identifier: Foudhaili, T. (2019). Traitement de la salinité sulfatée et de la toxicité associée des effluents miniers au moyen de l'électrocoagulation  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les procédés bio-électrochimiques (e.g. électrocoagulation et pile à combustible microbienne (PCM)) représentent des alternatives prometteuses par rapport aux procédés conventionnels, pour le traitement des eaux usées en général et du drainage minier (DM) en particulier. Depuis plusieurs années, ces technologies visent de plus en plus à l'enlèvement des métaux (e.g. Fe, Cu, Zn, Pb, Cr, Al, Ni) et des sulfates. Néanmoins, leur applicabilité pour le traitement du DM fortement contaminé dépend fortement de la qualité de l'effluent à traiter, des objectifs d'enlèvement des métaux et des sulfates et des conditions opératoires utilisées. Selon la qualité du DM, les mécanismes d'enlèvement des sulfates, un des contaminants majeurs communs au DM, peuvent différer. En effet, pour le drainage minier acide (DMA), l'enlèvement peut s'effectuer soit par précipitation avec les cations présents dans la solution (e.g. ions métalliques) grâce à des forces électrostatiques, soit par coagulation, générée par la formation du coagulant dans la solution suite à la dissolution anodique. Pour un drainage minier neutre (DMN) ou drainage minier alcalin, les sulfates peuvent être adsorbés sur les hydroxydes métalliques amorphes néoformés, dépendamment de la charge de leurs surfaces. Quant aux métaux, ils sont enlevés par précipitation sous formes d'hydroxydes métalliques suite aux réactions d'oxydo-réduction qui se produisent de part et d'autre de l'anode et de la cathode. Un mécanisme de co-précipitation peut également être complémentaire à la précipitation pour assurer un meilleur enlèvement des métaux.   Dans le cadre de ce projet, une évaluation approfondie de la performance de l'électrocoagulation pour le traitement du DM fortement contaminé en fer/et ou en sulfates ainsi que la toxicité associée à la salinité a été réalisé. Dans ce contexte, les principaux objectifs de la thèse sont les suivants : (1) la comparaison de l'efficacité de la PCM et de l'électrocoagulation pour le traitement des effluents miniers synthétiques fortement contaminés en fer; (2) l'évaluation de l'efficacité de l'électrocoagulation, identifiée comme procédé le plus performant, pour le traitement de la salinité sulfatée présente dans des effluents miniers synthétiques et réels de qualités variables; et (3) l'évaluation comparative de la toxicité de la salinité sulfatée contenue dans les DM fortement contaminés avant et après traitement par électrocoagulation sur deux espèces aquatiques, soit Daphnia magna (D. magna) et Daphnia pulex (D. pulex). Afin d'atteindre ces objectifs, l'approche méthodologique utilisée consistait à effectuer des essais de laboratoire (en mode batch), sans écoulement, en faisant varier plusieurs paramètres opératoires, puis à réaliser des essais de toxicité dans le laboratoire du Centre d'Expertise en Analyse Environnementale du Québec (CEAEQ) pour évaluer l'efficacité de l'électrocoagulation à traiter la toxicité.   Dans la première partie du projet, des essais en mode batch ont été réalisés afin d'évaluer comparativement la performance de la PCM et de l'électrocoagulation pour le traitement d'un DMA fortement contaminé en fer (500 mg/L). Ces essais visaient à évaluer l'efficacité des deux procédés à neutraliser l'acidité et à enlever le fer ainsi qu'à estimer leur coût d'opération afin de sélectionner le procédé le plus performant pour les essais à venir. Dans ce contexte, des essais réalisés sur la PCM ont été comparés avec les essais de l'électrocoagulation qui ont été effectués dans un réacteur batch avec un volume de travail de 250 mL contenant un DMA synthétique (pH = 2,5 et [Fe] = 500 mg/L). Une évaluation de l'influence du matériau des électrodes (fer et aluminium), ainsi que du temps de réaction (15, 30, 45, 60 et 90 min) et de l'intensité de courant (100, 200, 300, 400 et 500 mA) sur l'efficacité d'enlèvement du fer par électrocoagulation a été effectuée. Les résultats ont montré que les deux technologies ont permis de neutraliser l'acidité et d'enlever > 99% du fer et ainsi de produire un effluent traité conforme aux exigences canadiennes en matière de rejets (pH 6,0-9,5; < 3 mg/L Fe). L'électrocoagulation dans ses conditions optimales (électrodes de Fe, 400 mA et 60 min) s'est avérée plus performante que la PCM en termes de temps de réaction (minutes vs. jours) et de coûts d'opération (0,58 vs 2 731 $/m3).   Pour la suite du projet, des essais d'électrocoagulation ont été poursuivis pour le traitement d'un DMA fortement contaminé en fer et en sulfates (pH = 2 ; [Fe] = 500 mg/L et [SO42-] = 1 280 mg/L). Ces essais ont été réalisés dans les mêmes conditions opératoires que les essais précédents (mode batch avec un volume de travail de 0,25 L) afin d'évaluer l'influence des paramètres suivants: le matériau des électrodes (fer vs aluminium), la densité de courant (3,8-20 mA/cm2) et le temps de réaction (15-90 min). L'objectif était d'évaluer l'influence de la présence des ions sulfates dans le DM sur l'efficacité de l'électrocoagulation. Ainsi, une mise à l'échelle (volume de travail de 3,3 L)a été effectuée afin d'évaluer l'effet d'autres paramètres de fonctionnement comme le nombre des électrodes (2-10) et la distance inter-électrodes (0,5-4 cm) sur l'efficacité du traitement. Tous ces essais ont été effectués avec ajout de sel (NaCl : 13 à 182 g/L) afin de s'opposer à la résistance de la solution et ainsi de pouvoir ajuster la densité de courant désirée en fonction du voltage. Les résultats ont permis de montrer que l''utilisation de deux électrodes de Fe, séparées de 0,5 cm, respectent les normes canadiennes des rejets en termes de pH (pH 6,0-9,5). En effet, un pH final de 8,3 a été obtenu avec les électrodes de fer, quand seulement un pH de 4,3 a été atteint avec les électrodes d'aluminium. Quant à l'enlèvement des sulfates et du fer, les efficacités ont été similaires (96% et 100% avec des électrodes de fer, et 82% et 100% avec des électrodes d'aluminium pour l'enlèvement des sulfates et du fer, respectivement). Néanmoins, il est à noter que le temps de réaction avec les électrodes de fer était plus long (420 vs 120 min). Ces résultats ont servi aux expériences suivantes pour le traitement de différentes qualités de DM fortement contaminés pour une éventuelle évaluation de l'efficacité du système à traiter la salinité sulfatée et la toxicité qui lui est associée.  La troisième partie du projet a été consacrée à l'évaluation de l'efficacité de l'électrocoagulation seule ou comme un système de polissage au traitement chimique pour le traitement de la salinité sulfatée à partir de DMA synthétique et DMN réel: E1 (pH = 6,9; [Fe] = 0,04 mg/L et [SO42-] = 1 280 mg/L) et E2 (pH = 7,5; [Fe] = 0,07 mg/L et [SO42-] = 2 870 mg/L). Les méthodes de traitement chimiques utilisées pour le traitement de DMA sont la chaux hydratée Ca(OH)2 et la boue haute densité (BHD) préparée au laboratoire. Les expériences ont été effectuées dans une cellule d'électrocoagulation avec un volume de travail de 1,5 L en utilisant les meilleures conditions opératoires sélectionnées à partir des essais précédents (2 électrodes de fer, densité de courant de 20 mA/cm2 et distance inter-électrodes de 0,5 cm) et ce, sans ajout de sel. Les résultats ont montré que l'enlèvement des sulfates présents dans du DMA synthétique de différentes qualités par électrocoagulation seulement était meilleur à des concentrations plus faibles (10% pour E1:1 280 mg/L vs 0% pour E2: 2 130 mg/L après 15 minutes de traitement). Les résultats ont été validés sur les effluents réels. En effet, une faible efficacité d'enlèvement des sulfates de 8 et 6% après 30 min de traitement par électrocoagulation a été obtenue pour E1 et E2, respectivement. Les résultats ont également montré que l'efficacité d'enlèvement des sulfates s'améliorait en utilisant l'électrocoagulation comme système de polissage, lors du traitement du DMA. De plus, la BHD s'est avérée la meilleure alternative de traitement, avec une meilleure efficacité (44,8% d'enlèvement de SO42- contre 16,6% avec un traitement par Ca(OH)2). L'utilisation de boues provenant de sites réels serait à privilégier pour plusieurs raisons, à savoir : (1) une meilleure gestion des boues industrielles proprement dites par réutilisation, (2) un gain d'enlèvement dû essentiellement à sa composition riche en éléments (ex. matériaux neutralisants) et (3) un gain en termes de réduction des coûts d'exploitation supplémentaires liés à l'utilisation de produits chimiques ajoutés.   La dernière partie de cette thèse a été dédiée à l'évaluation de l'efficacité de l'électrocoagulation pour le traitement de la toxicité associée à la salinité sulfatée des effluents réels (E1 et E2) préalablement utilisés. Les essais ont été effectués en utilisant deux organismes aquatiques appartenant à la famille des daphnies (D. magna et D. pulex) et qui représentent les deux espèces les plus communément utilisées dans les essais de toxicité. L'évaluation comparative de la sensibilité de ces deux espèces au DMN avant et après traitement a été effectuée via des tests de toxicité aigüe (mortalité et immobilité) en utilisant cinq eaux de dilutions différentes (une eau synthétique de laboratoire et 4 eaux de surface des sites 1, 2, 3 et 4 provenant de différentes lithologies). Les résultats ont montré qu'une seule eau de surface (site 4) était toxique pour D. pulex (> 35% de mortalité et d'immobilité) alors que toutes les eaux de dilution étaient non toxiques pour D. magna. L'effluent E2, initialement plus contaminé que E1 ([SO42-] = 2 870 vs 1 280 mg/L), a montré un effluent final plus toxique que l'effluent initial, en particulier pour D. pulex (64% vs 31% d'immobilité et 41% vs 19% de mortalité, pour E2 non traité et traité, respectivement). La cause de cette toxicité reste inconnue. L'absence de toxicité de l'effluent E1 après traitement n'a été démontrée qu'avec de l'eau de dilution du site 1 pour D. pulex. Finalement, tous les tests de toxicité effectués dans cette étude ont montré que D. pulex est plus sensible que D. magna envers le même DMN fortement contaminé en sulfates (traité ou non traité), ainsi que pour les eaux de dilution.  Le présent projet contribue à approfondir les connaissances sur l'efficacité de l'électrocoagulation pour le traitement du DM synthétique et réel contaminé en fer et/ou en sulfates. De plus, l'évaluation de la toxicité associée à la salinité sulfatée sur deux espèces de daphnies a permis de statuer sur l'efficacité de l'électrocoagulation pour le traitement du DM. Enfin, les connaissances acquises et l'approche méthodologique de cette étude pourraient permettre leur application sur d'autres qualités plus complexes de DM et sous d'autres conditions opératoires.  Mots clés: drainage minier, électrocoagulation, traitement chimique, salinité sulfatée, Daphnia magna, Daphnia pulex.  ABSTRACT: Bio-electrochemical processes (e.g. electrocoagulation and microbial fuel cells (MFCs)) represent promising alternatives to conventional processes, for wastewater treatment in general and mine drainage (MD) in particular. They expanded for several years for the removal of metals (Fe, Cu, Zn, Pb, Cr, Al, Ni) and sulfates. However, their applicability for the treatment of highly contaminated MD depends strongly on the quality of the effluent to be treated, the metal and sulfate removal objectives as well as the operating conditions used. Depending on the quality of MD, the mechanisms for removing sulfates, one of the major contaminants common to MD, may differ. Indeed, for acid mine drainage (AMD), removal can be carried out either by precipitation with the cations present in the solution (e.g. metal ions) using electrostatic forces, or by coagulation, following the formation of the coagulant in the solution following anodic dissolution. For neutral mine drainage (NMD) or alkaline mine drainage, sulfates can be adsorbed on neoformed amorphous metal hydroxides, depending on the charge of their surfaces. Metals are removed by precipitation in the form of metal hydroxides because of oxidation-reduction reactions occurring on both sides of the anode and cathode. A co-precipitation mechanism can also be complementary to precipitation to ensure better metal removal.   As part of this project, an in-depth evaluation of the performance of electrocoagulation for the treatment of MD highly contaminated with iron and/or sulfates and the toxicity associated with salinity was carried out. In this context, the main objectives of the thesis are the following: (1) the comparison of the effectiveness of MFC and electrocoagulation for the treatment of synthetic mine effluents highly contaminated with iron; (2) the evaluation of the effectiveness of electrocoagulation, for the treatment of sulfated salinity present in synthetic and real mine effluents of variable qualities; and (3) the comparative evaluation of the toxicity of sulfated salinity contained in highly contaminated MD before and after electrocoagulation treatment on two aquatic species (Daphnia magna and Daphnia pulex). To achieve these objectives, the methodological approach used was to perform laboratory tests (in batch mode), without flow, by varying several operating parameters and then to perform toxicity tests in the laboratory of the Centre d'Expertise en Analyse Environnementale du Québec (CEAEQ) to evaluate the effectiveness of electrocoagulation in treating toxicity.   In the first part of the project, batch tests were carried out to evaluate the comparative performance of MFC and electrocoagulation for the treatment of iron-rich AMD (500 mg/L). The purpose of these tests was to evaluate the efficiency of the two processes in neutralizing acidity and removing iron as well as to estimate their operating costs to select the most efficient process for future tests. In this context, MFC tests were compared with electrocoagulation tests performed in a batch reactor with a working volume of 0.25 L containing a synthetic AMD (pH = 2.5 and [Fe] = 500 mg/L). An evaluation of the influence of the electrode material (iron and aluminium the reaction time (15, 30, 45, 60 and 90 min) as well as the current intensity (100, 200, 300, 400 and 500 mA) on the removal efficiency of iron by electrocoagulation was performed. The results showed that both technologies neutralized acidity and removed >99% of the iron, producing a treated effluent that met Canadian discharge requirements (pH 6.0-9.5; < 3 mg/L Fe). Electrocoagulation under optimal conditions (Fe electrodes, 400 mA and 60 min) proved to be more efficient than MFC in terms of reaction time (minutes vs. days) and operating costs (0.58 vs. $2731/m3).   Subsequently, electrocoagulation tests were continued for the treatment of AMD highly contaminated with iron and sulfates (pH = 2; [Fe] = 500 mg/L and [SO42-] = 1 280 mg/L).  These tests were performed under the same operating conditions as the previous tests, including electrode material (iron vs. aluminum), current densities (3.8-20 mA/cm2) and reaction time (15-90 min) following small-scale batch tests (0.25 L of working volume). The objective was to evaluate the influence of the presence of sulfate ions in MD on the efficiency of electrocoagulation. Thus, a scaling-up (3.3 L of working volume) was performed to evaluate the effect of other operating parameters such as the number of electrodes (2-10) and the inter-electrode distance (0.5-4 cm) on the treatment efficiency. All these tests were carried out with the addition of salt to counter the resistance of the solution and to adjust the desired current density according to the voltage. The results showed that the use of two Fe electrodes, separated by 0.5 cm, meets Canadian discharge standards for pH (pH 6.0-9.5). Indeed, a final pH of 8.3 was obtained with iron electrodes, when only a pH of 4.3 was reached with aluminum electrodes. As for the removal, efficiencies have been similar (96% and 100% with iron electrodes, and 82% and 100% with aluminium electrodes for the removal of sulfates and iron, respectively). Nevertheless, it should be noted that the reaction time with iron electrodes was longer (420 vs 120 min). These results were used in the following experiments to treat different qualities of highly contaminated MD for a possible evaluation of  system efficiency in treating sulfated salinity and associated toxicity.  The third part of the project was devoted to evaluate the efficiency of electrocoagulation as a stand-alone process or as a polishing system for chemical treatment of sulfated salinity contained in synthetic and/or real MD: E1 (pH= 6.9; [Fe] = 0.04 mg/L and [SO42-] = 1 280 mg/L) and E2 (pH= 7.5; [Fe] = 0.07 mg/L and [SO42-]= 2 870 mg/L). The chemical treatment methods used are hydrated lime Ca(OH)2, and high density sludge (HDS). The experiments were performed in an electrocoagulation cell with a working volume of 1.5 L using the best operating conditions selected from the previous tests (2 iron electrodes, current density of 20 mA/cm2 and inter-electrode distance of 0.5 cm) and without adding salt. The results showed that the removal of sulfates by electrocoagulation alone for 15 minutes from synthetic AMD was better at lower concentrations (10% for 1 280 mg/L vs. 0% for 2 130 mg/L). The results were validated by the real effluents. Indeed, a low sulfate removal efficiency of 8% and 6% after 30 min of electrocoagulation treatment was obtained for E1 and E2, respectively. The results also showed that the removal efficiency of sulfates was improved by using electrocoagulation as a polishing system during the treatment of AMD. In addition, the HDS proved to be the best treatment alternative (44.8% of sulfate removal compared to 16.6% with Ca(OH)2 treatment). If HDS is produced industrially, the choice will be based on several reasons, including: (1) better management of industrial sludge itself through reuse, (2) a removal gain due mainly to its variable and element rich composition (e. g. neutralizing material) and (3) a gain in reducing the additional operating costs associated with the use of added chemicals.  The last part of this thesis presents the evaluation of the efficiency of electrocoagulation for the treatment of toxicity associated with sulfated salinity of real effluents (E1 and E2) previously used. The tests were conducted using two aquatic organisms belonging to the daphnia family (Daphnia magna (D. magna) and Daphnia pulex (D. pulex)), which are the two most commonly used species in toxicity tests. The comparative evaluation of the sensitivity of these two species to NMD before and after treatment was carried out using acute (mortality) and sublethal (immobility) toxicity tests using five different dilution waters (one synthetic from the CEAEQ laboratory and 4 surface waters from site 1, 2, 3 and 4 from different lithologies). The results showed that only one surface water (site 4) was toxic for D. pulex (>35% mortality and immobility) while all dilution waters were nontoxic for D. magna. The E2 effluent, initially more contaminated than E1 ([SO42-] = 2 870 vs. 1 280 mg/L), showed a more toxic final effluent than the initial effluent, particularly for D. pulex (64% vs. 31% immobility and 41% vs. 19% mortality, for untreated and treated E2, respectively). The cause of this toxicity is still unknown. The absence of toxicity of the E1 effluent after treatment was demonstrated only with dilution water from Site 1 for D. pulex. Finally, all toxicological tests performed in this study showed that D. pulex is more sensitive than D. magna to the same NMD highly contaminated with sulfates (treated or untreated), as well as for dilution waters.  This project contributes to improve the knowledge about the efficiency of electrocoagulation in treating synthetic and real MD that are highly contaminated with iron and/or sulfates. In addition, the evaluation of the toxicity associated with sulfated salinity on two daphnia species enabled to determine the efficiency of electrocoagulation for the treatment of MD. Finally, the knowledge acquired, and the methodological approach of this study could allow their application to other more complex qualities of MD and under other operating conditions.  Keywords: mine drainage, electrocoagulation, chemical treatment, sulfated salinity, Daphnia magna, Daphnia pulex.


