in deposits containing sulfur via cyanidation [use of cyanide (CN-) in gold and silver separation, at alkaline pH]. The nitrogen pollution (SCN-, NH3-N, NO2- et NO3-), together with residual CN- are an important environmental issue because of the aquatic toxicity they can cause. In addition, the use of explosives (ANFO : Ammonia Nitrate Fuel Oil) during the mineral extraction entails another major source of nitrogen pollution in mine effluents, including gold mine effluents, leading to NH3-N and NO3- in water. NH3-N is toxic to aquatic life. Moreover, it can form NO3- by consuming dissolved oxygen and cause further eutrophication of natural streams. LaRonde mine, property of Agnico Eagle Mines Ltd., uses a chemical treatment in a water treatment plant (UTE) to remove the CN-. However, this treatment is ineffective for SCN- and generates residual NH3-N, which has to be treated afterwards. Subsequent biological treatment, in a final water treatment plant (UTFE), allows degradation of residual CN-, NH3-N and SCN- by oxidizing them into NO3-, carbonates (CO32-) and sulfates (SO42-). The final effluent meets the physicochemical and toxicity quality regulations. Finally, biological denitrification of the effluent produced at the outlet of UTE/UTFE can be an environmentally friendly solution to remove the NO3- and transform it into di-nitrogen gas (N2), non-toxic and inert.


identifier: Durand, J. (2016). Suivi en continu de la qualité de l'eau dans les réseaux de distribution: validation en laboratoire et terrain de sonde de mesure en continu multi-paramétriques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le maintien de la qualité de l'eau dans le système de distribution est un défi majeur pour les municipalités. La qualité de l'eau peut facilement être vérifiée à l'aide de capteurs en continu à l'usine de traitement, dans les réservoirs, et à certains endroits sur le réseau au niveau de conduites principales d'aqueduc (chambre de rechloration). Cependant, les facteurs affectant la qualité de l'eau interviennent surtout au niveau des conduites secondaires. Par exemple, les temps de stagnation élevés, les faibles vitesses d'écoulement, la contamination externe et les événements de basse pression peuvent détériorer la qualité de l'eau dans le réseau secondaire.  ABSTRACT: Maintaining water quality in the distribution system (DS) is a major challenge for utilities. Water quality can easily be monitored using on-line sensors at the water treatment plant, in the reservoirs and water main. However, the deterioration of water quality would mainly occur in secondary lines of the DS. These factors include long stagnation times, low flow rates, external contamination and low pressure events. Installing on-line monitoring on smaller mains is a challenge for typical equipment used by utilities which are typically deployed in buildings. Indeed, relevant sites for water quality monitoring on secondary lines are typically small chamber valves with restricted access, no electricity and no drain.


identifier: Goyer-Desrosiers, P. (2016). Impact du changement de source d'approvisionnement sur la qualité de l'eau dans le réseau de distribution  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Introduction. Les épisodes d'eau rouge sont le résultat de perturbations des dépôts de corrosion suite à des périodes de stagnation, des procédures de rinçage ou des changements de pression et de changements de vitesse dans les systèmes de distribution. Ils représentent une cause fréquente de plaintes des consommateurs. Des épisodes d'eau rouge ont aussi été rapportés suite à des changements de source d'eau potable puisqu'il y a des modifications des caractéristiques de l'eau qui entraînent des instabilités au niveau des dépôts de corrosion. Considérant leur occurrence sporadique et localisée, et les méthodes de suivi ponctuelles pratiquées par les municipalités, de tels épisodes sont difficiles à détecter et à prévenir.  ABSTRACT: Introduction. Red water events can result from the disruption and release of iron scale following flushing procedures or changes in pressure, velocities and stagnation patterns in distribution systems. Red water events are the most frequent reason for consumer complaints. Red water events are also related to water quality changes that lead to instabilities in corrosion deposits. Such episodes are difficult to detect and prevent. Considering the growing concerns over the transport of biofilm and toxic metals accumulated in scales, it is important to understand the causes of these events to improve water quality


identifier: Jolicoeur, O. (2016). Efficacité de réhabilitation sismique de piles de pont rectangulaires par chemisage en BFUP considérant la résistance à l'effort tranchant  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières décennies, de nombreuses lacunes relatives au dimensionnement sismique des piles de pont en béton armé construites avant les années 1980 ont été mises en évidence par l'occurrence d'importants tremblements de terre ainsi que par le progrès des connaissances techniques liées à la conception parasismique. À l'époque, les piles de pont étaient généralement conçues selon une philosophie de dimensionnement élastique tout en sous-estimant considérablement les efforts sismiques. Cette philosophie de dimensionnement faisait en sorte qu'aucune disposition particulière n'était prise pour assurer le développement des rotules plastiques.  ABSTRACT: Over the last few decades, important earthquakes have brought to light several structural weaknesses regarding seismic design of reinforced concrete bridge columns built before 1980s. At the time, bridge columns were commonly designed using Elastic Design Theory while underestimating seismic forces. This design philosophy led to the lack of consideration to allow the development of plastic hinges at the column's most critical sections. On older bridge columns, it is not unusual that longitudinal rebar are lapped in the plastic hinge region and that the splice length is too short, that the spacing and the size of transverse rebar are insufficient to ensure adequate confinement of the concrete core and to avoid the buckling of longitudinal rebar, that transverse rebar have no seismic hooks, etc.


identifier: Malandra, F. (2016). A Framework for the Performance Analysis and Simulation of RF-Mesh Advanced Metering Infrastructures for Smart Grid Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'Infrastructure de Mesurage Avancée (IMA), conçue à l'origine pour lire à distance des compteurs intelligents, est actuellement considérée comme une composante essentielle dans le domaine des Smart Grid. Le but principal des IMAs est de connecter le grand nombre de compteurs intelligents installés chez les clients au le centre de contrôle de données de l'entreprise d'électricité et viceversa. Cette communication bidirectionnelle est une caractéristique recherchée par un grand nombre d'applications, qui visent à utiliser ces infrastructures comme support à la transmission de leurs données dans le réseau électrique, comme par exemple la gestion de la charge et la demande-réponse. Un grand nombre de technologies et de protocoles de communication sont actuellement utilisés dans les IMAs : parmi les solutions disponibles, le RF-Mesh est une des plus populaires, surtout grâce au bas coût pour l'installation et les équipements. Toutefois, le débit nominal des communications RF-Mesh est très bas, de l'ordre des dizaines de kbps, et la littérature qui traite leur performance est très limitée. Ceci pourrait en limiter l'utilisation pour des applications autres que la lecture à distance des compteurs intelligents. Ce travail de thèse vise à développer un système de modèles et outils pour évaluer la performance des réseaux RF-Mesh et encourager leur utilisation pour un grand nombre d'applications dans le domaine des Smart Grid. Le système d'évaluation de performance proposé est constitué (i) de modèles analytiques, pour calculer la probabilité de collision entre les paquets transmis, (ii) d'un simulateur de réseau, pour recréer le fonctionnement des réseaux RF-Mesh dans un environnement virtuel, (iii) d'un générateur de topologie, pour créer des cas réalistes en se basant sur des données géographiques et (iv) des méthodes pour l'analyse de la performance. Trois différents modèles analytiques ont été implémentés. Dans les deux premiers, une nouvelle formule analytique a été utilisée pour calculer la probabilité de collision entre paquets. La probabilité de collision est ensuite utilisée pour estimer le délai moyen de/vers chaque compteur intelligent dans l'IMA analysée. Par la suite, des indices de performance, basés sur le délai moyen, sont utilisés pour faire des analyses de performance : études de faisabilité pour les applications de Smart Grid, l'identification de noeuds critiques et d'éventuels goulots d'étranglement. Dans le troisième modèle analytique, la théorie de Markov-Modulated System est utilisée pour prendre en considération d'importants détails d'implémentation, comme la probabilité de retransmission et la taille des mémoires tampons des noeuds, qui n'avaient pas été inclus dans la modélisations précédente.  ABSTRACT: Advanced Metering Infrastructure (AMI), originally conceived to replace the old Automated Meter Reading (AMR) infrastructures, have now become a key element in the Smart Grid context and might be used for applications other than remote meter reading. The main driver to their widespread installation is that they provide power utilities with a bidirectional connectivity with the smart meters. A wide variety of communication networks are currently proposed to support the implementation of AMIs, and, among them, the RF-Mesh technology seems to be very popular. The main reasons for its adoption are the proprietary infrastructure and the modest cost for the installation and the equipment. However, RF-Mesh systems are characterized by poor achievable data-rates in the order of 10 kbps, and their performance is not well studied in the literature. The lack of tools and methods for the performance evaluation might be a roadblock to their widespread adoption. This thesis aims at filling this gap and increase the knowledge of large-scale RF-Mesh systems to foster their use for a wide variety of applications. We propose a comprehensive framework for the performance evaluation of large-scale AMIs adopting the RF-Mesh technology. The framework includes (i) a geo-based topology generator that uses geographic data to produce realistic AMI cases, (ii) analytic models for the computation of packet collision probability and delay, (iii) a network simulator to recreate the behavior of large-scale RF-Mesh systems, and (iv) methods to evaluate the performance. Three different analytic models are included in the framework. The first two provide a novel analytic formulation of the packet collision probability in a mesh network with timeslotted ALOHA and the Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) protocol : the collision probability is then used to estimate the average delay in the network, and to define and evaluate performance indexes (e.g., critical nodes and survival function). In the third model, a complex Markov-Modulated System (MMS) is used to take into consideration important implementation details, such as the retransmission probability and the buffer size, that were not considered in the two previous models. This model also provides a more accurate computation of the packet collision probability. A Poisson distribution is used to represent the traffic coming from potential Smart Grid applications. The framework also includes an RFMesh network simulator, written in Java and Python. The tool provides additional enhanced features with respect to the analytic models, such as a dynamic routing protocol or different traffic distributions.


