identifier: Jaidi, R. (2020). Quantification des sources et flux de composés azotés et de salinité en contexte minier et évaluation des impacts potentiels sur les eaux naturelles réceptrices  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les effluents miniers constituent souvent des mélanges complexes au sein desquels les contaminants sont susceptibles de provenir de différentes sources. Les opérations minières peuvent notamment augmenter la salinité (i.e. la charge en matière dissoute totale) des eaux et les concentrations de certaines substances indésirables, dont les composés azotés. Bien que la salinité et les concentrations en certains composés azotés (p. ex. : azote ammoniacal) ne soient pas spécifiquement ciblées par des critères inclus aux lois et règlements régissant les activités minières au Québec, ces substances peuvent engendrer la toxicité. D'une part, la salinité des eaux minières provoque la corrosion des équipements et engendre des effets négatifs sur les milieux aquatiques récepteurs, notamment en raison (1) de l'effet d'ions spécifiques, (2) de l'effet combiné de plusieurs ions et (3) du stress osmotique engendré sur les cellules des organismes. La salinité peut de surcroît modifier la spéciation des éléments traces au sein des eaux minières. Les sources de salinité peuvent notamment inclure la recirculation des eaux minières, les procédés de traitement des eaux, le pompage de saumures ainsi que l'utilisation d'agents de déglaçage. D'autre part, les composés azotés, dont l'azote ammoniacal (NH4+/NH3), les nitrites (NO2-) et les nitrates (NO3-), peuvent engendrer la toxicité et contribuer aux processus d'eutrophisation. Ces composés peuvent provenir d'explosifs non détonnés. Les précurseurs de composés azotés précités incluent aussi les cyanures (CN-), les thiocyanates (SCN-), les cyanates (CNO-) et les complexes métalliques de cyanures. Ces derniers peuvent provenir de la destruction incomplète des cyanures utilisés dans les procédés de séparation de l'or. À ce jour, l'identification des substances contribuant à la toxicité des effluents et la discrimination de leurs sources impliquent des défis majeurs pour l'industrie minière. La question revêt une complexité singulière pour les régions minières du Bouclier canadien au Québec et du Canada, lesquelles se caractérisent par un environnement géologique hautement hétérogène et une saisonnalité marquée impliquant des variations spatiotemporelles dans le pouvoir tampon des eaux réceptrices naturelles. Dans le contexte préétabli, l'utilisation des approches combinées impliquant le traçage isotopique et la réalisation d'essais de toxicité sur des mélanges d'eaux naturelles et minières représentent une avenue pertinente à l'identification des sources et flux de contaminants toxiques à l'échelle des sites miniers, en vue d'améliorer les approches de gestion et de traitement des eaux. Ainsi, ce projet de recherche cible la quantification des sources et flux de composés azotés et de salinité des effluents miniers et l'évaluation de la toxicité associée. Les objectifs spécifiques sont les suivants: (1) évaluer l'influence des variations saisonnières et spatiales dans la composition chimique des eaux naturelles sur la toxicité associée à la salinité des effluents miniers, (2) modéliser la composition chimique de mélanges d'effluents et d'eaux naturelles et (3) tester l'applicabilité des approches de traçage isotopique de l'eau (δ2H - δ18O) et de l'azote (δ15N) pour discriminer la provenance des composés azotés des effluents. Des cours d'eau naturels et des effluents miniers ont été échantillonnés. Les sites sélectionnés pour l'échantillonnage des eaux naturelles sont situés dans des bassins versants caractérisés par différents contextes géologiques (roches métamorphiques, volcaniques et sédimentaires). Les campagnes d'échantillonnage y ont été réalisées à différents stades du cycle hydrologique saisonnier (été 2018, automne 2018, hiver 2019 et printemps 2019). Ainsi, les échantillons disponibles sont jugés représentatifs d'un éventail de conditions prévalant en Abitibi-Témiscamingue. Ces eaux naturelles ont été mélangées, en laboratoire, à des effluents miniers réels et synthétiques, en différentes proportions (0-100%). Les mélanges ainsi produits ont été soumis à des analyses de toxicité aquatique aiguë de courte durée sur le crustacé Daphnia magna, selon des protocoles standardisés, en partenariat avec le Centre d'Expertise en Analyse Environnementale du Québec (CEAEQ). Les résultats montrent que les taux de mortalité et d'immobilité sont