identifier: Jeudy, Y. (2019). Outil d'aide au diagnostic et à la conception des réseaux de transport en commun  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le transport au Québec est responsable en grande partie des émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Une meilleure planification des services de transport en commun et actifs pourrait permettre la diminution de ceux-ci en favorisant un transfert modal au détriment de l'automobile. Cependant, la première étape consiste à effectuer un diagnostic de la situation et comprendre où se situent les lacunes du système. Dans la littérature, il existe de nombreuses méthodes telles des enquêtes ou des études d'indicateurs directs de service ou encore des études spatiales pour effectuer un bilan des services fournis. Un outil prometteur pour comprendre la structure spatio-temporelle de l'offre et de la demande de transport est Traclus_DL, « Trajectory Clustering for Desired lines » qui s'appuie sur le concept de corridors.  ABSTRACT: In the Quebec Province, Transportation is largely responsible for the emissions of greenhouse gas emissions into the atmosphere. Better planning of public transit and active transportation services could help reduce those emissions by promoting a modal shift to the detriment of the automobile.The first step is to diagnose alternative transportation options and identify the gaps in transit supply. In the literature, there are many methods such as surveys or studies of direct service indicators or spatial analysis to perform a diagnostic of the services provided. One of the most promising tools to understand the spatial-temporal structure of travel supply and demand is Traclus_DL, Trajectory Clustering for Desired Lines, which relies the concept of corridors.