identifier: Rahnama, H. (2016). A Portfolio Optimization Model  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

title: A Portfolio Optimization Model

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire étudie le problème d'optimisation de portefeuille moyenne-variance (MV) de Markowitz avec contrainte de cardinalité et bornes sur les variables. C'est un problème NP-Difficile modélisé à l'aide d'un programme MIQP. La performance du portefeuille MV optimal généré est évaluée à l'aide de la méthode exacte Branch-and-Bound (BB) qui fournit une solution optimale globale en comparaison avec les méthodes les plus performantes de la littérature, comme l'écart absolu moyen, la différence moyenne de Gini et la valeur conditionnelle à risque. Ces méthodes alternatives utilisent différentes mesures de risque. De plus, nous avons appliqué pour la première fois une approximation externe (Outer Approximation - OA) au problème MV et nous avons proposé une nouvelle heuristique de branchement afin de faire face à la difficulté de résolution des grandes instances du problème. Ces dernières approches utilisent des techniques de décomposition. La classification des résultats numériques montre que la méthode exacte (BB) est efficace pour les problèmes de petite taille, que la méthode OA surpasse les autres méthodes pour les instances de taille moyenne et que l'heuristique proposée de branchement est efficace pour les instances de taille importante où les méthodes BB et OA ne sont pas applicables. À cause de la complexité de la structure du problème, les méthodes exactes sont incapables de résoudre les problèmes de taille importante dans un temps raisonnable. C'est pourquoi les méthodes heuristiques sont développées pour faire un compromis entre la précision de la solution et le temps de résolution.  ABSTRACT: This thesis investigates the Markowitz' Mean-Variance (MV) portfolio optimization model with cardinality constraint and bounds on variables which is MIQP model and known as an NP-Hard problem. We evaluate the performance of the optimal MV-portfolio generated by Branch-and-Bound (BB) algorithm as an exact method which provides a global optimal solution in comparison with the most effective alternative methods in literature such as Mean Absolute Deviation, Gini Mean Difference and Conditional Value at Risk. These alternative methods make use of different risk measures. In addition, we applied an Outer Approximation (OA) algorithm for the MV problem for the first time as well as proposing a new Heuristic Branching algorithm to deal with the difficulty of the problem for large instances. The later approaches utilize some sort of problem decomposition. With the classification of the numerical results, we showed that the exact method (BB) is efficient for small size problem while for medium size problem the OA outperforms the other methods and the proposed Heuristic Branching algorithm is efficient for large size problems since BB and OA are not applicable in this category. Due to the complexity of the problem structure, exact methods are not capable of solving large size problem in a reasonable time budget. Thus, heuristic methods are developed to trade-off between the precision of the solution and computational time.


identifier: Saleh Mbemba, F. (2016). Évaluation du drainage, de la consolidation et de la dessiccation des résidus miniers fins en présence d'inclusions drainantes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'exploitation minière génère deux principaux types de rejets solides, soient les roches stériles et les résidus miniers. Les stériles sont des matériaux grossiers provenant des travaux d'excavation alors que les résidus miniers proviennent du traitement minéralurgique au moulin. L'industrie minière est souvent confrontée aux problèmes liés à l'entreposage de ces rejets. Les roches stériles sont le plus souvent entreposées dans des haldes à stériles construites en surface. Bien qu'il soit possible de réutiliser les résidus miniers en souterrain comme remblai, la plus grande partie de ces matériaux est typiquement entreposée en surface, dans des parcs à résidus ceinturés de digues de retenue. Les pressions exercées par ces résidus sur les digues sont souvent élevées car les résidus sont produits dans un état lâche et saturé. Ces pressions sur les digues, qui croissent avec l'épaisseur du dépôt de résidus, peuvent affecter sensiblement la stabilité des digues de retenue. Il s'avère important d'entrevoir des moyens pour assurer cette stabilité ; ceci peut se faire en accélérant la consolidation des résidus miniers dans le parc. Diverses techniques permettent d'accélérer la consolidation des matériaux fins, tel les argiles. Parmi celles-ci, on peut citer l'utilisation des drains verticaux sous forme de drains préfabriqués, des colonnes de sable ou de gravier. L'utilisation d'inclusions de roches stériles dans des parcs à résidus est une technique récente, basée sur l'approche des drains verticaux, qui s'avère prometteuse selon les études déjà réalisées. Cette technique implique l'utilisation des roches stériles comme inclusions drainantes pour accélérer la consolidation associée aux surpressions interstitielles générées pendant la déposition des résidus. Les inclusions peuvent aussi servir de moyen de renforcement du parc à résidus. Quelques études ont déjà été menées, dont des travaux de modélisation conceptuelle ainsi que des études du comportement cyclique des résidus miniers. Toutefois, plusieurs autres aspects restent à approfondir pour améliorer l'applicabilité de ce type d'approche face à des matériaux dont les propriétés sont différentes de celles des sols utilisés dans d'autres domaines  ABSTRACT: Mining operations generate two main types of solid wastes, namely, waste rock and tailings. Waste rock is a coarse-grained material produced from mine (excavation) operations, while fine-grained tailings are produced by the milling process. The mining industry faces various challenges related to the storage of these solid wastes. Waste rock is typically stored in surface piles (heaps or dumps) on the mine site. Tailings can be used as underground backfill, but most of these are generally stored on the surface in tailings impoundments surrounded by retaining structures (dikes). The pressures exerted on dikes can be high as the tailings are produced in a loose and saturated state. The increased stresses on dikes due to the increasing thickness of the tailings deposit can significantly affect the stability of the impoundments. It is important to consider ways to ensure this stability; this can be done by accelerating consolidation of tailings in the impoundment. Various existing systems can be used to accelerate consolidation of fine grained materials (such as clays). These include the use of prefabricated vertical drains, sand drains and gravel columns. The use of waste rock inclusions in tailings impoundments is a recent technique, based on the same drainage principle. This approach seems promising according to studies already carried out. The technique involves the use of waste rock as draining inclusions in the impoundment to accelerate consolidation associated with the dissipation of excess pore water pressures generated during tailings deposition. The inclusions can also serve as reinforcement of the impoundment. The studies already conducted in this regard include conceptual numerical modeling and evaluation of the cyclic behavior of tailings. However, several other aspects remain to be investigated for the applicability of this technique which involves materials having properties that are different from those used in other fields.