quasi absents pour toutes les eaux de dilution utilisées. Afin de déterminer le seuil à partir duquel la salinité est susceptible d'engendrer la toxicité au sein du mélange d'effluents et d'eaux naturelles, un effluent a été modifié, pour simuler l'augmentation de la salinité à l'hiver, par l'ajout de NaCl et CaCl2.2H2O à raison de 1,58 g/L et 4,1 g/L, respectivement. Les résultats obtenus lors des essais réalisés avec l'effluent à salinité augmentée montrent que l'effet de toxicité a été significatif en utilisant l'eau de dilution du site S#2. Cette observation suggère que la sensibilité des eaux naturelles face aux effluents salins pourrait être dépendante de leur composition initiale. La salinité liée aux ajouts de NaCl et de CaCl2.2H2O entraînent la mortalité et l'immobilité de la D. magna pour les concentrations respectives 1,58 g/L et 4,1 g/L. La dilution par l'ajout de l'eau lors des essais de toxicité suggère que la toxicité des composés est à environ 50% de la concentration initiale. Une campagne d'échantillonnage a de surcroît été réalisée afin d'obtenir un portrait exhaustif de la composition isotopique de l'eau et des composés azotés en différents points d'un site minier (site M1), depuis les eaux d'exhaures jusqu'à l'effluent final. Les échantillons des eaux minières ont été analysés pour les isotopes stables de la molécule d'eau (δ2H - δ18O) et de l'azote (δ15N - NH4+). Les travaux de laboratoire ont permis d'immobiliser l'azote présent sous forme de nitrate et d'azote ammoniacal dans les eaux minières. Les isotopes stables de la molécule d'eau ont été étudiés afin d'évaluer les taux d'évaporation (evaporation over inflow, E/I) à l'échelle du site. Des bilans isotopiques (avec δ2H - δ18O) ont également permis la détermination des contributions relatives de différentes sources dans des effluents constituant des mélanges. La combinaison des résultats d'analyses physico-chimiques des composés azotés avec les bilans isotopiques s'est avérée être une approche pertinente pour évaluer la contribution de différentes sources à des mélanges. Les données relatives aux isotopes stables de la molécule d'eau (δ2H - δ18O) ont montré que les échantillons prélevés sont enrichis en isotopes lourds par rapport aux précipitations locales et définissent une droite évaporatoire locale (DEL). Les calculs de bilans réalisés à partir de ces données permettent une estimation des taux d'évaporation à l'échelle du site minier, lesquels varient entre 1 et 44% selon les sites de prélèvement. Les résultats des isotopes de l'azote (δ15N - NH3), déterminés sur les sites prélevés sur la mine M1, ont montré une large gamme de valeurs, de 7,5‰ à -10,4‰. Les variations observées sont expliquées par des processus de nitrification et/ou la volatilisation de l'azote ammoniacal. La diminution de la concentration de NH4+ avec la diminution des valeurs de δ15N pourrait aussi être expliquée par l'adsorption de l'azote ammoniacal sur la surface des particules en suspension. De plus, certains mélanges ont été modélisés à l'aide du logiciel The Geochemist's Workbench (GWB) pour déterminer le pouvoir tampon des eaux naturelles en périodes de crue et d'étiage. Le projet a permis de développer les connaissances sur la toxicité causée par la salinité des effluents miniers dans les régions caractérisées par une saisonnalité marquée et un environnement géologique présentant une diversité significative. De plus, la présente étude a permis d'évaluer le potentiel des approches de traçage isotopique permettant de discriminer la provenance de l'eau et des composés azotés dans les effluents miniers. Ces informations seront utiles afin d'optimiser les approches de gestion et de traitement des effluents miniers en amont du rejet à l'environnement. Les approches de traçage isotopique ne sont pas utilisées de façon standard dans l'industrie minière et en ce sens, le présent projet revêt une originalité singulière. Ce projet a été réalisé en partenariat avec l'industrie minière dans le cadre d'un stage MITACS Accélération, ce qui permettra le développement des approches novatrices pour le partenaire. Sur le plan scientifique, le traçage isotopique en contexte minier contribuera à établir des protocoles standardisés permettant l'application de ces approches pour des projets appliqués, en contexte minier. Sur le plan sociétal, de telles avancées contribueront à positionner le Canada à titre de leader mondial sur le plan de la réduction des impacts environnementaux associés aux opérations minières vers un développement minier durable.  