identifier: Toulouse, C. (2019). Comportement des conducteurs face à un changement de limite de vitesse, aux caractéristiques de la route et aux dépassements de cyclistes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Il est connu que l'augmentation de la vitesse pratiquée augmente le risque de collision et la sévérité de ces collisions. La vitesse est l'une des principales causes de mortalité sur les routes du Québec. Ce fâcheux constat amène le gouvernement et les municipalités à modifier les limites de vitesse afin de rendre les déplacements routiers plus sécuritaires. Malheureusement, l'implantation d'une nouvelle limite de vitesse, sans modification à la configuration de la route, n'a pas toujours l'effet escompté. Pour changer le comportement des conducteurs, il faut, tout d'abord, comprendre pourquoi ils excèdent les limites de vitesse et, ensuite, identifier les facteurs qui affectent leur vitesse adoptée. Le comportement des conducteurs est affecté par de nombreux facteurs tels que les caractéristiques de la route, l'environnement routier et les conditions climatiques.  ABSTRACT: It is known that increasing driving speed increases the risk of collision and the severity of road collisions. Speed is one of the main causes of death on Quebec's roads. This finding leads the government and cities to change speed limits to make road travel safer. Unfortunately, the implementation of a new speed limit, without modification to the road configuration, does not always have the desired effect. To change driver behaviour, we must first understand why they exceed speed limits and then identify the factors that affect their speed. Driver behaviour is affected by many factors such as road characteristics, road environment and weather conditions.


identifier: Buzaglo, E. (2019). Mechanical Analysis of Doxorubicin Induced Cardiotoxicity on an Animal Model  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Objectif : La chimiothérapie a fait ses preuves au fils des années comme traitement principal permettant de détruire les cellules cancéreuses présentes dans plusieurs types de cancers. La doxorubicine a longtemps été utilisée comme un agent anti-cancérigène dans la chimiothérapie mais elle entraine des effets secondaires dans le corps tels que la suppression de plaquettes et de globules blancs, le développement de l'alopécie, ou encore la perte de myofibrille dans les parois du coeur. De plus, la doxorubicine peut amener des effets cardiaques comme un arrêt du coeur. L'objectif de ce travail est de proposer des solutions pour détecter les effets cardiotoxiques de cet agent, au moyen de la spectrométrie Raman et de la rhéologie, en faisant des tests moléculaires et mécaniques sur des coeurs de porc. Matériel et méthodes : Des échantillons de coeur de porc ont été récupérés d'une étude dans laquelle cinq miniporcs Yucatan femelles ont reçu une dose totale de 375mg/m2 de doxorubicine administrée en cinq fois à trois semaines d'intervalles, formant le groupe expérimental appelé groupe ‘DOXO'. Par ailleurs, deux miniporcs ont reçu une injection saline selon le même protocole, formant le groupe ‘untreated'. À l'aide d'un rhéomètre, des tests de frequency sweep et de relaxation ont été effectués sur ces échantillons pour mesurer la contrainte de cisaillement (G), le module de perte (G'') et finalement le module de stockage (G'). En parallèle, des tests en spectroscopie Raman ont été effectués pour déterminer la composition moléculaire des échantillons. Résultats: Nous avons obtenu un comportement linéaire pour une déformation de  =1,6% lors des tests de strain sweep. Cette déformation a été appliquée pour les tests de frequency sweep et de contrainte-relaxation. Le test de frequency sweep nous permet de conclure à une baisse globale des propriétés mécaniques des échantillons DOXO dans le septum par rapport au groupe « untreated » alors que nous avons constaté une augmentation dans les ventricules gauches et droits. Lors des tests de relaxation, nous avons trouvé une grande diminution dans les propriétés mécaniques des échantillons du groupe DOXO par rapport au groupe ‘untreated'. Quant aux résultats de la spectrométrie Raman, nous avons obtenu une baisse générale du collagène et des lipides dans les échantillons DOXO, ce qui suggère une diminution dans la rigidité structurelle. Les résultats obtenus par rhéométrie ont été comparés aux résultats obtenus par spectroscopie Raman et nous avons observé une corrélation significative. Conclusion: Les propriétés mécaniques et la composition chimique du tissu cardiaque ont été altérées par le traitement à la doxorubicine chez des mini-porcs Yucatan. Cette experimentation, associée à de futures études, permettra de définir de nouveaux biomarqueurs des traitements à la doxorubicine, et à long terme de trouver des solutions permettant de réduire l'effet cardiotoxique. Mots clés: Cardiotoxicité, Doxorubicine, rhéométrie, Strain Sweep, Frequency Sweep, Test de contrainte-relaxation, Spectrométrie Raman  ABSTRACT: Purpose: Chemotherapy has been proven to be the best way to eliminate several types of cancer. However, derived from this form of treatment is its cardiotoxic damage and overall functioning of the human heart. Young patients receiving a high dosage are the most prone to develop this cardiotoxicity, which can occur either early or late after treatment. This study aims to specifically investigate the effects doxorubicin has on the overall mechanical and morphological properties in the heart. Material & Methods: Five young female miniature swines received five 75mg/m2 injections of doxorubicin every three weeks for a total cumulative dose of 375mg/m2, constituting the experimental group called DOXO samples. Two miniature swines received a saline injection under the same protocol, constituting the untreated group. These samples were subjected thereafter to frequency sweep and stress-relaxation test in order to determine the shear modulus (G), loss modulus (G”) and storage modulus (G') using a rheometer. In parallel, samples were also placed in a raman probe after being submerged in a saline solution. This was used for the Raman Spectrometry portion of the experimentation where the goal of this last one was to determine to molecular composition of each sample tested through the notions of detecting various Raman shift along the domain. Results: Miniature swines receiving chemotherapy yielded a difference in the mechanical properties. The septum portion of the heart showed an overall diminishment in the storage and loss modulus whereas the left and right ventricle showed an overall strengthening of these parameters. The stress-relaxation test which is the most deterministic test studied showed a clearer drop in the mechanical properties of the DOXO samples. In the Raman Spectrometry study, results obtained showed an overall decrease in the collagen and lipids content in the DOXO samples. This can be linked potentially to the overall degradation of the sample's structural rigidity. This is why there was a strong correlation between the mechanical testing conducted and the Raman Spectrometry test. Conclusion: The mechanical properties and the chemical composition of the cardiac tissue altered but the doxorubicin treatment on the Yucatan miniature swine. The combination between this experimentation and future advancements will help characterize biomarkers for the doxorubicin agent, which can ultimately lead to finding solutions on how to reduce its manifestation on the central cardiac cavity. Keywords: Cardiotoxicity, Doxorubicin, Miniature Swine, Rheometry, Strain Sweep, Frequency


identifier: Ngoko, P. Z. (2019). Approche hybride pour l'optimisation de stratégie d'approvisionnement  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le marché mondial est volatil. Les chaînes d'approvisionnement sont davantage exposées aux secousses et aux perturbations dues à l'interconnexion des marchés financiers et des économies. Une erreur de calcul ou une information non transmise peuvent avoir des conséquences majeures et se répandent tels des virus à travers le réseau complexe des chaînes d'approvisionnement. La maîtrise des coûts, la visibilité et la gestion des risques deviennent un défi pour tout gestionnaire de chaîne d'approvisionnement. Dans ce contexte, ce mémoire étudie les systèmes d'approvisionnement de Stelia Aerospace. Cette entreprise du secteur de l'aéronautique propose des solutions globales pour les constructeurs aéronautiques et les compagnies aériennes. Stelia se pose des questions sur les stratégies qu'elle utilise dans sa chaîne d'approvisionnement. Nous cherchons par ce mémoire à aider Stelia à choisir la stratégie d'approvisionnement optimale pour chaque produit. Nous avons développé une méthode hybride utilisant la simulation à base d'agents et des techniques d'exploration de données dans le but de trouver des règles qui permettent de choisir la stratégie optimale à appliquer à un produit en fonction des stratégies offertes dans l'entreprise. Les résultats de ce mémoire sont encourageants. Nous concluons que Stelia pourrait réduire ses coûts d'approvisionnement en incorporant de nouvelles stratégies en plus de celle qu'elle utilise actuellement. De plus, pour certaines combinaisons de stratégies, nous avons trouvé des règles qui permettent de facilement choisir la stratégie optimale en fonction des caractéristiques du produit.  ABSTRACT: The global market is volatile. Supply chains are more exposed to shocks and disruptions due to the interconnection of financial markets and economies. A calculation error or an undelivered information can have major consequences and spread like viruses through the complex network of supply chains. Controlling costs, visibility and risk management are becoming a challenge for any supply chain manager. In this context, this thesis studies Stelia Aerospace's supply systems. This company in the aeronautics sector offers global solutions for aircraft manufacturers and airlines. Stelia is wondering about the strategies it uses in its supply chain. Through this study, we seek to help Stelia choose the optimal procurement strategy for each product. We have developed a hybrid method using agent-based simulation and data mining techniques to find rules that allow us to choose the optimal strategy to apply to a product based on the strategies offered in the company. The results of this study are encouraging. We conclude that Stelia could reduce its procurement costs by incorporating new strategies in addition to the one it currently uses. In addition, for some combinations of strategies, we have found rules that make it easy to choose the optimal strategy based on the characteristics of the product.