identifier: Lenfant, G. (2016). Propriétés rhéologiques de suspensions aqueuses de cellulose nanocristalline modifiée ou non  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse porte sur les propriétés rhéologiques de suspensions de nanocristaux de cellulose électrostatiquement et stériquement stabilisées (ECNCs), récemment brevetés à l'Université McGill. Elle est divisée en trois parties distinctes, chacune faisant l'objet d'un article scientifique. Le travail a été conduit de façon à ce que la complexité du système étudié augmente graduellement. Dans un premier temps, l'effet du pH et de la force ionique sur la viscosité intrinsèque des suspensions de ECNCs en régime dilué a été quantifié. Il a été montré que la viscosité intrinsèque était fortement affectée par le premier effet électrovisqueux   du fait de la présence de charges électrostatiques sur les ECNCs. Par exemple, en augmentant le pH de 2.5 à 7,  augmente de 0 à 245 tandis que le potentiel zêta augmente lui (en valeur absolue) de -20 à -60 mV. En augmentant la force ionique du milieu de 0 à 200 mM, la viscosité intrinsèque est diminuée car les ions Na+ écrantent les charges des ECNCs. Par la suite, le travail s'est orienté vers le régime semi-dilué des ECNCs où celles-ci ne sont désormais plus seules dans leur volume d'encombrement. Une comparaison entre des suspensions d'ECNCs et de cellulose nanocristalline (CNC) a été effectuée. Dans le cas des CNCs, la présence de charges ainsi que la morphologie torsadée de leur structure cristalline induit le passage d'un état isotrope vers un état nématique chiral (cholestérique) anisotrope de leurs suspensions en régime semi-dilué. Cette transition de phase est accompagnée d'une augmentation de la viscosité avec la concentration en CNCs jusqu'à la gélification de la suspension. A mesure que la quantité d'ECNCs est accrue en suspension, une hausse de la viscosité est observée jusqu'à la gélification. Cependant aucune transition de phase n'a été observée. Nous avons de plus observé que de fortes répulsions électrostatiques étaient en jeu dans les suspensions de CNCs et ECNCs, et sont fortement affectées par la présence de sels. Pour une force ionique constante de I = 20 mM, il a été montré que le CaCl2 a une plus forte capacité à agglomérer les CNCs et ECNCs par rapport aux NaCl. Cela entraîne la gélification des suspensions de CNCs et ECNCs à des concentrations variant entre 2 et 6 % en masse. Cet effet d'agglomération des CNCs et ECNCs augmente drastiquement les propriétés viscoélastiques de leurs suspensions, tendant vers un comportement solide à mesure que la concentration augmente. Enfin, la troisième partie est axée sur la gélification des suspensions de ECNCs et CNCs en présence d'hydroxyéthyl cellulose (HEC). Ce polymère ayant déjà permis de confirmer la gélification des suspensions de CNCs dans d'autres travaux scientifiques, nous avons tenté de reproduire de tels résultats avec les ECNCs. Par la même occasion, nous avons quantifié l'adsorption du HEC sur les nanoparticules de cellulose par viscosimétrie. Il a été établi que le HEC s'adsorbe en plus grande quantité sur les CNCs en comparaison avec les ECNCs. Du fait de cette adsorption, les CNCs ont une stabilité colloïdale accrue lorsqu'elles sont mises en présence de sel tels que le CaCl2 comme si le HEC agissait telle une coquille protégeant les nanoparticules. Ayant a priori une stabilité supérieure à la présence de sel du fait de leur plus grand taux de charge, les ECNCs ne sont pas autant protégées par le HEC que les CNCs. Ceci est dû au fait que le HEC s'adsorbe sur la partie cristalline des ECNCs tandis que leurs chaînes amorphes restent libres d'interagir avec les sels présents en solution.  ABSTRACT: This work focuses on the rheological properties of suspensions of electrosterically stabilized nanocrystals of cellulose (ECNCs) recently developed at McGill University. The ECNC suspensions were first studied in the dilute regime where the intrinsic viscosity was quantified as a function of both pH and ionic strength. For example, as pH increased from 2.5 to 7, the primary electroviscous effect  would increase from 0 to 245, while the zeta potential increases from -20 to -60 mV (absolute value). Adding 200 mM NaCl decreases the primary electroviscous effect from 245 down to 0. Then ECNCs were studied in the semi-dilute regime to better understand their interactions at higher concentrations and compared with CNC suspensions. We showed that compared to CNC suspensions, ECNC suspensions did not undertake any phase transition as their volume fraction increased in suspensions in the semi-dilute regime. The cholesteric state of CNC suspensions has been widely investigated. Instead, ECNCs just increase the viscosity of suspensions due to an increase of volume fraction until gelation. This behavior was attributed to high repulsive force acting between the ECNC and to the fact that ECNCs may still be attached together. Being more flexible than independent crystals, they do not undertake any phase change. Effects of sodium chloride and calcium chloride on both CNC and ECNC suspensions were investigated too. Salt induced aggregation for both CNCs and ECNCs, but in a different manner. Calcium ions can bind the CNCs and ECNCs and thus have a stronger impact on their rheological properties compared to sodium ions, which only act like a screening agent. In the third part of this work, a polymer was used to make gels of ECNC and CNC suspensions. The main goal was to develop hydrogels at very low contents of polymer and nanoparticles and to study the gelation of CNC and ECNC suspensions without provoking strong agglomeration of nanoparticles. We also quantified the amount of HEC adsorbed onto the cellulose nanocrystals based on a viscometry method. At the same time, we discovered that due to HEC adsorption, CNC had their colloidal stability increased as salt was added, compared to neat suspensions where HEC may act like a shell around the nanoparticle. ECNCs have a much better colloidal stability due to a higher charge content, but it does not seem to be affected by HEC addition. This is due to the fact that, while HEC adsorb onto the crystal part of ECNCs, their amorphous chains are free to interact with salt.