ABSTRACT: Mine effluents often consist in complex mixtures in which contaminants are likely to originate from different sources. Mining operations can increase the salinity (i.e. the total load of dissolved solids) of water and the concentrations of certain undesirable substances, including nitrogen compounds. Although the salinity and the concentrations of certain nitrogenous compounds (e.g. ammoniacal nitrogen) are not specifically targeted by criteria included in the laws and regulations governing mining activities in Quebec, these substances can cause toxicity. On the one hand, the salinity of mining water causes the corrosion of equipment and generates adverse effects on receiving aquatic environments, in particular due to (1) the effect of specific ions, (2) the combined effect of several ions and (3) the osmotic stress generated on the cells of the organisms. In addition, changes in salinity can modify the speciation of trace elements in mining waters. The sources of salinity can include the recirculation of mine water, chemicals added during water treatment processes, the effects of deep brines, and the use of de-icing agents. On the other hand, nitrogen compounds, including ammoniacal nitrogen (NH4+/NH3), nitrites (NO2-) and nitrates (NO3-) can cause toxicity and contribute to eutrophication processes. These compounds can originate from undetonated explosives. The precursors of nitrogenous compounds mentioned above also include cyanides (CN-), thiocyanates (SCN-), cyanates (CNO-) and cyanides-metal complexes. The latter may originate from the incomplete destruction of cyanides used in gold separation processes. To date, the identification of substances contributing to the toxicity of mine effluents and the discrimination of their sources pose major challenges for the mining industry. The question is of complexity for the mining regions of the Canadian Shield in Quebec and in Canada, which are characterized by a highly heterogeneous geological environment and marked seasonality involving spatiotemporal variations in the buffering capacity of natural waters receiving mine effluents. In this context, the use of combined approaches involving isotopic tracing and the toxicity tests conducted on mixtures of natural and mining waters represents a relevant avenue for the identification of the sources and impacts of toxic contaminants in mining sites, with a view to improving water management and treatment approaches. Thus, this research project targets the quantification of the sources and fluxes of nitrogen compounds and salinity in mining effluents and the evaluation of their toxicity. The specific objectives are (1) to assess the influence of seasonal and spatial variations in the chemical composition of natural waters on the toxicity associated with the salinity of mining effluents, (2) to model the chemical composition of mixtures of effluents and natural waters and (3) to test the applicability of isotopic tracing approaches using the stable isotopes of water (δ2H - δ18O) and nitrogen (δ15N) to decipher the origin of nitrogen compounds and other dissolved species in mine effluents. Natural streams and mine effluents were sampled. The sites selected for sampling natural waters are located in watersheds characterized by different geological contexts (metamorphic, volcanic and sedimentary rocks). The sampling campaigns were carried out there at different stages of the seasonal hydrological cycle (summer 2018, fall 2018, winter 2019 and spring 2019). Thus, the available samples are considered representative of a wide range of conditions prevailing in Abitibi-Témiscamingue. These natural waters were mixed with real and synthetic mining effluents, in different proportions (0-100%). The mixtures thus produced were subjected to short-term aquatic acute toxicity tests on the crustacean Daphnia magna, according to standardized protocols, in partnership with the Centre d'Expertise en Analyse Environnementale du Québec (CEAEQ). The results showed that the mortality and immobility rates are almost absent for all the dilution waters used. In order to determine the threshold from which the salinity is likely to generate toxicity within the mixture of effluents and natural waters, an effluent was modified, to simulate the increase of salinity during the winter, by adding NaCl and CaCl2.2H2O to concentrations reaching 1.58 g / L and 4.1 g / L, respectively. The results obtained during the tests carried out with the aforementioned saline effluent show that the toxicity effect was significant for the dilution water used from the