identifier: Mahnam, M. (2019). Column Generation-Based Techniques for Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) and Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) Treatment Planning  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les statistiques ont estimé à environ 14,1 millions le nombre de cas de cancer en 2018 dans le monde, et qui devrait passer à 24 millions d'ici 2035. La radiothérapie est l'une des premières méthodes de traitement du cancer, qu'environ 50% des patients reçoivent au cours de leur maladie. Cette méthode endommage le matériel génétique des cellules cancéreuses, détruisant ainsi leur capacité de reproduction. Cependant, les cellules normales sont également affectées par le rayonnement ; par conséquent, le traitement doit être effectué de manière à maximiser la dose de rayonnement aux tumeurs, tout en minimisant les effets néfastes des radiations sur les tissus sains. Les techniques d'optimisation sont utilisées afin de déterminer la dose et la position du rayonnement à administrer au corps du patient. Ce projet aborde la radiothérapie externe à travers la radiothérapie par modulation d'intensité (IMRT), ainsi qu'une nouvelle forme appelée modulation d'intensité volumétrique par thérapie par arcs (VMAT). En IMRT, un nombre fini de directions sont déterminées pour le rayonnement du faisceau, tandis qu'en VMAT l'accélérateur linéaire tourne autour du corps du patient alors que le faisceau est allumé. Cette technologie permet de modifier dynamiquement la forme du faisceau et le débit de dose pendant le traitement. Le problème de planification du traitement consiste à choisir une séquence de distribution des formes de faisceaux, à optimiser le dé bit de dose du faisceau et à déterminer la vitesse de rotation du portique, si nécessaire. Cette recherche tire profit de la méthode de génération de colonnes, en tant que méthode d'optimisation efficace en particulier pour les problèmes à grande échelle. Cette technique permet d'améliorer le temps de traitement et les objectifs cliniques non linéaires et non convexes, dans la planification de traitement en VMAT. Un nouveau modèle multi-objectif de génération de colonnes pour l'IMRT est également développé. Dans le premier essai, nous développons un nouvel algorithme de génération de colonnes qui optimise le compromis entre le temps et la qualité du traitement délivré pour la planification de traitement en VMAT. Pour ce faire, une génération simultanée de colonnes et de rangées est développée, afin de relier les colonnes, contenant la configuration des ouvertures de faisceaux, aux rangées du modèle, représentant la restriction de temps de traitement. De plus, nous proposons une technique de regroupement par grappe modifiée, afin d'agréger des éléments de volume similaires du corps du patient, et de réduire efficacement le nombre de contraintes dans le modèle. Les résultats de calcul montrent qu'il est possible d'obtenir un traitement de haute qualité sur quatre processeurs en parallèle. Dans le deuxième essai, nous développons une approche de planification automatique intégrant les critères de l'histogramme dose-volume (DVH). Les DVH sont la représentation de dose la plus courante pour l'évaluation de la qualité de traitement en technologie VMAT. Nous profitons de la procédure itérative de génération de colonnes pour ajuster les paramètres du modèle lors de la génération d'ouverture, et répondre aux critères DVH non linéaires, sans tenir compte des contraintes dures dans le modèle. Les résultats sur les cas cliniques montrent que notre méthodologie a été significativement améliorée, pour obtenir des plans cliniquement acceptables sans intervention humaine par rapport à une simple optimisation VMAT. De plus, la comparaison avec un système de planification de traitement commercial existant montre que la qualité des plans obtenus à partir de la méthode proposée, en particulier pour les tissus sains, est largement meilleure alors que le temps de calcul est moindre. Dans le troisième essai, nous abordons la planification de traitement en IMRT, qui est formulée comme un problème d'optimisation convexe à grande échelle, avec un espace de faisabilité simplex. Nous intégrons d'abord une nouvelle approche de solution basée sur la méthode Frank-Wolfe, appelée Blended Conditional Gradients, dans la génération de colonnes, pour améliorer les performances de calcul de la méthode. Nous proposons ensuite une technique de génération de colonnes multi-objectif, pour obtenir directement des ouvertures qui se rapprochent d'un ensemble efficace de plans de traitement non dominés. A cette fin, nous trouvons les limites inférieure et supérieure du front de Pareto, et générons une colonne avec un vecteur de poids des objectifs pré-assigné ou nouveau, réduisant la distance maximale de deux bornes. Nous prouvons que cet algorithme converge vers le front de Pareto. Les résultats de recherche d'un bon compromis de traitement entre la destruction des volumes cibles et la protection des structures saines dans un espace objectif bidimensionnel, montrent l'efficacité de l'algorithme dans l'approche du front de Pareto, avec des plans de traitement livrables en 3 minutes environ, et évitant un grand nombre de colonnes. Cette méthode s'applique également à d'autres classes de problèmes d'optimisation convexe, faisant appel à la fois à une génération de colonnes et à une optimisation multi-objectifs.  ABSTRACT: The statistics have estimated about 18.1 million cancer cases in 2018 around the world, which is expected to increase to 24 million by 2035. Radiation therapy is one of the most important cancer treatment methods, which about 50% of patients receive during their illness. This method works by damaging the genetic material within cancerous cells and destroying their ability to reproduce. However, normal cells are also affected by radiation; therefore, the treatment should be performed in such a way that it maximizes the dose of radiation to tumors, while simultaneously minimizing the adverse effects of radiations to healthy tissues. The optimization techniques are useful to determine where and how much radiation should be delivered to patient's body. In this project, we address the intensity-modulated radiation therapy (IMRT) as a widelyused external radiotherapy method and also a novel form called volumetric modulated arc therapy (VMAT). In IMRT, a finite number of directions are determined for the beam radiation, while in VMAT, the linear accelerator rotates around the patient's body while the beam is on. These technologies give us the ability of changing the beam shape and the dose rate dynamically during the treatment. The treatment planning problem consists of selecting a delivery sequence of beam shapes, optimizing the dose rate of the beam, and determining the rotation speed of the gantry, if required. In this research, we take advantages of the column generation technique, as a leading optimization method specifically for large-scale problems, to improve the treatment time and non-linear non-convex clinical objectives in VMAT treatment planning, and also develop a new multi-objective column generation framework for IMRT. In the first essay, we develop a novel column generation algorithm optimizing the trade-off between delivery time and treatment quality for VMAT treatment planning. To this end, simultaneous column-and-row generation is developed to relate the configuration of beam apertures in columns to the treatment time restriction in the rows of the model. Moreover, we propose a modified clustering technique to aggregate similar volume elements of the patient's body and efficiently reduce the number of constraints in the model. The computational results show that a high-quality treatment is achievable using a four-thread CPU. In the second essay, we develop an automatic planning approach integrating dose-volume histogram (DVH) criteria, the most common method of treatment evaluation in practice, for VMAT treatment planning. We take advantage of the iterative procedure of column generation to adjust the model parameters during aperture generation and meet nonlinear DVH criteria without considering hard constraints in the model. The results on clinical cases show that our methodology had significant improvement to obtain clinically acceptable plans without human intervention in comparison to simple VMAT optimization. In addition, the comparison to an existing commercial treatment planning system shows the quality of the obtained plans from the proposed method, especially for the healthy tissues, is significantly better while the computational time is less. In the third essay, we address the IMRT treatment planning, which is formulated as a large scale convex optimization problem with simplex feasibility space. We first integrate a novel Frank-Wolfe-based solution approach, so-called Blended Conditional Gradients, into the column generation to improve the computational performance for the method. We then propose a multi-objective column generation technique to directly obtain apertures that approximate an efficient non-dominated set of treatment plans. To this end, we find lower and upper bounds for the Pareto front and generate a column with a pre-assigned or new weight-vector of the objectives, reducing the maximum distance of two bounds. We prove this algorithm converges to the Pareto front. The results in a two-dimensional objective space to find the trade-off plans between the treat of target volumes and sparing the healthy structures show the efficiency of the algorithm to approximate the Pareto front with deliverable treatment plans in about 3 minutes, avoiding a large number of columns. This method is also applicable for other classes of convex optimization problems requiring both column generation and multi-objective optimization.


identifier: Fortin, S. (2019). Étude de bistabilité des bulles ellipsoïdales par une méthode ALE de résolution des écoulements diphasiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente le développement, la vérification et la validation d'une méthode de résolution des écoulements à phases séparées. L'objectif principal de cet outil consiste à simuler avec précision les phénomènes physiques à petite échelle dans les écoulements aérés au voisinage d'une ou plusieurs bulles. La méthode est basée sur une formulation lagrangienne-eulerienne arbitraire (ALE) des équations de Navier Stokes et la méthode des éléments finis (MEF). Une description lagrangienne de l'interface permet l'imposition directe des conditions telle que la tension superficielle. De plus, une approche monolithique d'assemblage des équations permet une résolution accrue pour les problèmes diphasiques comportant des fluides de propriétés largement différentes comme l'eau et l'air. La méthode développée est rigoureusement vérifiée et validée à l'aide de solutions analytiques et de cas tests tels que l'oscillation d'une bulle et l'ascension d'une bulle. Les résultats démontrent la précision de la méthode ainsi que sa capacité à reproduire des phénomènes réels. On étudie également la dispersion de la vitesse d'ascension des bulles ellipsoïdales que l'on croit être un phénomène de bistabilité. On verra qu'il est actuellement impossible de tirer une conclusion à ce sujet puisque seulement des bulles rapides sont observées. Mots-clés : Écoulements diphasiques, méthode de éléments finis, langrangienne-eulerienne arbitraire, phases séparées, tension superficielle, bulles ellipsoïdales.  ABSTRACT: This thesis presents the implementation, verification and validation of a method for solving separated two phase flows. The main objective of this method is to simulate with precision small scale physical mechanics of aerated flows around one or few bubbles. The method is based on an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation for the Navier-Stokes equations combined with the Finite Element Method (FEM). A Lagrangian description of the interface between both phases allows a direct application of interface conditions including surface tension. A monolithic approach of assembling equations leads to an accurate resolution for sovling two-phase flow with large property differences such as air and water. The developed method is rigorously verified and validated using analytical solutions and benchmark tests such as bubble oscillations and rising bubbles. Results show the method precision and its capacity to represent real life phenomena. The rise velocity dispersion of ellipsoidal bubbles vas also studied which is believed to be a bistability. No conclusion can be made, however, since only fast bubbles are obtained. Keywords: Separated Two-Phase Flows, Finite Element Method, Arbitrary Lagrangian-Eulerian, Surface Tension, Ellipsoidal Bubbles