identifier: Fong, D. (2016). Identification des propriétés structurales du chitosane induisant la libération de cytokines pro-régénératrices chez les macrophages humains  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cartilage articulaire possède une faible capacité de réparation intrinsèque car celui-ci est avasculaire. Initiée par un traumatisme ou une inflammation chronique de l'articulation, l'arthrose est une pathologie des articulations caractérisée par une dégradation du cartilage articulaire et de l'os sous-jacent. La stimulation osseuse est la procédure chirurgicale la plus recommandée pour traiter les lésions ostéochondrales. Cette procédure consiste à induire une réponse de guérison spontanée dans l'os sous-chondral afin d'induire le recrutement de MSC dans la lésion ostéochondrale et la génération d'un nouveau tissu cartilagineux. Présentement, il existe un besoin clinique de développer des traitements auxiliaires à la stimulation osseuse qui permettront d'augmenter le recrutement de MSC in situ et leur différenciation dans le nouveau tissu de réparation.  Le chitosane est un polysaccharide composé d'unité de glucosamine et N-acétyl-glucosamine qui a été utilisé précédemment pour améliorer l'attraction des MSC et la réparation du cartilage induite par stimulation osseuse. Une étude de ces mécanismes cellulaires derrière cette meilleure réparation du cartilage a démontré que les macrophages pourraient jouer des rôles vitaux dans la meilleure réparation du tissu. Il est reconnu que les macrophages présents dans le tissu de granulation et la membrane synoviale sécrètent une vaste gamme de molécules solubles qui peuvent promouvoir le succès, ou l'échec de la réparation du cartilage. Par conséquent, les approches thérapeutiques visant à moduler le phénotype des macrophages afin que celles-ci sécrètent des cytokines anti-inflammatoires et anaboliques qui favorisent le recrutement des MSC s'avèrent prometteuses. Pour ces raisons, le chitosane est très intéressant, car celui-ci possède un potentiel immunomodulatoire important sur les cellules de l'immunité innée. Toutefois, ces propriétés immunomodulatrices sur les macrophages demeurent méconnues. Un obstacle majeur est de comprendre quelles sont les propriétés structurales du chitosane qui mènent aux réponses pro- ou anti-inflammatoires chez les macrophages.  Cette thèse de doctorat vise à caractériser les interactions entre les macrophages et le chitosane afin de déterminer comment ce polysaccharide peut être utilisé pour moduler le comportement des macrophages afin d'améliorer la réparation du cartilage et maintenir l'intégrité des articulations. Les objectifs principaux de cette thèse sont de :  1) Déterminer comment le comportement des macrophages peut être modulé par le chitosane afin de stimuler chez ces cellules la libération de facteurs anti-inflammatoire et anabolique capables d'améliorer la réparation du cartilage et protéger son intégrité.  2) Générer une librairie de chitosanes possédant des propriétés structurales distinctes afin d'évaluer l'influence de ces propriétés sur la capacité des macrophages à sécréter des facteurs bénéfiques pour la réparation du cartilage.  3) Identifier les mécanismes cellulaires et les motifs structuraux du chitosane permettant à ce polysaccharide d'induire chez les macrophages des réponses anti-inflammatoires tout en minimisant l'activation de réponses pro-inflammatoire.   Dans le premier article présenté dans cette thèse, nous avons testé l'hypothèse que le chitosane biodégradable (degré de déacetylation (DDA) 80%, poids moléculaire moyen de nombre (Mn) 132 kDa) stimule les macrophages sous différents états de polarisation à sécréter des facteurs anti-inflammatoires et des molécules chimiotactiques pour les MSC. Pour cette étude, des macrophages humains U937 ont été obtenus par différenciation avec du phorbol myristate acétate (PMA) et ont été polarisées en macrophages M1 ou M2a par le biais d'une stimulation IFN-γ/LPS ou IL-4 (en présence ou absence de particules de chitosanes). Nous avons observé que la stimulation au chitosane induit la libération de cytokines bien distinctes en fonction du phénotype macrophagique de départ. Chez les macrophages M0 et M2a, le chitosane a stimulé la libération de chimiokines (CCL2/MCP-1, CXCL10/IP-10 et CCL4/MIP-1β), de cytokines anti-inflammatoires (IL-1ra et IL-10) et d'IL-1β, avec 25 à 400 fois plus d'IL-1ra que d'IL-1β. Chez les macrophages M1, le chitosane a amplifié la libération d'IL-1β sans augmenter la production d'IL-1ra. En utilisant des essais de migration in vitro, nous avons observé que les milieux conditionnés de macrophages M0 et M2a stimulent la migration des MSC tandis que les milieux conditionnés provenant des macrophages M1 sont incapables de le faire.  Ensuite, nous avons testé l'hypothèse que le chitosane acétylé induit la phosphorylation des protéines STAT-1 et STAT-6 afin de conduire à la libération des facteurs CXCL10/IP-10 et IL-1ra. Nous avons observé que le chitosane stimule la libération d'IL-1ra de manière indépendante à la protéine STAT-6 tandis qu'il stimule la libération de CXCL10/IP-10 par le biais de la voie STAT-1. Cette activation, qui est différée, n'est pas observée lors que les macrophages sont stimulés avec un chitosane non biodégradable (98% DDA, Mn 128 kDa). Chez des macrophages primaires humains, l'augmentation de la production d'IL-1β et CXCL10/IP-10 par la stimulation au chitosane (80% DDA, Mn 132 kDa) était uniquement observée lorsque ces cellules étaient préalablement activées avec le PMA. En absence de PMA, la stimulation au chitosane a uniquement stimulé la production d'IL-1ra, suggérant ainsi que le chitosane stimule IL-1ra de manière indépendante à IL-1β. En adressant le premier objectif de cette thèse, nous avons démontré que le chitosane biodégradable n'altère pas la capacité intrinsèque des macrophages à attirer des MSC. Nos travaux ont identifié que le chitosane peut être utilisé pour guider les macrophages dans l'articulation à libérer de manière endogène des chimiokines et les facteurs IL-1ra et IL-10 en excès par rapport au facteur IL-1β.  Dans le deuxième article, nous identifions davantage les mécanismes moléculaires et les motifs structuraux minimaux du chitosane permettant à ce polysaccharide d'augmenter la production simultanée de soit IL-1ra et IP-10, ou bien IL-1β et PGE2. Nous avons généré une libraire unique de 20 chitosanes possédant des DDA (60, 80 et 98%), patron d'acétylation (en bloc et aléatoire) et Mn (1, 3, 5, 10 et > 100 kDa) distincts et nous avons évalué leur capacité à stimuler la libération d'IP-10, IL-1ra, IL-1β et PGE2 chez des macrophages U937. Nous rapportons qu'une gamme spécifique de chitosanes (98% DDA, 3-10 kDa; 80% DDA, acétylation en bloc, 10 et 190 kDa) induis à de faibles doses une réponse IFN de type 1, qui comprend une activation paracrine de STAT-1/STAT-2 par l'IFN-β et qui mène ultimement à la libération simultanée d'IL-1ra et IP-10. À de plus fortes doses, les chitosanes de 98% de DDA dont le Mn est supérieur à 5 kDa ont stimulé l'activation de l'inflammasome. Cette activation a mené à la costimulation d'IL-1β et PGE2 qui est responsable de l'inhibition de la réponse IFN de type 1. Nous démontrons que la capacité de certaines chitosanes à induire la libération de cytokines dépend en autre de leur capacité intrinsèque à briser les lysosomes une fois internalisés dans les macrophages. La nature et l'ampleur des cytokines sécrétées dépend en autre de la sévérité de la rupture lysosomale.  Pour résumer, cette thèse suggère que certains chitosanes peuvent être utilisés pour intensifier la libération endogène des facteurs IL-1ra et IL-10 à partir des macrophages activés, afin de protéger l'articulation des cytokines cataboliques comme l'IL-1β. La librairie de chitosanes générée dans cette thèse contribue à déterminer les motifs structuraux du chitosane menant à la libération de cytokines pro- et anti-inflammatoires par les macrophages et amène de nouvelles connaissances sur les propriétés immunomodulatrices du chitosane. Ces connaissances permettront d'utiliser ce biomatériau polysaccharidique de manière plus efficace et sécuritaire pour la réparation du cartilage articulaire et pour un vaste nombre d'applications biomédicales.  ABSTRACT: Articular cartilage has very limited intrinsic repair abilities due to its avascular nature. Hence, trauma or chronic knee joint inflammation often lead to osteochondral lesions that further degenerate and promote development of osteoarthritis, a pathological condition caracterized by degradation of the articular cartilage and its underlying subchondral bone. To date, marrow-stimulation procedures are the first-line treatment options available for patients with osteochondral lesions. This procedure involves creating a spontaneous wound repair response in the subchondral bone tissue in order to recruit mesenchymal stem cells (MSC) to the lesion site in order to generate a new cartilage tissue. There is a current need for augmented-marrow stimulation procedures which involve the use of biomaterials in order to augment the in situ recruitment of MSC and support proper anatomical differentiation of these cells.  Chitosan is a polysaccharide biomaterial composed of glucosamine and N-acetyl glucosamine monomers that has previously been shown to improve marrow-stimulation elicited MSC attraction and cartilage repair. The mechanisms behind the improved cartilage-repair response are partly elucidated and have suggested macrophages to be principal orchestrators of the improved repair response. It is now recognized that macrophages within the granulation tissue and the synovial membrane secrete a wide spectrum of soluble mediators that influence for better or worse the outcome of the cartilage repair procedures. Hence, strategies that modulate macrophage phenotype in order to guide these cells to release anti-inflammatory cytokines and anabolic factors that promote MSC attraction are promising alternatives for cartilage repair. In this regard, chitosan has attracted great interest because of its immunomodulatory potential in innate immune cells. Yet, its immune modulating properties in macrophages are controversial, as studies have both reported pro- or anti-inflammatory effects of chitosan in macrophages. More importantly, the minimal structural motifs required for chitosan to induce these divergent pro- or anti-inflammatory responses in macrophages remain unidentified.  This thesis aims at caracterizing the interactions between macrophages and chitosan in order to determine how this polysaccharide can be used to modulate macrophage behavior in order to improve cartilage repair and preserve knee joints. The main objective of this thesis are to:  1) Determine how macrophage behavior can be modulated by chitosan stimulation in order to guide the release of anti-inflammatory and anabolic mediators that can improve cartilage repair and maintain knee joint integrity.  2) Generate a library of chitosans with distinct structural properties in order to evaluate the influence of chitosan structural properties on the macrophage ability to secrete factors that are beneficial for cartilage repair.  3) Define the cellular mechanisms that are involved in chitosan-mediated macrophage activation and identify the minimal structural motifs that allows chitosan to drive the release of anti-inflammatory cytokines while minimizing the release of pro-inflammatory factors.   To fulfill the first objective of this thesis, we tested the hypothesis that chitosan (80% degree of deacetylation (DDA), number-average molecular weight (Mn) 132 kDa) stimulates macrophages under different polarization states to release functional MSC chemokines and anti-inflammatory factors. In this study, U937 macrophages were obtained through phorbol-ester differentiation and further polarized to M1 or M2a phenotypes using IFN-γ/LPS or IL-4 stimulation in presence or absence of chitosan microparticles. We found that chitosan stimulation lead to distinct cytokine responses that depended on macrophage polarisation state. In M0 and M2a macrophages, chitosan enhanced the release of chemokines (CCL2/MCP-1, CXCL10/IP-10, CCL4/MIP-1β), anti-inflammatory cytokines (IL-1ra and IL-10), and IL-1β, with a 25- to 400-fold excess release of IL-1ra over IL-1β. In M1 macrophages, chitosan amplified IL-1β release and failed to enhance IL-1ra production. Using MSC chemotaxis assay, we found that conditioned medium from M0 and M2a macrophages, with or without chitosan stimulation, attracted primary human MSCs whereas M1 macrophage conditioned medium failed to stimulate MSC migration.  We then tested the hypothesis that acetylated chitosan induces the release of CXCL10/IP-10 and IL-1ra through the phosphorylation of the proteins STAT-1 and STAT-6 respectively. We found that chitosan stimulates IL-1ra release independently of STAT-6 activation whereas it induced CXCL10/IP-10 through a delayed activation of STAT-1. This delayed STAT-1/IP-10 response was not observed when macrophages were stimulated with non biodegradable chitosan (98% DDA, Mn 128 kDa). In primary human macrophages, chitosan (80% DDA, 132 kDa) stimulated CXCL10/IP-10 and IL-1β release only when cells were primed with PMA. In absence of PMA, chitosan stimulation only increased IL-1ra released, suggesting that IL-1ra induction in primary cells was independent of IL-1β release. These data fulfilled the first objective of this thesis, by allowing us to conlude that biodegradable chitosan particles do not alter the inherent capacity of macrophages to attract MSC. Instead, we concluded that chitosan can be used to guide macrophages to repairing bone marrow stimulation defects, and to induce macrophages to release excess amounts of IL-1ra and IL-10 over IL-1β, and chemokines.  In the second article presented in this thesis, we further identify the molecular mechanisms and minimal chitosan structural motifs required for chitosan that lead to the co-stimulation of either IL-1ra and CXCL10/IP-10, or IL-1β and PGE2. We generated a unique library of 20 chitosans with distinct DDA (60, 80 and 98%), acetylation pattern (block and random) and Mn (1, 3, 5, 10 and > 100 kDa) and evaluated their ability to stimulate CXCL10/IP-10, IL-1ra, IL-1β and PGE2 release in U937 macrophages. We found that a type 1 IFN response was elicited by specific chitosans (98% DDA, 3-10 kDa; block-acetylated 80% DDA, 10 and 190 kDa) at low doses which lead to paracrine IFN-β activity leading to STAT-1/STAT-2 activation and co-release of IL-1ra and CXCL10/IP-10. At higher doses, the 98% DDA chitosans above 5 kDa activated the inflammasome, which lead to co-stimulation of IL-1β and PGE2 release that suppressed the type 1 IFN response. We showed that the ability of distinct chitosans to induce cytokine release depended on their ability to disrupt lysosomes once internalized by macrophages and further showed that the extent of the lysosomal disruption dictated the nature and the magnitude of the cytokine response.  In summary, this thesis identifies that chitosan can be used to intensify the release of endogenous IL-1ra and IL-10 from macrophages in order to protect the joint from inflammatory mediators. The novel chitosan library generated in this thesis contributed to identifying the chitosan structural motifs required for this polysaccharide to elicit pro- and anti-inflammatory cytokines in macrophages and helps bridge an important gap in the litterature concerning chitosan's immune modulating properties. This increased knowledge contributes to a more effective and safer translational use of this polysaccharide in cartilage repair and other biomedical applications.