site S#2. This observation suggests that the sensitivity of natural waters to saline effluents may be dependent on their initial composition. The salinity associated with the addition of NaCl and CaCl2.2H2O leads to mortality and immobility of D. magna for the respective concentrations of 1.58 g / L and 4.1 g / L. Dilutions during toxicity tests suggest that the toxicity associated with the salinity is observed at approximately 50% of the initial concentration. A sampling campaign was further realized in order to document the isotopic composition of water and nitrogen compounds at different points within a mining site (site M1). The mine water samples were analyzed for stable isotopes of the water molecule (δ2H - δ18O) and nitrogen (δ15N - NH3). Laboratory work was conducted to isolate the nitrogen present in the form of nitrate and ammoniacal nitrogen. The stable isotopes of the water molecule were investigated to assess evaporation over inflow (E/I) ratios. Isotope balances (based on δ2H - δ18O) have also allowed the determination of relative contributions of different sources in mixed effluents. The combined use of chemical analyzes of nitrogen compounds with isotope balances has proven to be a relevant approach to assess the contribution of different sources to mixtures. The δ2H - δ18O data further revealed that the sampled mine waters are enriched in heavy isotopes with respect to local precipitation and define a local evaporation line (LEL). The isotope balance calculations based on these data allowed an estimation of evaporation rates at a mining site scale, which vary between 1 and 44%. The δ15N - NH3 data obtained at the M1 mine showed a wide range of values, from 7.5‰ to -10.4‰. The observed variations are likely explained by nitrification processes and/or by the volatilization of ammoniacal nitrogen. The decrease in the concentration of NH4+ with the decrease in the values of δ15N - NH4+ could also be explained by the adsorption of ammoniacal nitrogen on the surface of the suspended particles. In addition, some mixtures have been modeled using The Geochemist's Workbench (GWB) software to determine the buffering capacity of natural waters during high and low flow periods. The project allowed for improving the knowledge on the salinity-related toxicity of mine effluents in regions characterized by marked seasonality and a geological environment with significant diversity. In addition, the present study assessed the potential of isotope tracing approaches to discriminate the origin of water and nitrogen compounds in mine effluents. This information will be useful in order to optimize the management and treatment of mine effluents. Isotopic tracing approaches are rarely used in the mining industry and in this sense, the present project has a singular originality. This project was carried out in partnership a mining company as part of a MITACS Acceleration internship, which will allow for the development of innovative approaches for the industrial partner. On the scientific level, isotope tracing in a mining context will contribute to establish standardized protocols allowing for the application of these approaches in a mining context. From a societal perspective, such advances will help position Canada as a world leader in reducing the environmental impacts associated with mining operations, toward a sustainable mining.


identifier: Comeau, C. (2020). Seismic Behaviour and Design of Two-Bay Steel Multi-Tiered Braced Frames and Other Special Steel Concentrically Braced Frames in Single-Storey Buildings  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Pour les structures de bâtiments en acier de grande hauteur comme les centres sportifs, les hangars d'avions, les bâtiments industriels ou les entrepôts, il est courant d'utiliser des contreventements concentriques en treillis à segments multiples (CCSM). Ces CCSM sont constitués de plusieurs panneaux contreventés superposés sur la hauteur de l'étage. Chacun de ces panneaux est appelé un segment. Cette configuration de contreventements résulte en l'utilisation de diagonales plus courtes, ce qui permet généralement de minimiser l'aire des sections choisies et de respecter plus facilement les critères d'élancement et de rapport largeur sur épaisseur. Des bielles intermédiaires sont placées entre chaque segment contreventé, afin de résister aux efforts axiaux débalancés des diagonales qui surviennent lorsque les diagonales flambent en compression. La redistribution de ces efforts axiaux débalancés au moyen des bielles permet d'éviter un comportement de cadre contreventé en « K », pour lequel les colonnes doivent résister d'importantes sollicitations flexionnelles dans le plan du cadre. Dans des CCSM, les colonnes sont généralement constituées de profilés en I orientés de tel manière à ce que le flambement hors plan survienne autour de l'axe fort du profilé, sur toute la hauteur de l'étage.  