identifier: Touw, A. (2019). État des infrastructures et innovation dans leur construction : une analyse économétrique du réseau québécois  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis quelques années, le gouvernement québécois prend le pas de la problématique du vieillissement de son réseau d'infrastructures en mettant en place de grandes politiques d'investissements. Le Plan Québécois des Infrastructures 2019-2029 prévoit ainsi un montant total d'investissements de près de 115,4 milliards de dollars (CAD) dont la grande majorité est réservée au maintien de l'offre de service (environ 80%). La priorité est mise sur l'accélération de la remise en état de ses infrastructures les plus vétustes (rétablissement de l'état de l'infrastructure ou remplacement dans le cas le plus extrême) mais prévoit également de plus simples rénovations ou améliorations des structures en mauvais état. Nous avons décidé de nous intéresser tout particulièrement aux 19,4 milliards qui concernent les remplacements des infrastructures au travers de l'étude d'une base des données des structures remplacées par le Ministère des Transports du Québec sur la période 1990-2019. Cet intérêt particulier pour les remplacements vient du cas d'étude idéal des passerelles Barr et Isabey-Darnley à Montréal qui sont à l'origine de la démarche de ce mémoire. Ces deux passerelles sont soumises aux mêmes contraintes extérieures et ont été remplacées à un an d'intervalle, la première par une nouvelle structure en béton armé, l'autre par une structure en Béton Fibré à Ultra Hautes Performances développé dans les laboratoires de l'École Polytechnique de Montréal. La situation de ces deux passerelles permettra à la Ville de Montréal d'étudier l'évolution de l'état des deux structures et de les comparer au fil du temps, la passerelle Barr jouant le rôle de structure de contrôle tandis que la passerelle Isabey-Darnley construite dans un matériau nouveau jouera le rôle de la structure test. C'est cette démarche de comparaison de structures similaires que nous avons essayé de reproduire dans ce mémoire. Nous nous efforcerons donc d'abord de dresser un portrait de l'état du parc d'infrastructures du Ministère des Transports du Québec et de le modéliser à l'aide de méthodes statistiques d'une part, de décrire le sous-groupe de structures remplacées ainsi que les structures qui les remplacent. Nous nous attarderons tout particulièrement sur les structures remplacées par des structures d'un type autre que leur type initial ainsi que sur les facteurs explicatifs de ces remplacements particuliers. Enfin, nous chercherons à étudier le lien entre cette décision de remplacer une structure par une structure d'un type différent et l'état de la structure qui sera caractérisé par l'Indice de Condition Générale (ICG). Le cas général sera abordé à l'aide de méthodes économétriques d'inférence causale et d'estimation d'effet de traitement en particulier via une méthode d'appariement par score de propension. Ces méthodes nous permettent de comparer des structures en contrôlant pour un vecteur de covariables défini et ainsi nous assurer de comparer des observations similaires ou réellement comparables entres-elles. Certains cas particuliers bien spécifiés seront discutés. Après constitution d'une base de données par association de plusieurs bases fournies, ou rendues disponibles, par le Ministère des Transport, les analyses descriptives de l'état du réseau sont effectuées sur 11 455 observations, parmi lesquelles nous traitons plus en détail 1636 observations de remplacement sur la période 1990-2019. Il apparaît alors que, pour le cas général, remplacer une structure par une structure d'un autre type a un effet positif sur l'état de la structure. Ce résultat est confirmé lorsque l'on s'intéresse uniquement aux remplacements des ponts acier-bois mais est opposé lorsque l'on considère uniquement les remplacements des ponts à poutres en béton armé. Ces différences de résultats entre une étude globale sur tout le réseau d'infrastructures et d'autres plus précises basées uniquement sur certains types particuliers rendent compte des difficultés que l'on peut avoir à remplacer l'expérience quasi-naturelle qui consiste à comparer les évolutions de deux structures soumises aux mêmes conditions environnementales mais qui diffèrent par leur type ou leur matériau. L'objectif de ce mémoire est donc de mettre en exergue la possibilité de mise en place de démarches d'analyse au travers de certaines méthodes économétriques et de dégager des tendances ou des pistes de réflexion au lecteur qui pourraient conduire à de futures études sur la gestion d'un parc d'infrastructures.  ABSTRACT: In recent years, the Quebec government tries to tackle its aging infrastructure network problem by initiating major investment policies. The Quebec  Infrastructures Plan 2019-2029 thus provides for a total investment of 115,4 billion (CAD), nearly 80% of which is reserved for maintaining the service offering. The priority is put on accelerating the rehabilitation of its most obsolete infrastructure (restoration of the condition of the infrastructure or replacement in the most extreme cases) but also provides for simpler renovations or improvements to structures in poor condition. We have decided to pay special attention to the 19,4 billion dedicated to infrastructure replacements through the study of a database of structures replaced by the Ministère des Transports du Québec over the period 1990-2019. This particular interest in replacements comes from the ideal case study of the Barr and Isabey-Darnley pedestrian bridges in Montreal, which are at the origin of the approach of this document. These two bridges are subject to the same external constraints and have been replaced one year apart, the first by a new reinforced concrete structure, the other by an Ultra High Performance Fiber Concrete structure developed in the laboratories of the École Polytechnique de Montréal. The ideal situation of these two bridges will allow Ville de Montréal to study the evolution of the condition of the two structures and compare them over time, with the Barr pedestrian bridge acting as a control structure and the Isabey-Darnley pedestrian bridge built in a new material playing the role of the test structure. It is this process of comparing similar structures that we have tried to reproduce in this document. We will therefore first attempt to draw up a picture of the state of the Ministère des Transports du Québec's infrastructure network and model it using statistical methods, on the one hand, and to describe the sub-group of replaced structures and the structures that replace them, on the other. We will focus in particular on structures replaced by structures of a type other than their initial one and on the factors explaining these particular replacements. Finally, we will investigate the relationship between this decision to replace a structure with a different type of structure and the condition of the structure that will be characterized by the General Condition Index (GCI). The general case will be addressed using econometric methods of causal inference and treatment effect estimation, in particular through a propensity score matching method. These methods allow us to compare structures by controlling for a chosen vector of covariates and thus ensure that we compare similar observations with each other. Some specific cases will be discussed. After setting up a database by combining several databases provided by the Ministry of Transport, descriptive analyses of the state of the network will be carried out on 11 455 observations. We will deal in more detail with 1636 replacement observations over the period 1990-2019. We find that, for the general case, replacing a structure with a different type of structure has a positive effect on its global condition. This result is confirmed when we only study the remplacements of steel-wood bridges but is opposite when we only study the ones of reinforced concrete beam bridges. These differences in results between a global study on the entire infrastructure network and more precise studies based only on specific types of infrastructure reflect the difficulties that may be encountered in replacing the quasi-natural experience of comparing the evolution of two structures that are subject to the same environmental conditions but differ in type or material. The objective of this thesis is therefore to highlight the possibility of implementing analytical approaches through certain econometric methods and to identify trends or interesting tracks to the reader that could lead to future studies on the management of an infrastructure network.


identifier: Serre, A. (2019). Optimal Change Point Detection by Error Maximization  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'entreprise PREDICT qui est notre partenaire sur ce projet est entre autres spécialisé dans la surveillance d'installations industrielles. Cela consiste à surveiller certains paramètres mesurés sur un équipement (comme par exemple des mesures de température, pression, vibrations etc...) au cours du temps de manière à détecter d'éventuels signes précurseurs d'une panne. Cette tâche nécessite très souvent de détecter au préalable les instants auxquels des opérations de maintenance ont été effectuées, ou encore où l'usage fait de l'équipement change. De plus, la détection doit être faite simplement à l'aide des mesures surveillées, sans accès à de l'information supplémentaires à propos des événements à détecter. Ce problème peut être formulé comme un problème de détection de ruptures, qui consiste à estimer les instants où les propriétés statistiques d'une série temporelle changent de manière abrupte. La détection de ruptures a énormément été étudié en traitement du signal, et a des applications dans de nombreux domaines tels qu'en bioinformatique, en analyse du climat, en finance, en traitement de la parole, ainsi qu'en maintenance conditionnelle. Dans la littérature, de nombreuse méthodes fréquentistes existent qui consistent à associer un coût à toute configuration possible des positions des ruptures à l'aide d'un modèle statistique de la série temporelle. Le nombre de ruptures et leur positions sont ensuite estimés en maximisant ce coût sur toutes les configurations possibles. En général, le coût est conçu pour représenter l'ajustement du modèle constant par morceaux associé à la configuration. Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelle approche du problème de détection de ruptures qui consiste à maximiser la différence des propriétés statistiques entre segments consécutifs séparés par les points de ruptures. Pour cela, nous développons un nouveau type de fonction objectif basé sur la différence de propriétés statistiques, par opposition aux fonctions objectif basées sur l'ajustement utilisées dans la littérature. Étant donné que ce nouveau type de fonction objectif n'est pas compatible avec les algorithmes existants, nous introduisons également deux algorithmes permettant la résolution du problème d'optimisation correspondant à cette nouvelle fonction objectif. Nous comparons les performances de cette nouvelle approche avec trois méthodes issues de la littérature. Deux d'entre elles, appelées Pruned Exact Linear Time and Segment Neighbourhood sont exacte, tandis que la troisième, Sliding Adjacent Windows est une méthode approximative basée sur une fonction objectif similaire à celle que nous proposons. Nous effectuons cette comparaison à l'aide de deux jeux de données empiriques, dont l'un nous a été fourni par PREDICT et correspond à un cas d'application qui les intéresse. Nous montrons que sur ces deux jeux de données montrent que notre méthode est capable d'estimer la position des ruptures de manière plus précise que les trois méthodes concurrentes. Notre approche peut être appliquée à de nombreux types de séries temporelles différentes, grâce au fait qu'elle peut être combinée avec de nombreux modèles différents pour décrire la série temporelle. De plus, cette approche se révèle efficaces dans des cas d'application concrets de notre partenaire PREDICT.  ABSTRACT: Our partner PREDICT is specialized in condition monitoring of industrial systems, which consists in monitoring certain parameters measured on an equipment (such as temperature,  pressure, vibration) through time in order to detect signs indicative of a developing fault. For performing this task, they often need to detect events such as the occurrence of maintenance operations or changes of the conditions in which the equipment is being operated. This detection task needs to be performed using only the monitored measurements, with no additional external information available about the events. This problem can be formulated as a change point detection problem, which consists in detecting and finding the positions of abrupt changes of the statistical properties of a time-series. Change point detection has been extensively studied in signal processing, and has applications in a wide range of fields such as bioinformatics, climate analysis, finance, speech processing and condition based maintenance. In the literature, many frequentist methods have been developed, where a statistical model of the time-series is used to assign a cost to any possible configuration of the change points. The estimated number and positions of the change points is then obtained by minimizing this cost over the set of all possible configurations. The cost is typically a measure of the goodness of fit of a piecewise constant model that changes at each change point. In this work, we propose a new approach to change point detection that consists in maximizing the discrepancy of the statistical properties between consecutive segments delimited by the change points. We do this by developing a new type of discrepancy-based objective function different from the goodness of fit-based cost functions from the literature. We also propose an appropriate algorithm for solving the associated optimization problem, since our new type of objective function is not compatible with the existing algorithms. We compare the performance of this new approach against two exact methods called Pruned Exact Linear Time and Segment Neighbourhood, as well as an approximate method based on a similar objective function called Sliding Adjacent Windows. This comparison is performed on two real-world datasets, one of them being supplied by our partner PREDICT, and corresponding to a use case they would be interested in. On both of these datasets, we show that our approach is able to estimate the positions of the change points more accurately than the three competitors. Our approach can be applied on a wide range of different types time-series, since it can accommodate many different models for the data. Moreover, it proves to be useful to our partner PREDICT on concrete use cases.