identifier: Wahbeh, M. (2016). Purity and Tunability of a Highly Stable Hybrid Laser  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les sources laser ayant une structure simple et compacte et à faible coût sont un but ultime pour les industriels. En effet, plusieurs applications, telles que la détection et localisation de la lumière, la météorologie optique et la détection cohérente dans les systèmes de communication, exigent une largeur de ligne étroite ainsi qu'une source laser assez stable. À titre d'exemple, La course incessante vers des capacités de transmission de données de plus en plus importantes dans les systèmes de télécommunications avait comme conséquence le déploiement de la méthode d'accès : multiplexage de longueur d'onde ultra dense au sein de la bande de fréquences optiques. Toutefois, à cause du volume du trafic de données et l'augmentation incessante de la demande des utilisateurs, la conception de sources laser ayant une efficacité spectrale plus importante, une meilleure stabilité et une précision plus performante représente un défi sans précédent surtout pour les systèmes de détection cohérente. La stabilité et la largeur de bande étroite réduisent considérablement la dispersion inter modale et améliorent ainsi l'efficacité spectrale. Selon le critère de Shannon, la suppression du rapport des modes secondaires qui est indépendant du courant d'alimentation, a pour conséquence l'augmentation de la capacité d'un canal alloué ainsi qu'éviter des effets non linéaires qui se produisent lors de l'utilisation des puissances importantes. En effet, le potentiel spectral d'une fibre optique peut être amélioré en s'appuyant sur un control assez précis de la longueur d'onde utilisée. Jusqu'à présent, ces critères sont mis en évidence par le biais de systèmes haute gamme qui sont assez chers, de structures complexes et de taille assez grande. Au sein de cette thèse, on présente un laser hybride de taille compacte, ayant une structure trop simple, opérant à une largeur de ligne qui est au plus égale à 2 kHz, ayant un rapport de suppression modale supérieur à 40 dB et présentant une excellente stabilité sur une plage de 22 Hz. Un prototype assez simple a été réalisé dans le but de montrer en pratique les performances déjà évoquées. Ce travail se focalise sur la combinaison des caractéristiques des fibres Bragg, de la fibre dopée de type polarization maintaining erbium ainsi que celles de l'amplificateur optique semi-conducteur tout au sein d'un laser hybride. Le prototype conçu a été fabriqué soigneusement et assemblé de manière à garantir une pureté spectrale assez considérable. En fait, la fibre Bragg a été insérée directement à l'intérieur de la fibre dopée dont l'absorption mesurée était de l'ordre de 30 dB aux alentours de la longueur d'onde 1528 nm. Alors que la fibre Bragg constitue le premier réflecteur, le second miroir qui ferme la cavité résonnante est localisé sur la facette haute de l'amplificateur optique à base de semi-conducteurs.  ABSTRACT: Cost-effective, simple structure and compact laser sources with high spectral quality are sought by many segments of industry. Diverse applications require narrow linewidth and highly stable laser sources such as in light detection and ranging, optical frequency metrology and coherent detection communications. For instance in the telecommunication industry, the growing problem of transmission capacity congestion has led to the deployment of the dense wavelength-division-multiplexed systems utilizing the broad spectral window of optical fiber links. However, owing to the rapidly rising data-traffic volume and ever increasing demand for higher transmission capacities, portable laser sources with higher spectral purity, excellent stability and better accuracy form a significant milestone for a solution, especially in coherent detection. Such high stability and narrow linewidth reduces the intra-modal dispersion and hence, enhance the spectral efficiency. According to the Shannon limit, a high side-mode suppression ratio that is independent of the drive current increases the capacity of an allocated channel, while severe nonlinear effects emerging at high powers are avoided. In this case, the full potential bandwidth of fiber communication links can be exploited through a high precision wavelength control. To date, those needs are fulfilled by lasers that are usually bench-top systems, prohibitively expensive, large in size and high in complexity. In this dissertation, we report on a realization of a compact size, simple structure hybrid laser operating with ~2-kHz or less linewidth, more than 40-dB of side mode suppression ratio and featuring an excellent stability within 22 Hz. A simple and user-friendly device that may fulfill the stringent requirements of the above mentioned applications. This work focuses on combining attributes of a fiber Bragg grating, polarization-maintaining erbium-doped fiber and semiconductor optical amplifier in a hybrid laser. The demonstrated single-frequency device is carefully engineered and assembled to operate with high spectral purity. The fiber Bragg grating is inscribed directly into the polarization-maintaining erbium doped fiber, whose absorption was measured at 1528 nm to be ~30 dB. While this grating constitutes the first reflector, the second mirror closing the cavity resonator is located at the high reflection coated facet of the semiconductor optical amplifier. The other facet is anti-reflection coated and coupled to the fiber via a micro-lens, sculpted on the fibre tip ~34 cm away from the fiber Bragg grating. Eventually, the fiber cavity is fully made of polarization-maintaining erbium-doped fiber. The semiconductor optical amplifier is mounted on a heatsink, placed on a thermoelectric cooler.