ABSTRACT: In tall single-storey steel structures such as sports facilities, airplane hangars, industrial buildings or warehouses, multi-tiered concentrically braced frames (MT-CBFs) are commonly used. MT-CBFs consist of a bracing system where multiple braced panels are stacked over each other along the storey height. Each panel is referred to as a tier. This bracing configuration results in shorter braces, which typically leads to minimized brace sections and easier compliance with slenderness and width-to-thickness requirements. Intermediate struts are provided at tier levels, to resist unbalanced brace axial loads that develop after the compression braces have buckled. This redistribution of unbalanced axial loads through struts prevents undesirable K-braced frame behaviour, where the columns must resist large in-plane flexural demands. The columns typically consist of I-shaped members oriented such that strong-axis bending is utilized to resist out-of-plane bending moments over the frame height. Struts allow the columns to be laterally braced at tier levels for weak-axis buckling. Results from previous studies showed that under seismic loading inelastic deformations in MT-CBFs tend to concentrate in one critical tier. Two major concerns arise from this phenomenon. On one hand, significant inelastic deformations can occur in the bracing members of the critical tier, which may result in brace fracture due to low cycle fatigue. On the other hand, concentration of inelastic drifts in one tier leads to in-plane bending demands in the columns, which may cause instability. Both Canadian and American seismic design provisions require MT-CBFs to be designed for seismic loading assuming a concentration of inelastic deformations in one tier.


identifier: Couillaud, O. (2020). Le genre dans l'éducation entrepreneuriale : une analyse exploratoire inspirée de la fouille de textes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré des données qui indiquent une amélioration de la place des femmes en entrepreneuriat, de nombreuses études ont démontré que les femmes sont globalement moins présentes dans le cycle entrepreneurial que les hommes (Bosma & Kelley, 2019; Marlow & Patton, 2005). Le sort du Québec n'est pas différent, il se positionne même moins bien que certains autres pays développés par rapport à la parité homme/femme en entrepreneuriat avec un ratio de 0,75 femme pour chaque homme entrepreneur (St-Jean & Duhamel, 2019). Certaines perspectives psychologiques, dont les théories identitaires, et certaines perspectives féministes et sociales nous ont amenés à nous questionner quant à l'impact du langage comme vecteur de transmission du stéréotype masculin dans le domaine entrepreneurial. Ce projet a donc pour objectif principal de vérifier dans quelle mesure le langage utilisé dans l'enseignement de l'entrepreneuriat au Québec est genré. Ainsi, d'une façon exploratoire, nous pourrions vérifier si cette variable aurait lieu d'être incluse dans les modèles d'intentions entrepreneuriales. Il est attendu que ce projet mette en lumière quel est le langage utilisé qui crée, renforce et contribue aux inégalités de genre, un enjeu social très important dans le contexte actuel. Nous répondrons à cet objectif grâce à l'analyse de 66 livres issus de bibliographies de plan de cours d'entrepreneuriat donnés dans des universités québécoises, grâce à des méthodes de fouille de textes. Les principaux résultats montrent que ces livres sont à très forte connotation masculine, ce qui ne s'écarte pas des représentations habituelles et historiques que l'on se fait de l'entrepreneuriat comme concept masculin. Nous espérons que ce projet ouvrira la porte à de futures recherches mesurant l'impact de ce langage sur l'identité des jeunes femmes. Finalement, nous pensons que cette recherche offrira une opportunité aux acteurs de l'enseignement entrepreneurial, de participer à l'amélioration de la perception des femmes de l'entrepreneuriat, par l'utilisation d'un langage plus neutre et inclusif. Mots clés : entrepreneuriat, genre, langage, fouille de textes, éducation, enseignement  ABSTRACT: Despite data indicating an improvement in the place of women in entrepreneurship, numerous