identifier: Sabri, F. (2019). Novel Reversible “Sticky” Particles Grafted With Gelling Polysaccharides to Control the Stability of Pickering Emulsions  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les émulsions de Pickering sont stabilisées par l'adsorption de particules solides à l'interface de deux liquides non miscibles, et ceci sans l'utilisation de surfactants. Ce type d'émulsion peut être retrouvé dans les industries alimentaire, cosmétique, pharmaceutique, dans le traitement des eaux usées ainsi que dans l'exploitation pétrolière. Ainsi, le grand nombre de publications scientifiques concernant les émulsions de Pickering s'attarde tout particulièrement à l'étude du mécanisme de stabilisation ainsi qu'aux effets de la chimie de surface des particules, leur concentration ainsi que leur taille. Cependant, il existe un besoin pour des procédés permettant de briser et de séparer les constituants des émulsions de Pickering, en particulier en utilisant une approche simple, pratique et éco-responsable. Plusieurs procédés industriels utilisant des émulsions de Pickering doivent passer par des étapes de séparation et/ou de déstabilisation. La résistance de ce type d'émulsion à la déstabilisation demeure un challenge restant à être surmonté. Dans la revue de littérature, plusieurs techniques de déstabilisation, notamment mécaniques, électriques et chimiques, sont présentées. Cependant, d'autres approches doivent être développées, en particulier pour les systèmes possédant une viscosité très élevée. Enfin, l'effet de la viscosité elle-même dans ces systèmes reste à être étudié et compris.  ABSTRACT: Pickering emulsions are stabilized by solid particles adsorbed at the interface of two immiscible liquids, with no use of surfactants. They can be found or are considered for applications in various industries such as food, cosmetics, pharmaceuticals, waste water treatment and oil recovery. As can be deduced from the abundant scientific publications on Pickering (solid-stabilized) emulsions, the mechanisms of stabilization and the effects of particle surface chemistry, concentration, and size have been intensively studied. However, complementary investigations are still needed to design and develop processes that can break and separate the constituents of Pickering emulsions - especially via simple, practical and green approaches. For many industrial processes, Pickering emulsion systems need to go under either separation or destabilization. The resistance of these emulsions to breaking remains an open challenge – there is a need for efficient and ecofriendly processes. In the literature review, various destabilization techniques including mechanical, electrical and chemical methods, are presented; however additional approaches are still required, especially for highly viscous systems. Finally, the effect of viscosity remains to be well studied and investigated.


identifier: Nami, H. (2019). Clustering of the White Matter Tracts in the Rat Spinal Cord Based on Quantitative Histology  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La matière blanche de la moelle épinière est vraiment importante pour la transmission de l'information entre le corps et le cerveau et vice-versa. La matière blanche est divisée entre différents faisceaux (tracts) dépendamment de la fonctionnalité de chaque faisceau. Dans les pathologies qui affectent la moelle épinière, c'est normalement les faisceaux de la matière blanche qui sont les plus affectées. Comprendre comment les faisceaux sont divisés est donc important pour mettre en place une méthodologie qui peut facilement identifier les faisceaux sains et les comparer avec ceux qui sont pathologiques. Présentement, les techniques utilisées pour déterminer les faisceaux de la matière blanche sont des techniques relativement anciennes qui utilisent différents types des colorants pour identifier différents types de cellules. Les atlas de matière blanche étaient créés par la suite visuellement en se basant sur ces colorants. En plus, l'atlas était souvent créé sur un seul échantillon (e.g. un rat), ainsi, même avec plusieurs colorants, il n'était pas possible de visualiser tous les faisceaux. Le but de ce projet était justement de créer une méthodologie qui permet de visualiser tous les faisceaux de la matière blanche en combinant une haute résolution en histologie quantitative et un algorithme de regroupement. On a appliqué trois types d'algorithmes de regroupement: l'agglomerative clustering, le k-means clustering et le spectral clustering. On a aussi validé les trois algorithmes visuellement en comparant la position des faisceaux avec les anciens atlas et aussi quantitativement avec la silhouette score et le davies-bouldin score. L'algorithme de l'agglomerative clustering a permis d'identifier des faisceaux similaires à ceux de l'ancien atlas de Paxinos pour le rat que les deux autres algorithmes de regroupement. Par contre, en utilisant les méthodes de validation quantitative, on a constaté que le spectral clustering a un meilleur score (0.43 silhouette et 0.85 davies-bouldin) que les deux autres algorithmes. On peut voir cependant que les clusters de l'agglomerative clustering semble donner de meilleur résultat et plus stable que les deux autres algorithmes. En particulier, on a pu identifier des faisceaux que le paxinos atlas de rat ne comprend pas. En conclusion, on a vu que le fait d'appliquer un algorithme de regroupement sur des données quantitatives d'histologie a donné des résultats comparables avec ce qui est déjà dans la littérature. On pouvait alors essayer d'implémenter ça sur d'autres espèces et sur des données pathologiques pour voir comment les pathologies affectent les faisceauxs de la matière blanche.  ABSTRACT: The white matter tracts in the spinal cord make up the entire cytoarchitecture of how information travels from the body to the brain and vice-versa. It is usually the white matter tracts that are the target of pathologies and thus would impact all the various functions of the body from motor control to loss of organ function. It is therefore quite important to understand how the tracts are grouped and to develop more easily available and simple to use techniques to do so. The methods at this point in time that have been used to characterize the white matter tracts have all been done using manual staining techniques and visual delineation of the tracts based off of these stains. Furthermore, specifically for the rat atlas, the gold standard was done using only a single specimen. Moreover, they were still unable to visualize all of the tracts that based off of the literature are supposed to be there. Therefore, we have developed a pipeline to be able to visualize the tracts of the white matter based solely on high resolution quantitative histology using only one stain to visualize the myelin sheath from which then we can obtain various metric maps such as the axon diameter and density as well as myelin thickness. We applied three clustering algorithms on the averaged metric maps of the 5 rats to visualize the best results for the clustering and then validated them quantitatively. The algorithms we tested were agglomerative clustering, k-means clustering and spectral clustering along with the validation methods of silhouette score and davies-bouldin score. Based on the visual comparison between the results and the gold standard atlases currently in use, agglomerative clustering seemed to have a more representative output in comparison. The clusters also seemed more stable for agglomerative clustering compared to the other two techniques. However, based on the quantitative validation, the silhouette score was higher for spectral clustering (0.43) versus 0.38 and 0.37 for agglomerative clustering and k-means clustering respectively. The davies-bouldin score was better for spectral and k-means clustering (0.85 and 0.87) whereas for agglomerative clustering a score of 2.68 was obtained. All things taken into account however, it would seem that agglomerative clustering with the use of a connectivity matrix gives the most stable and comparable results. Thus, we were able to implement a pipeline using quantitative metrics as the sole inputs to obtain very similar results to the gold standard atlases with an applied clustering algorithm. We can therefore apply this pipeline on other species to investigate the placement of the white matter tracts as well as implement it on pathological data to see how pathologies would affect the white matter tracts.


identifier: Ben Dhieb, F. (2019). High Barrier Water-Based Polymer/Clay Nanocomposite Coating  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Face au besoin urgent de matériaux recyclables, il existe un intérêt croissant pour l'amélioration des emballages existants tels que les emballages multicouches. Cet emballage contient différentes couches de polymères, chacune répondant à un besoin différent, comme la barrière aux gaz, les propriétés mécaniques et la qualité du scellage. Pour assurer la barrière à l'oxygène, la couche barrière est généralement un polymère très peu perméable tel que l'alcool éthylène vinylique (EVOH) et le nylon. Cela présente toutefois des inconvénients tels que le coût et la non recyclabilité de l'emballage. Une alternative intéressante pour remplacer cette couche est l'utilisation d'un revêtement haute barrière. À cette fin, le revêtement nanocomposite a été étudié dans cette thèse. La Montmorillonite (MMT) a été choisie comme charge en raison de sa disponibilité et de son prix abordable. Afin de mieux comprendre l'effet des polymères sur les propriétés de l'argile dans un revêtement nanocomposite, quatre polymères ont été choisis pour étudier les revêtements à base de liaisons hydrogène ; l'oxyde de polyéthylène (PEO), le polyvinylpyrrolidone (PVP), le chitosane (CS) et l'alcool polyvinylique (PVA).  ABSTRACT: With the urgent need for recyclable materials, there's a growing interest for the improvement of existing packaging like the multilayer packaging. This package has different layers of polymers, each one fulfilling a different need like gas barrier, mechanical properties and saleability. To ensure the barrier to oxygen, the barrier layer, is generally a high barrier polymer like ethylene vinyl alcohol (EVOH) and Nylon. This, however, has some drawbacks like the cost and the non recyclability of the package. One interesting alternative to replace this layer is the use of a high barrier coating. To this aim, a nanocomposite coating was the focus of this thesis. Montmorillonite (MMT) was chosen as the filler due to its availability and affordable price. To provide a deeper understanding of the effect of polymers on the properties of clay in a nanocomposite coating, four polymers were chosen to study hydrogen bonding based coatings; polyethylene oxide (PEO), polyvinylpyrrolidone (PVP), chitosan (CS), and polyvinyl alcohol (PVA). Using the Layer by Layer (LbL) deposition technique, two different structures, bilayer and quadlayer were investigated, which differ in the layers number of the repetitive unit (two and four respectively). For the bilayer structure, PVA, PEO and PVP were used with MMT while in the quadlayer structure, two layers of CS were added to the repetitive unit. The advantage of using these three polymers (PEO, PVP, PVA) is that their different structures as well as their different type of hydrogen bonding with MMT, allow an interesting comparison of their effect on clay properties and the nanocomposite permeability.