identifier: Dorseuil, A. (2016). Étude des pratiques d'innovation ouverte et de collaboration dans l'industrie aérospatiale canadienne : l'ouverture comme levier stratégique de l'innovation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'innovation ouverte est un des sujets les plus discutés en sciences de la gestion. Dans le modèle ouvert, l'entreprise ouvre son processus d'innovation à des idées venues de l'extérieur et partage ou commercialise des idées et connaissances développées en interne. De nombreux travaux de recherche étudient dans quelle mesure et comment ce nouveau paradigme est adopté à travers différentes industries de haute technologie. Néanmoins, peu de travaux s'intéressent à l'aérospatiale, l'une des industries phares au Canada. Par ailleurs, peu de données sont disponibles sur l'innovation ouverte et ses implications. En particulier, bien que la littérature souligne les avantages de l'innovation ouverte, son impact sur la performance des entreprises n'est pas clairement démontré. L'objectif de ce projet est double. Il s'agit d'une part, de dresser un bilan de l'adoption et de la pratique de l'IO dans l'industrie aérospatiale canadienne et d'autre part, de déterminer si l'IO a un impact sur la performance en innovation. Pour cela, nous utilisons des données collectées auprès de 71 entreprises de l'industrie aérospatiale canadienne au moyen d'un questionnaire. Nous résultats montrent que les entreprises sondées ont commencé à ouvrir leur processus d'innovation. Néanmoins, cette ouverture est relative et les entreprises n'ont pas véritablement intégré tous les principes de l'innovation ouverte dans leur stratégie. Les stratégies d'ouverture les plus répandues dans notre échantillon sont la collaboration et l'externalisation des activités de recherche et développement. Nous observons que les entreprises ouvertes sont confrontées à des barrières culturelles plus importantes que les entreprises fermées en ce qui concerne l'internalisation de connaissances externes. Cela pourrait expliquer pourquoi les entreprises de l'échantillon n'ont pas intégré l'ensemble des principes de l'IO dans leur stratégie d'entreprise. Par ailleurs, nous trouvons que l'implantation de l'innovation ouverte dans l'organisation a un effet positif sur la performance en innovation. Il s'agit d'un résultat intéressant pour les gestionnaires, puisqu'il montre que l'adoption de l'innovation ouverte devrait apporter des bénéfices à leur entreprise.  ABSTRACT: Open innovation (OI) is one of the most discussed topics in management literature. In the open model, companies open up their innovation process to external ideas and share or commercialize ideas and knowledge that were developed internally. Many research papers study if and how this new paradigm is being adopted throughout several high technology industries. Nevertheless, few studies examine the case of aerospace, one of Canada's flagship industries. Furthermore, empirical data on OI and its implications is scarce. In particular, although the benefits of OI are acknowledged in the literature, its impact on innovation performance has yet been clearly demonstrated. The goal of this project is twofold. First, we aim at presenting a comprehensive view of OI adoption and OI practices in the Canadian aerospace industry. Then, we want to determine if OI has an impact on the firms' innovative performance. For this purpose, we analyze data collected from 71 Canadian aerospace companies by means of a survey. Our results show that the surveyed companies have started opening up their innovation process. However, this openness is relative and the companies have not truly integrated all OI principles in their corporate strategy. Most common OI strategies within our sample are collaboration and outsourcing of research and development activities. We find that open companies face higher cultural barriers regarding inflows of external knowledge. This might explain why the surveyed companies have yet incorporated all OI principles in their corporate strategy. Furthermore, we find that OI adoption has a positive impact on innovation performance. This finding is of interest for managers since it shows adopting OI is likely to result in benefits for their company.