studies have shown that women are less present overall in the entrepreneurial cycle than men (Bosma & Kelley, 2019; Marlow & Patton, 2005). The fate of Quebec is no different, it is even worse than some other developed countries in terms of gender parity in entrepreneurship with a ratio of 0.75 women for each male entrepreneur (St-Jean & Duhamel, 2019). Some psychological perspectives, including identity theories, and some feminist and social perspectives have led us to question the impact of language as a vector for transmitting the masculine stereotype in the entrepreneurial field. The main objective of this project is therefore to verify to what extent the language used in the teaching of entrepreneurship in Quebec is gendered. So, in an exploratory way, we could check if this variable should be included in the models of entrepreneurial intentions. This project is expected to highlight the language used to create, strengthen and contribute to gender inequalities, a very important social issue in the current context. To do so, we will analyze 66 books from bibliographies of entrepreneurship course outlines given in Quebec universities, using text mining methods. The main results show that these books have a very strong masculine connotation, which does not deviate from the usual and historical representations of entrepreneurship as a masculine concept. We hope that this project will open the door to future research measuring the impact of this language on the identity of young women. Finally, we believe that this research will offer an opportunity for those involved in entrepreneurial education to participate in improving the perception of women of entrepreneurship, by using more neutral and inclusive language. Keywords: entrepreneurship, gender, language, text mining, education, teaching


identifier: Richard, D. (2020). Traitement passif du drainage minier neutre contaminé au nickel : cinétique et isothermes de sorption, essais en mode cuvée et essais en colonnes  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans l'industrie minière, les réacteurs passifs à écoulement gravitaire sont considérés comme une technologie appropriée pour traiter les effluents contaminés. Des systèmes à court temps de résidence hydraulique (TRH), conçus pour l'enlèvement des métaux par sorption sur des matériaux organiques, pourraient fournir une solution économique pour traiter les drainages neutres contaminés (DNC) qui contiennent des concentrations de métaux et de sulfates typiquement plus faibles que les drainages miniers acides. Dans ces réacteurs, quelques heures de contact entre le DNC et le substrat pourraient suffire à atteindre le niveau de traitement souhaité. Les coûts de transport des matériaux vers les sites miniers éloignés peuvent être très importants, et c'est pourquoi il est intéressant d'étudier les capacités de sorption des matériaux qui sont disponibles localement ainsi que de comparer leurs performances dans des systèmes à écoulement continu. Dans ce contexte, les principaux objectifs de cette thèse sont de: 1) de comparer la capacité d'enlèvement du nickel de cinq matériaux organiques peu coûteux (tourbe, compost, algues brunes, sciures et cendres de bois) au cours d'expériences à court- (24 h) et à moyen-terme (56 jours), afin de sélectionner les meilleurs substrats potentiels pour des essais en colonnes; 2) de comparer la performance long terme (2.5-4 mois) de trois matériaux (compost, tourbe-calcite et cendres de bois) pour le traitement d'un DNC dans des colonnes à court TRH; et 3) d'identifier les propriétés des matériaux qui déterminent leurs performances en système à écoulement continu. Dans une première étape (article #1), les propriétés d'adsorption et de rétention du nickel des cinq matériaux ont été comparées lors d'expériences cinétiques et d'expériences d'équilibration à court-terme. Les essais d'adsorption et de désorption en mode cuvée ont été effectués dans du NaNO3 0.05M, à pH 7, pour simuler la force ionique et le pH d'un DNC. Les modèles cinétiques ont été comparés par régression non-linéaire. Les résultats d'adsorption, mieux représentés par le modèle d'Elovich, montraient que les vitesses étaient supérieures pour la tourbe (796 075 mg/g·min) et le compost (791 mg/g·min). Les résultats des expériences d'équilibration ont été ajustés aux isothermes de Langmuir et de Freundlich, et les plus grandes capacités d'adsorption ont été observées avec la tourbe (environ 22 mg/g) et le compost (environ 9 mg/g). Les expériences de désorption ont révélé que la tourbe et le compost ont