identifier: Al-Terkawi Hasib, O. (2019). High Quality Delay Testing Scheme for a Self-Timed Microprocessor  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La popularité d'internet et la quantité toujours croissante de données qui transitent à travers ses terminaux nécessite d'importantes infrastructures de serveurs qui consomment énormément d'énergie. Par conséquent, et puisqu'une augmentation de la consommation d'énergie se traduit par une augmentation des coûts, la demande pour des processeurs efficaces en énergie est en forte hausse. Une manière d'augmenter l'efficacité énergétique des processeurs consiste à moduler la fréquence d'opération du système en fonction de la charge de travail. Les processeurs endochrones et asynchrones sont une des solutions mettant en œuvre ce principe de modulation de l'activité à la demande. Cependant, les méthodes de conception non conventionnelles qui leur sont associées, en particulier en termes de testabilité et d'automation, sont un frein au développement de ce type de systèmes. Ce travail s'intéresse au développement d'une méthode de test de haute qualité adressée aux pannes de retards dans une architecture de processeur endochrone spécifique, appelée AnARM. La méthode proposée consiste à détecter les pannes à faibles retards (PFR) dans l'AnARM en tirant profit des lignes à délais configurables intégrées. Ces pannes sont connues pour passer au travers des modèles de pannes de retards utilisés habituellement (les pannes de retards de portes). Ce travail s'intéresse principalement aux PFR qui échappent à la détection des pannes de retards de portes mais qui sont suffisamment longues pour provoquer des erreurs dans des conditions normales d'opération. D'autre part, la détection de pannes à très faibles retards est évitée, autant que possible, afin de limiter le nombre de faux positifs. Pour réaliser un test de haute qualité, ce travail propose, dans un premier temps, une métrique de test dédiée aux PFR, qui est mieux adaptée aux circuits endochrones, puis, dans un second temps, une méthode de test des pannes de retards basée sur la modulation de la vitesse des lignes à délais intégrés, qui s'adapte à un jeu de vecteurs de test préexistant.Ce travail présente une métrique de test ciblant les PFR, appelée pourcentage de marges pondérées (PoMP), ainsi qu'un nouveau modèle de test pour les PFR (appelé test de PFR idéal).  ABSTRACT: The popularity of the Internet and the huge amount of data that is transfered between devices nowadays requires very powerful servers that demand lots of power. Since higher power consumptions mean more expenses to companies, there is an increase in demand for power eÿcient processors. One of the ways to increase the power eÿciency of processors is to adapt the processing speeds and chip activity according the needed computation load. Self-timed or asynchronous processors are one of the solutions that apply this principle of activity on demand. However, their unconventional design methodology introduces several challenges in terms of testability and design automation. This work focuses on developing a high quality delay test for a specific architecture of self-timed processors called the AnARM. The proposed delay test focuses on catching e˙ective small-delay defects (SDDs) in the AnARM by taking advantage of built-in configurable delay lines. Those defects are known to escape one of the most commonly used delay fault models (the transition delay fault model). This work mainly focuses on e˙ective SDDs which can escape transition delay fault testing and are large enough to fail the circuit under normal operating conditions. At the same time, catching very small delay defects is avoided, when possible, to avoid falsely failing functional chips. To build the high quality delay test, this work develops an SDD test quality metric that is better suited for circuits with adaptable speeds. Then, it builds a delay test optimizer that adapts the built-in delay lines speeds to a preexisting at-speed pattern set to create a high quality SDD test. This work presents a novel SDD test quality metric called the weighted slack percentage (WeSPer), along with a new SDD testing model (named the ideal SDD test model). WeSPer is built to be a flexible metric capable of adapting to the availability of information about the circuit under test and the test environment. Since the AnARM can use multiple test speeds, WeSPer computation takes special care of assessing the effects of test frequency changes on the test quality. Specifically, special care is taken into avoiding overtesting the circuit. Overtesting will cause circuits under test to fail due to defects that are too small to affect the functionality of these circuits in their present state. A computation framework is built to compute WeSPer and compare it with other existing metrics in the literature over a large sets of process-voltage-temperature computation points. Simulations are done on a selected set of known benchmark circuits synthesized in the 28nm FD-SOI technology from STMicroelectronics.


identifier: Desjardins, D. (2019). Initialisation automatique des systèmes de contrôle pour la simulation des transitoires de réseau  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un réseau électrique est normalement en régime permanent. Ainsi c'est dans cet état que commencent la plupart des simulations de réseau dans le domaine du temps. Cependant, si la partie purement électrique d'un réseau peut être initialisée via un calcul d'écoulement de puissance, il n'y a pas de solution équivalente pour les systèmes de contrôle. Ce mémoire s'applique à toute méthode de calcul de type EMT (Electromagnetic Transient). Celui-ci possède une fonctionnalité pour modéliser les systèmes de contrôle sous forme de diagramme-blocs dont les variables peuvent être initialisées manuellement. Une erreur ou un manque à ce niveau va créer un régime transitoire virtuel en début de simulation, le temps que le système converge vers son régime permanent. Afin d'éviter ce problème, ce mémoire va présenter un algorithme visant à initialiser automatiquement un système de contrôle à partir des quelques données disponibles grâce au calcul d'écoulement de puissance. Les fonctions de transfert, composants majeurs des systèmes de contrôle, sont étudiées en premier lieu. Une méthode de simulation réduisant les problèmes d'instabilité numérique est proposée avec l'initialisation correspondante. Son utilité est démontrée sur un cas présentant une erreur numérique sur la simulation faite avec le logiciel EMTP (Electromagnetic Transient Program) à très faible pas de temps. La démarche proposée est enfin généralisée aux fonctions de transfert à plusieurs entrées et sorties. Ensuite, cette approche est combinée à la modélisation d'autres éléments présents dans les systèmes de contrôle afin de construire un procédé de simulation avec une initialisation en régime permanent. Le principe est de construire une équation matricielle représentant le comportement du système de contrôle. Cela fait intervenir les variables de ce dernier au pas de temps précédent. Cet historique est initialisé en régime permanent grâce aux données obtenues de l'écoulement de puissance. L'implémentation de la méthode donne un algorithme permettant de simuler une grande variété de diagramme-blocs avec un départ en régime permanent. L'efficacité du procédé d'initialisation est, finalement, démontré dans le cas d'un micro-réseau. Ce dernier change de contrôleur lors de la déconnexion du réseau principal. Il est montré qu'initialiser correctement le nouveau contrôleur permet d'éviter de fortes variations de tensions mesurées dans le cas contraire.  ABSTRACT: As electrical networks are usually in steady-state, it is typically from this state that most time-domain simulations are started. However, if the power parts can be initialized via a power flow calculation, there is no equivalent solution for control systems. The electrical network time-domain simulation software Electromagnetic Transient Program (EMTP) has a functionality to model control systems in the form of block-diagrams whose variables can be initialized manually. An error or a lack at this level will create a virtual transient at the beginning of simulation while the system converges to its steady-state. To avoid this problem, this thesis will present an algorithm which automatically initialize a control system from data available from the steady-state solution. This works is fully applicable to other EMT-type simulation methods and its validity is compared with EMTP (Electromagnetic Transient Program). Transfer functions are studied first as they are major components of control systems. A simulation method that reduces numerical instability is proposed with the corresponding initialization. Its utility is demonstrated on a case presenting a numerical error on EMTP simulation made with a very small time step. The proposed approach is finally generalized to transfer functions with several inputs and outputs. Then, this method is combined with the modeling of other elements present in control systems in order to build a simulation process with steady-state initialization. The principle is to build a matrix equation representing the control system behavior. This involves using variables of the latter at the previous time step. This history is initialized in steady state thanks to data obtained from the power flow. The method implementation gives an algorithm allowing simulation of block-diagrams from steady-state initialization. The effectiveness of the initialization method is finally demonstrated in the case of a microgrid. The latter changes controller when it disconnects from the main network. It is shown that correctly initializing the new controller avoids large voltages variations measured otherwise.


identifier: Wang, L. (2019). Effect of Regrind Content on PP-EVOH Sheets Properties and Effect of Orientation on Permeability of EVOH Multilayer Films  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les emballages alimentaires jouent un rôle clé dans la fraîcheur et la conservation des aliments. Une des fonctions principales des emballages alimentaires est d'empêcher le passage de l'oxygène à travers l'emballage. Ainsi, il est nécessaire d'utiliser des matériaux hautement étanches à l'oxygène pour cet usage. Parmi les différents polymères, Le copolymère éthylène-alcool vinylique (EVOH) a une perméabilité très faible à l'oxygène, c'est pourquoi il est largement utilisé pour les emballages hautement étanches. Cependant, EVOH est sensible à l'humidité et coûteux. Des films multicouches sont utilisés pour diminuer les coûts, et EVOH est habituellement inséré entre deux couches résistantes à l'humidité. L'objectif de ce projet de recherche est de déterminer des méthodes pour réduire les coûts liés à l'EVOH dans les films multicouches.  ABSTRACT: Food Packaging keeps food fresh and extends shelf life. One of the most important functions of food packaging is preventing oxygen transmission through the package. Therefore, it is necessary to use high oxygen barrier materials in food packaging. Among different polymers, Ethylene vinyl alcohol (EVOH) has a very low oxygen permeability and is widely used in high barrier packaging, however, EVOH is an expensive material and sensitive to moisture. Multilayer films are used to decrease the cost and EVOH is usually sandwiched between two moisture barrier layers. The objective of this research was to find the ways to decrease the cost of multilayer films. This thesis begins with reviewing literature. Firstly, the importance and requirements of food packaging, including barrier properties, mechanical properties, thermal properties and optical properties are introduced. The next section in the literature review discusses important aspects of EVOH including its crystallization, nature of good oxygen barrier properties and its moisture sensitivity. Previous studies on EVOH drawbacks and some applications of EVOH multilayer packages are also reviewed. Originality and objectives of this research are presented at the end of literature review.