identifier: Meyssonnier, A. (2016). Développement d'un indicateur d'effet écotoxicologique terrestre pour le cuivre basé sur l'activité enzymatique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'écotoxicité terrestre est une catégorie d'impact évaluée en analyse de cycle de vie (ACV) permettant de caractériser la toxicité des substances chimiques sur les organismes vivants. Cette catégorie d'impact utilise des données expérimentales tirées d'études scientifiques qui sont à ce jour peu nombreuses compte tenu de la nature hétérogène du sol, par opposition à l'écotoxicité aquatique dont les données expérimentales sont abondantes. C'est pour cette raison que des facteurs de conversion arbitraires ont été déterminés afin d'extraire des données d'écotoxicité terrestre à partir de l'écotoxicité aquatique. Malheureusement les relations utilisées en ACV pour convertir les données d'effet aquatiques en données d'effet terrestres ne sont pas fiables. Ainsi les différentes méthodes d'évaluation des impacts du cycle de vie (ÉICV) ne tiennent pas compte de la spéciation et de la biodisponibilité des métaux et ainsi surestiment la toxicité des métaux en n'évaluant que la forme totale du métal. L'impact modélisé à partir des modèles utilisés en ACV est donc inadéquat et peu représentatif de la réalité. De ce fait, IMPACT WORLD+, une nouvelle méthode d'ÉICV, a été développée afin d'inclure, dans le futur, des notions de spéciation, spatialisation intégrant la notion d'écotoxicité terrestre. La collecte des données expérimentales reste toujours un problème afin d'alimenter le modèle USEtox utilisé dans la nouvelle méthodologie pour l'écotoxicité. Les données générées jusqu'à présent, couvrent surtout les invertébrés du sol et la végétation alors que peu de données sont disponibles sur les micro-organismes qui sont pourtant garants de la santé des sols et directement exposés à la contamination métallique via le compartiment du sol.   Afin d'évaluer l'activité microbienne, l'activité enzymatique (AE) semble être l'indicateur désigné, de par sa grande sensibilité à de fortes concentrations de Cu. L'invertase, l'uréase, la protéase, l'arylsulfatase, la phosphatase et la β-glucosidase sont des enzymes couvrant tous les cycles biogéochimiques du sol (azote, souffre, carbone et phosphore) et sont impliquées dans la croissance des plantes et la décomposition des composés organiques en sous-unités assimilables. Les enzymes du sol satisfont aux critères d'indicateur de choix quant à la mesure des effets d'une contamination métallique sur les fonctions de la communauté microbienne puisqu'ils fournissent une évaluation biochimique intégrée unique de l'état et du fonctionnement du sol. Les AE doivent être associées à des paramètres complémentaires, tels que la teneur en matière organique (MO) ou le pH, pour être utiles comme indicateurs de la santé des sols.  L'hypothèse de ce projet de recherche est la suivante : l'évaluation de la toxicité du cuivre sur la diversité enzymatique pour plusieurs types de sol permet de développer un indicateur écotoxicologique terrestre global et ce indépendamment du pH et du contenu en matière organique des sols étudiés. En effet, des enzymes tels que l'invertase, l'uréase, la protéase, l'arylsulfatase, la phosphatase et la β-glucosidase couvrent plusieurs processus essentiels à la santé des sols et sont donc tout indiqués dans le développement d'un indicateur global.  Les objectifs spécifiques sont  de: 1) vérifier la méthodologie développée par Lessard et al. (2014) pour le cuivre ; 2) obtenir des EC50 expérimentalement pour le cuivre pour un phyla peu couvert par la littérature, les micro-organismes, pour des sols présentant une grande variabilité physico-chimique et les agréger afin d'obtenir un indicateur unique ; 3) vérifier l'influence de la variabilité des propriétés physico-chimiques sur la spéciation du cuivre et sa toxicité inhérente ; 4) renforcer les conclusions obtenues pour les 15 sols échantillonnés par une évaluation de la toxicité du Cu sur l'activité enzymatique pour des sols de vignoble ayant des propriétés physico-chimiques similaires.  Quinze sols ont donc été échantillonnés afin d'être divisés en paire : une des deux paires a été contaminée au CuCl2 (sol contaminé), alors que l'autre paire a été amendée en CaCl2 (sol témoin) afin de venir balancer la teneur en ions chlorures dans les deux sols, ce qui a permis de les comparer. Les sols ont été lixiviés afin de reproduire des conditions de terrains. Les essais enzymatiques pour l'invertase, l'uréase, la protéase, l'arylsulfatase, la phosphatase et β-glucosidase ont ensuite été menés dans de l'eau déionisée afin de respecter le pH naturel du sol. En parallèle, la caractérisation physico-chimique des sols a été effectuée, soit l'analyse de la concentration en Cu total et en Cu soluble, la mesure du pH, de la COT, de la COD, de la CEC et de la capacité tampon. Les résultats obtenus ont été traités statistiquement par le biais de tests de « Student » appariés, d'ANOVA et de PCA afin d'obtenir des corrélations entre les activités enzymatiques, la concentration en Cu soluble et les caractéristiques physico-chimique des sols. Le rapport entre l'activité enzymatique mesurée dans le sol contaminé et celle mesurée dans le sol témoin a permis de dégager des pourcentages d'activité enzymatique (% AE). Ces %AE ont été tracés en fonction de la concentration en Cu soluble pour les sols dont les concentrations en produit (suite aux essais enzymatiques) étaient significativement différentes pour une même paire. Le modèle hyperbolique d'inhibition partielle a été ajusté aux résultats puisqu'il semblait être le plus adapté dans le cadre de ce projet.  Parce que les 15 paires de sol présentaient une grande variabilité physico-chimique, il n'a pas été possible d'extraire un indicateur unique basé sur les EC50 qui auraient pu être obtenues pour chaque enzyme. En effet, la seule enzyme pour laquelle il a été possible d'obtenir une EC50 est la β-glucosidase (1,2 mg Cu soluble/ kg de sol sec) et ce pour seulement six paires de sols dont les pH étaient similaires (pH entre 7,28 et 7,71 sauf pour le sol A à pH 5,01). Les concentrations en Cu soluble et en Cu total n'était que très peu corrélées aux différentes activités enzymatiques, tandis qu'on l'on a pu observer une forte influence des propriétés physico-chimiques, notamment le pH et la MO, sur la distribution du Cu et sur les activités enzymatiques. Ce sont des variables qui impactent grandement la toxicité du Cu et doivent être prises en compte lors de l'évaluation de l'effet de celui-ci, ce qui expliquerait la difficulté d'extraire des données pour des sols présentant autant de disparités au niveau de leurs propriétés. Ainsi, les sols de vignoble, présentant des propriétés semblables ont permis de dégager une tendance similaire au niveau de l'effet sur les six enzymes sauf pour l'arylsulfatase. Le nombre de données étant insuffisant pour ajuster des courbes de tendance, il serait intéressant de pousser plus loin, soit en évaluant l'activité enzymatique pour des sols strictement similaires au niveau des caractéristiques physico-chimiques pour différentes concentrations de Cu ou extraire des EC50 pour le même sol à différentes concentrations de Cu et ce pour plusieurs sols afin de comparer les EC50 entre elles et de vérifier si l'on peut grouper les sols selon des archétypes.   En conclusion, l'extraction d'un indicateur global d'écotoxicité terrestre du Cu n'a pas été possible dans le cadre de cette étude. Ainsi, il est recommandé d'utiliser une méthodologie considérant la concentration totale en fonction des archétypes de sol, des caractéristiques physico-chimiques et de la végétation environnante. L'évaluation du risque environnemental ne devrait pas se faire seulement sur la base des indicateurs sans tenir compte des conditions dans lesquelles ces indicateurs ont été obtenus. Beaucoup de paramètres physico-chimique ont un double rôle ce qui rend la prédiction de la réponse toxique très complexe. Une autre avenue intéressante serait d'évaluer la spéciation du Cu afin de voir quelle fraction serait la plus représentative de l'effet toxique du Cu sur les enzymes.  ABSTRACT: Terrestrial ecotoxicity is an impact category assessed in life cycle analysis (LCA) to characterize the toxicity of chemicals to living organisms. This category of impact uses experimental data from scarce scientific studies, due to the heterogeneous nature of the soil. Conversely, aquatic ecotoxicity data is abundant. For this reason, arbitrary conversion factors have been determined to convert terrestrial ecotoxicity data from aquatic ecotoxicity. Unfortunately, the relationships used in LCA to convert aquatic effect data to terrestrial effect data are unreliable. Thus, the various life cycle impact assessment (LCIA) methods do not take into account the speciation and bioavailability of metals. Notably, they overestimate the toxicity of metals by evaluating only the total fraction of the metal. The impacts predicted with LCA is therefore inadequate and not representative of reality. As a result, IMPACT WORLD +, a new LCIA method, has been developed to include, in the near future, notions of speciation, spatialization and terrestrial ecotoxicity. Collecting experimental data is crucial to feed the USEtox model used in the new methodology for ecotoxicity. The data generated so far mainly cover soil invertebrates and vegetation. Unfortunately, little emphasis has been put on microorganisms, which are responsible for soil health and are directly exposed to metal contamination via the soil compartment. In order to evaluate microbial activity, enzymatic activity (EA) appears to be the designated indicator, due to its high sensitivity to high concentrations of Cu. Invertase, urease, protease, arylsulfatase, phosphatase and β-glucosidase are enzymes covering all soil biogeochemical cycles (nitrogen, sulfur, carbon and phosphorus) and are involved in the growth of plants and the decomposition of organic compounds into assimilable subunits. Soil enzymes meet the choice indicator criteria for measuring the effects of metal contamination on microbial community functions. Indeed, they provide a unique integrated biochemical assessment of soil condition and function. EAs must be associated with additional parameters, such as organic matter (OM) or pH, to be valid indicators of soil health. This project is based on the premise that the evaluation of the toxicity of copper on the enzymatic diversity for several types of soil allow developing a global terrestrial ecotoxicological indicator. The latter would be independent of the pH and the organic matter content of the soils studied. Invertase, urease, protease, arylsulfatase, phosphatase and β-glucosidase are enzymes covering several processes essential to soil health and are therefore well suited to the development of a global indicator. The specific objectives are: 1) Verifying the methodology developed by Lessard et al. (2014) for copper; 2) Obtaining EC50 experimentally for copper for a phyla little covered by the literature, microorganisms, for soils with high physicochemical variability and aggregate them in order to obtain a single indicator; 3) Verifying the influence of variability of physico-chemical properties on copper speciation and its inherent toxicity; 4) Reinforcing the conclusions obtained for the 15 soils sampled by an evaluation of the Cu toxicity on the enzyme activity for vineyard soils with similar physicochemical properties. Fifteen soils were sampled in order to be divided into pairs: one of the two pairs was contaminated with CuCl2 (contaminated soil), while the other pair was amended in CaCl2 (control soil) in order to balance the chloride ions in the two soils. This enables a meaningful comparison between the two soils. Soils have been leached to reproduce field conditions. The enzymatic tests for invertase, urease, protease, arylsulfatase, phosphatase and β-glucosidase were then carried out in deionized water in order to maintain the natural pH of the soil. In parallel, physicochemical characterization of the soils was undertaken: analysis of total Cu and soluble Cu concentration, pH, TOC, COD, CEC and buffer capacity. The results were statistically analyzed by paired "Student" tests, ANOVA and PCA in order to obtain correlations between enzymatic activities, soluble Cu concentration and soil physicochemical characteristics. The ratio between the enzymatic activity measured in the contaminated soil and the measured one in the control soil made it possible to obtain percentages of enzymatic activity (%AE). These % EAs were plotted as a function of the Cu soluble concentration for the soils which product concentrations (following enzymatic tests) were significantly different for the same pair. The hyperbolic model of partial inhibition was adjusted to the results since it appeared to be the most suitable for this project. Because soil pairs exhibited high physico-chemical variability, it was not possible to extract a single indicator based on the EC50s that could have been obtained for each enzyme. Indeed, the only enzyme for which it was possible to obtain an EC50 is β-glucosidase (1.2 mg soluble Cu / kg dry soil) and this for only six pairs of soils with similar pH (pH between 7.28 and 7.71 except for  soil A at pH 5.01). The concentrations of soluble Cu and total Cu were slightly correlated with the different enzymatic activities. Conversely, a strong influence of physicochemical properties, especially pH and OM, on the distribution of Cu and on enzymatic activities is reported. These variables greatly impact the toxicity of Cu and should be taken into account when evaluating the effect of Cu. This explains the difficulty of extracting data for soils with so various properties. Thus, vineyard soils with similar properties revealed a similar trend in the effect on the six enzymes except for arylsulfatase. Since the data is insufficient to adjust trend curves, it would be worthwhile going forward in two potential directions. The first one is evaluating the enzymatic activity for soils that have identical physicochemical characteristics for different concentrations of Cu. The second is extracting EC50 for the same soil at different concentrations of Cu, repeating this for several soils and comparing the EC50 between one another to verify if one can gather the soils with respect to archetypes. In conclusion, the extraction of a global indicator for terrestrial ecotoxicity of Cu was not possible in this study. Thus, it is recommended to use a methodology considering the total concentration according to soil archetypes and physicochemical characteristics but also to take into account the surrounding vegetation. The environmental risk assessment should not only consider the indicators but also the conditions under which these indicators have been obtained. Many physicochemical parameters have a dual role which makes the prediction of the toxic response very complex. Another interesting road is the evaluation of the Cu speciation in order to see which fraction would be most representative of the toxic effect of Cu on the enzymes.