identifier: Champagne, G. (2019). Outils d'analyse de performance de systèmes d'exploitation avec partitionnement spatial et temporel  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le domaine de l'avionique commerciale, les systèmes informatisés sont de plus en plus nombreux et complexes. Le partage des ressources devient alors une nécessité afin de limiter leur croissance en masse et en coût. Puisque ces systèmes embarqués évoluent dans un environnement imposant des contraintes temporelles et de sécurité très strictes, les systèmes d'exploitation temps réel utilisés doivent être conçus spécialement pour ces conditions. Dans ce contexte, le standard ARINC 653 définissant le comportement et les interfaces de systèmes avec partitionnement spatial et temporel a été publié. Ces systèmes d'exploitation fournissent les garanties nécessaires au partage des ressources dans un domaine temps réel critique. Lors du développement d'applications sur ce genre de systèmes, les techniques de débogage classiques ne sont pas adaptées pour tous les types de problèmes pouvant survenir. En effet, l'arrêt complet de l'exécution d'un programme temps réel influence trop son comportement pour que la chaîne d'évènements menant au problème recherché soit observable. Par conséquent, l'enregistrement d'informations durant l'exécution pour une analyse a posteriori est une méthode avantageuse pour ce type de situation. Le traçage est une technique qui permet aussi de récupérer l'information sur le temps d'exécution de certaines composantes, ce qui peut être utile pour la caractérisation de performances du système. Pourtant, la disponibilité de tels outils pour les systèmes d'exploitation temps réel avec partitionnement spatial et temporel est très limitée en ce moment. Dans ce mémoire, nous présentons un environnement d'analyse de traces pour les systèmes temps réel avec partitionnement spatial et temporel. Nous considérons l'exécution de processus à l'intérieur de partitions et l'ordonnancement de ces deux éléments par le système d'exploitation. Grâce à l'information contenue dans une trace, un historique des états des processus à travers le temps est reconstruit. La solution est testée sur Linux et Xen, deux systèmes pour lesquels nous créons des configurations s'approchant du comportement d'un système d'exploitation avec partitionnement spatial et temporel. Pour montrer l'utilité de cet outil de visualisation pour le diagnostic de problèmes de performances, nous développons un banc d'essai adapté aux systèmes avec partitionnement spatial et temporel. Le banc d'essai est conçu pour être utilisé de façon indépendante ou de pair avec l'environnement d'analyse de traces. Cette deuxième option permet d'identifier automatiquement les valeurs extrêmes dans les résultats afin d'observer l'état du système lors de leurs occurrences. Avec cette fonctionnalité, nous montrons comment notre solution permet aussi le diagnostic de problèmes causés par l'exécution concurrente d'applications mal isolées.  ABSTRACT: Computer systems in commercial avionics keep increasing in number and complexity. To reduce their cost and mass, it becomes highly interesting to share the resources between the different subsystems. Since the applications composing these subsystems must meet particularly stringent time and safety constraints, the operating systems managing them must be conceived with these specificities in mind. The ARINC 653 standard was published to regulate the development of such operating systems that provide very strong guarantees about the space and time isolation of the running applications, to enable the sharing of resources between them. Traditional debugging techniques are not efficient for every type of problems that developers may encounter while designing real-time applications. Entirely stopping the execution of the studied application is not always an option, since it may impact the chain of events leading to the problematic situation. An alternative to this is to record information about the execution, while the applications are running, and to analyze it offline. This information is also useful to compute performance metrics about the system. Unfortunately, the availability of such tools is very limited for operating systems with space and time partitioning. We present a trace analysis framework for operating systems with space and time partitioning. The visualization tool developed covers the scheduling of processes, and partitions containing these processes. With the information available in the operating system trace, a state history of the processes is built and displayed to the user. The solution is tested on Linux and Xen, two systems for which we created configurations to approximate as accurately as possible the behaviour of operating systems with space and time partitioning. To demonstrate the usefulness of this tool, a new portable and open source benchmark was developed especially for this type of operating systems. The benchmark is self-standing, but can optionally be integrated with the proposed trace analysis framework. By using this option, the developed view can be automatically synchronized to the occurrences of outlier values to observe the state of the system at these points. We will show how this functionality can be used to detect isolation problems while running applications concurrently.


identifier: Alizadeh, S. (2019). Environmental risks of silver nanoparticles in attached-growth biological wastewater treatment processes: toxicity, persistence and impacts on effluent quality  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSMÉ: Grâce à leur grande activité antimicrobienne, les nanoparticules d'argent (AgNP) sont les nanoparticules métalliques les plus utilisées de nos jours. Elles sont utilisées dans nombre de secteurs, dont le domaine de la santé, les cosmétiques, les traitements de l'eau et l'industrie alimentaire. Les propriétés « nanospécifiques » de ces nanoparticules pourraient toutefois présenter certains risques écotoxicologiques lors de leur dissémination dans l'environnement. Étant donné leur activité antimicrobienne, les conséquences biologiques que peuvent avoir les AgNP et leur effet inhibiteur potentiel sur les communautés microbiennes présentes dans les procédés biologiques de traitement des eaux usées présentent une préoccupation économique et environnementale.  ABSTRACT: Due to their broad-spectrum antimicrobial activities, silver nanoparticles (AgNPs) are the most widely used metal nanoparticles today. They are used in various sectors including health, cosmetics, water treatment and food industry. The ‘nano-specific' properties of these nanoparticles, however, can lead to eco-toxicological problems when released into the environment. Given the antimicrobial activity of AgNPs, their biological implications and potential inhibitory effects on the microbial communities of biological wastewater treatment processes have become a significant economic and environmental concern. Much effort has been made to study the effects of AgNPs on biological wastewater treatment, but controversy still exists. AgNPs are observed to negatively affect the biological performance and microbial communities in suspended-growth biological wastewater processes at high AgNP doses (>1 mg/L). Yet, the interaction and adverse impact of AgNPs in attached growth process systems are poorly understood.


identifier: Dadouchi, C. (2019). Intégration de contraintes industrielles dans la recommandation de produits pour la prise en compte de la capacité à répondre à la demande  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de recommandations (SRs) ont été développés pour prédire les intérêts des utilisateurs et les assister quant à la surcharge d'informations à laquelle ils peuvent être exposés lors de leurs processus d'achat. De façon spécifique, en vente de détail, ils ont été développés pour personnaliser l'affichage des produits en fonction des prédictions des intérêts des clients en se basant sur leurs comportements passés. Les SRs orientent donc les clients vers des produits spécifiques. Cependant, ils ne tiennent pas compte de la capacité de l'entreprise à répondre à la demande qu'ils induisent. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'améliorer les systèmes de recommandations pour tenir compte de la capacité de l'entreprise à répondre à la demande. Les trois problématiques relatives à la prise en compte de la demande dans la recommandation de produits sont les suivantes : (1) tenir compte de la disponibilité des produits en inventaire, en contexte de e-commerce, (2) tenir compte de la capacité de l'entreprise à livrer les produits dans un délai prédéterminé, en contexte de e-commerce et (3) tenir compte de la disponibilité des produits, en contexte de vente stationnaire et de démarrage à froid. La première contribution propose une méthode d'ajustement des scores de recommandations pour réorienter la demande, en fonction des niveaux de stock des produits et de l'importance perçue des clients pour l'entreprise. La deuxième contribution propose d'ajuster les scores de recommandation en tenant compte des tournées des véhicules programmées et de la localisation des stocks au moment de la recommendation. Et finalement la troisième contribution présente une nouvelle technique de recommandation tenant compte de manière interactive des exigences et des appréciations du client, mais également des données logistiques. Elle permet d'un côté de réaliser des recommandations en contexte de démarrage à froid, et d'un autre côté de tenir compte des contraintes d'approvisionnement de produits. Ces trois contributions permettent d'améliorer les performances des SRs actuels en tenant compte des contraintes logistiques dans la recommandation de produits et donc de ne pas générer de demande qui ne peut être comblée. Les méthodes présentées permettent également d'utiliser les systèmes de recommandations pour augmenter l'agilité de la gestion de la demande. L'utilisation des systèmes de recommandations pour réorienter la demande permet de limiter l'impact potentiel de ruptures ou de surcharges de stock, d'améliorer le taux de remplissage des camions, d'augmenter la satisfaction des clients et d'améliorer la compétitivité de l'entreprise.  ABSTRACT: Recommendation systems have been developed to predict users' interests and assist them with the information overload they may face. Specifically for retail, they have been developed to customize the display of products based on predictions of customer interests based on their past behavior. Recommendation systems therefore direct customers to specific products. However, they do not take into account the ability of the company to meet the demand that it induces. Thus, the objective of this thesis is to improve the recommendation systems to take into account the capacity of the company through its logistic network to meet the demand. The three issues relating to the consideration of demand in the product recommendation are as follows: (1) Take into account the availability of products in inventory, in the context of e-commerce. (2) Take into account company's ability to deliver products within a predetermined period, in the context of e-commerce. (3) Take into account the availability of products in the context of brick and mortar while facing cold start. The first contribution proposes a method of adjusting recommendation scores to redirect demand based on product inventory levels and on the perceived importance of customers for the company. The second contribution proposes to adjust the recommendation scores taking into account scheduled vehicle tours and product locations. And finally the third contribution presents a new technique of recommendation taking into account, through the interaction with the customer, his requirements and his appreciations in the recommendation of products. It allows on one side to perform recommendations in a cold start context, and on the other side to take into account the constraints of supply chain. These three contributions make it possible to take into account supply chain constraints in the product recommendation and thus avoid inducing product demand that cannot be filled. The methods presented also allow the use of recommender systems to increase agility in demand management. The use of recommender systems to redirect demand limits the impact of stockouts or potential inventory overloads, improves truckload rates, increases customer satisfaction and improves competitiveness for the company.