identifier: Cetindag, B. E. (2016). Development of Models and a Unified Platform for Multiphase Load Flow Analysis and Dynamic State Estimation of Large Distribution Systems with Secondary Grids  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse porte sur la modélisation des différentes composantes des réseaux de distribution pour les études d'écoulement de puissance multiphasé et pour l'estimation d'état. Sans utiliser les modèles appropriés, il n'est pas possible d'obtenir des résultats précis dans l'analyse des réseaux de distribution ou des systèmes électriques en général. La thèse présente aussi un algorithme d'estimation d'état générique pour les réseaux de distribution. La performance de l'algorithme est étudiée en détail en considérant les particularités des réseaux de distribution par opposition aux réseaux de transports. La thèse commence par la discussion sur la modélisation des régulateurs de tension pour l'écoulement de puissance en utilisant la méthode de Newton. En tenant compte des spécifications techniques de ces appareils, une nouvelle approche de modélisation est présentée en utilisant la formulation d'analyse nodale augmentée modifiée (MANA) et la méthode de Newton. Les résultats obtenus montrent que la technique proposée donne des résultats satisfaisants lorsque les réglages et les spécifications techniques des régulateurs sont considérés. Ensuite, une nouvelle méthode pour modéliser les machines asynchrones (IMs) dans l'écoulement de puissance déséquilibré est démontrée. La nouvelle approche de modélisation est encore basée sur la formulation de MANA et utilise la méthode de Newton. La nouvelle méthode peut être utilisée pour des IMs à cage simple ou double. Il permet de modéliser l'IM avec la puissance électrique, la puissance mécanique ou le couple mécanique comme contrainte. Le glissement de l'IM devient une variable d'écoulement de puissance et il est calculée itérativement. La puissance réactive est fonction de la puissance active et du glissement ou de la puissance active et de la tension de l'IM, donc il n'y a aucun besoin de fixer la puissance réactive. La solution proposée réduit le nombre d'itérations considérablement par rapport aux méthodes de solution à point fixe. La méthode présentée n'est pas actuellement disponible dans la littérature. Finalement, une approche de modélisation systématique est établie pour représenter les éoliennes (WTGs) de Type-III et Type-IV dans l'analyse d'écoulement de puissance multiphasée et déséquilibrée. Les contraintes sont écrites en fonction des composantes symétriques des courants injectés par les WTGs.  ABSTRACT: This thesis is on the modeling of various components of distribution systems for multiphase load flow studies and state estimation. Without employing proper models, it is not feasible to obtain accurate results in the analysis of distribution networks or power systems in general. The thesis presents also a generic state estimation solver for distribution networks. The performance of the solver is investigated in detail considering the particularities of distribution networks as opposed to transmission grids. The thesis starts by discussing the modeling of step voltage regulators for load flow using Newton's method. By taking into account the technical specifications of these devices, a new modeling approach is presented within the modified augmented nodal analysis (MANA) formulation and Newton's method. The results obtained show that the proposed technique gives satisfactory results as far as the settings and technical specifications of the regulators are concerned. Afterwards, a new method to model Induction Machines (IMs) in unbalanced load-flow calculations is demonstrated. The new modeling approach is again based on the MANA formulation and employs Newton's method. The new method can be used for single and double cage IMs. It allows modeling the IM with electrical power input, mechanical power or mechanical torque output. The slip of the IM becomes a load-flow variable computed iteratively. The reactive power is a function of real power constraint and slip or voltage solution of the IM, therefore there is no need to fix the reactive power input. The proposed solution reduces the number of iterations radically as compared to fixed-point solution methods. The presented formulation is not currently available in the literature. Finally, a systematic modeling approach is established to represent Type-IV and Type-III wind turbine generators (WTGs) in multiphase and unbalanced load flow analysis. The proposed approach integrates the constraints based on the sequence components of the injected currents from WTGs. The proposed model for WTGs performs well under unbalanced conditions.


identifier: Bahbouh, K. (2016). Corridors de demande : modélisation et contributions à l'évaluation du niveau de durabilité  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le corridor de transport apparaît dans la littérature comme un concept permettant de traiter à la fois des enjeux traditionnels liés à la mobilité que des impacts et interactions liés au développement durable tels que l'occupation du sol, l'environnement, la santé humaine et le développement économique. L'utilisation du concept dans le domaine du transport n'est pas nouvelle. En effet, il existe une importante littérature qui étudie le corridor en tant que produit économique et politique issu du développement urbain notamment associé à la présence de services et d'infrastructures de transport (offre de transport). Cependant, l'utilisation de ce concept plurivoque dans la planification et l'évaluation de l'offre au niveau urbain demeure encore limitée, compte tenu de l'absence d'une définition claire et d'une approche de modélisation adaptée à la nature des déplacements, très dispersés, dans l'aire urbaine.  ABSTRACT: Many researchers have benefited from the concept of the transport corridor to cover mobility issues and their interactions with land use, the environment, human health, and economic development. However, most of the available literature examines the economic and the political impacts of corridors and links it to the presence of transportation services and infrastructures (the supply). Moreover, the use of this concept in the urban transportation assessment and planning process remains limited due to the lack of a clear definition and modeling approach adapted to the very scattered nature of travel in urban areas. This thesis provides a deep reflection on the transport corridor's definition and characteristics and offers a modeling framework to identify urban transportation corridors using the transport demand, represented by the Origin and Destination (OD), in the absence of supply elements.


identifier: Burasa, P. (2016). High Data-Rate, Battery-Free, Active Millimeter-Wave Identification Technologies for Future Integrated Sensing, Tracking, and Communication Systems-On-Chip  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour de nombreuses applications allant de la sécurité, le contrôle d'accès, la surveillance et la gestion de la chaîne d'approvisionnement aux applications biomédicales et d'imagerie parmi tant d'autres, l'identification par radiofréquence (RFID) a énormément influencé notre quotidien. Jusqu'à présent, cette technologie émergente a été la plupart du temps conçue et développé dans les basses fréquences (en dessous de 3 GHz). D'une part, pour des applications où de courte distances (quelques centimètres) et à faible taux de communications de données sont suffisantes (même préférables dans certains cas), la technologie RFID à couplage inductif qui fonctionne à basse fréquences (LF) ou à haute fréquences (HF) fonctionne très bien et elle est largement utilisée dans de nombreuses applications commerciales. D'autre part, afin d'augmenter la distance de communication (quelques mètres), le débit de données de communication, et ainsi minimiser la taille du tag, la technologie RFID fonctionnant dans la bande d'ultra-haute fréquence (UHF) et aux fréquences micro-ondes (par exemple, 2.4 GHz) a récemment attiré beaucoup d'attention dans le milieu de la recherche et le développement. Cependant, dans ces bandes de fréquences, une bande passante disponible restreinte avec la taille du tag assez large (principalement dominée par la taille d'antenne et de la batterie dans le cas d'un tag actif) sont les principaux facteurs qui ont toujours limité l'évolution de la technologie RFID actuelle. En effet, propulser la technologie RFID dans la bande de fréquences à ondes millimétriques briserait les barrières actuelles de la technologie RFID. La technologie d'identification aux fréquences à ondes millimétriques (MMID) offre plus de bande passante, et permet également la miniaturisation de la taille du tag, car à ces bandes de fréquences, la longueur d'onde est de l'ordre de quelques millimètres, une taille comparable à la taille d'un circuit intégré. L'antenne peut donc être soit intégré sur la même puce (antenne sur puce) ou soit encapsulé dans le même boitier que le circuit intégré. En dotant le tag la capacité de récolter sans fil son énergie à partir d'un signal aux fréquences à ondes millimétriques provenant du lecteur, lui fournissant ainsi l'autonomie énergétique (ainsi éliminant la nécessité d'une batterie et en même temps permettant la miniaturisation du tag), il devient alors possible d'intégrer entièrement tout le tag MMID sur une seule puce y compris les antennes, ce qui aboutira à la mise au point d'une nouvelle technologie miniature (μRFID) fonctionnant à la bande de fréquences à ondes millimétriques.  ABSTRACT: For countless applications ranging from security, access control, monitoring, and supply chain management to biomedical and imaging applications among many others, radio frequency identification (RFID) technology has tremendously impacted our daily life. So far, this ever-needed and emerging technology has been mostly designed and developed at low RF frequencies (below 3-GHz). For many practical applications where short-range (few centimeters) and low data-rate communications are sufficient and in some cases even preferable, inductively coupled RFID systems that operate over either low-frequency (LF) or high-frequency (HF) bands have performed quite well and have been widely used for practical and commercial applications. On the other hand, in the quest for a longer communication range (few meters), relatively high data-rate and smaller antenna size RFID systems operating over ultra-high frequency (UHF) and microwave frequency bands (e.g., 2.4-GHz) have recently attracted much attention in the research and development community. However, over these RF bands, a restricted available bandwidth together with an undesired tag size (mainly dominated by its off-chip antenna size and battery in the case of active tag) are the main factors that have been limiting the evolution of today's RFID technology. Indeed, propelling RFID technology into millimeter-wave frequencies opens up new applications that cannot be made possible today.Millimeter-wave identification (MMID) technology is set out to exploit significantly larger bandwidth and smaller antenna size. Over these frequency bands, an effective wavelength is in the order of a few millimeters, hence close to a typical semiconductor (CMOS) die size. The antenna, therefore, may either be integrated on the same chip (antenna-on-chip – AoC) or embedded in the related package (antenna-in-package – AiP). In addition, by equipping the tag with the capability to wirelessly harvest its energy from an incoming millimeter-wave signal, thereby providing energy autonomy without the need of a battery and at the same time allowing miniaturization, it becomes possible to integrate the entire MMID tag circuitry on a single chip. Furthermore, the timely MMID concept is fully compatible with upcoming and future applications of millimeter-wave technology in wireless communications which are being discussed and developed worldwide in research and development communities, such as the internet of things (IoT), 5G, autonomous mobility, μSmart sensors, automotive RADAR technologies, etc.