libéré un pourcentage moindre du nickel adsorbé lorsqu'exposés à une solution dépourvue de nickel. Dans cette partie de l'étude, aucune des caractéristiques physicochimiques des matériaux (surface spécifique, point de charge nulle, capacité d'échange cationique, etc.) n'a pu être désignée, à elle seule, comme contrôlant la performance des matériaux en termes d'adsorption et de rétention du nickel. Néanmoins, le relargage de grandes concentrations de carbone organique dissout de certains substrats a été identifié comme une propriété indésirable. Dans une deuxième étape (article #2), l'effet du pH et de la présence d'ions compétiteurs ont été évalués en effectuant des expériences de sorption du nickel à court- et à moyen-terme dans un DNC synthétique. Ces expériences en mode cuvée ont indiqué que les matériaux ayant une capacité de sorption plus faible (algues, sciures de bois, cendres) retenaient 10-20% moins de nickel dans le DNC que dans le NaNO3, que l'augmentation du pH affectait favorablement la rétention du nickel. Lorsque le pH du DNC n'était pas ajusté, le compost, la tourbe et les cendres de bois retenaient plus de nickel que les autres matériaux. De plus, pour le compost et les cendres, les pH mesurés demeuraient neutres. En l'absence d'un substrat organique, une légère augmentation du pH du DNC synthétique (environ 1 unité de pH) entrainait l'enlèvement du nickel par une réaction de précipitation. Des cinq matériaux testés, les cendres de bois ont été les seules à augmenter le pH du DNC, et ainsi, ce matériau pourrait potentiellement retenir une quantité supplémentaire de nickel par des mécanismes de précipitation/coprécipitation. En se basant sur les résultats des expériences court-terme dans le NaNO3 et dans le DNC synthétique, deux tourbes additionnées de calcite (tourbe-HD et -LT), le compost et les cendres de bois ont été sélectionnés et comparés lors d'une expérience à moyen-terme en mode cuvée. Durant cette expérience, tous les matériaux ont bien performé, retirant plus de 97% du nickel provenant d'un DNC synthétique contenant 7.7 mg/L de nickel. Des extractions chimiques post-traitement ont révélé que le nickel était fixé de manière prédominante sur la fraction réductible (F3) des cendres et sur la fraction oxydable (F4) dans le compost et le mélange tourbe-calcite. Dans cette partie de l'étude, les propriétés alcalines et la capacité de sorption par unité de volume des matériaux ont été identifiées comme des paramètres importants pour leur performance dans des systèmes à écoulement continu. Dans une troisième étape (article #3), une expérience en colonne (4.8L) d'une durée de 2.5 à 4 mois a permis de comparer la performance de trois matériaux (compost, tourbe-calcite et cendres de bois) pour l'enlèvement du nickel. Durant cette expérience, les trois types de colonnes étaient alimentés par le bas à un TRH d'environ 16.5 h et elles ont toutes traitées plus de 400 L de DNC synthétique contenant 4.05 mg/L de nickel. Des conditions réductrices ont été observées dans les colonnes de tourbe-calcite et de compost, et des précipités noirs, probablement des sulfures de fer, ont été observés au sommet des colonnes de compost. Dans les sections riches en nickel à la base des trois différents types de colonnes, aucune évidence claire de précipitation n'a été observée. Ainsi, la sorption a été considérée comme le mécanisme principal d'enlèvement du nickel dans les sections du bas de toutes les colonnes. Basé sur les résultats de percée du nickel à mi-colonne (TRH ∼ 9 h), les cendres de bois ont été le matériau le plus efficace pour l'enlèvement du nickel. De plus, une procédure d'extraction séquentielle a indiqué que le nickel retiré était potentiellement moins mobile dans les résidus de cendres que dans les autres types de résidus. Le pH plus élevé des colonnes de cendres a probablement été la clef de leur meilleure performance. Cependant, une correction de pH serait requise dans les premiers stades d'un traitement à pleine échelle afin de maintenir le pH de l'effluent à l'intérieur des limites règlementaires permises (6-9.5). Lorsqu'extrapolés à pleine grandeur, les résultats obtenus à mi-colonne indiquent que le volume d'une cellule conçue pour le traitement annuel d'un effluent neutre contaminé (10 m3/h, 4.05 mg/L Ni) serait plus petit avec des cendres de bois (< 500 m3) qu'avec du compost (600 ± 140 m3) ou de la tourbe-calcite (720 ± 50 m3).  ABSTRACT: In the mining industry, gravity feed passive reactors are considered an appropriate technology to treat mining effluents. Short hydraulic residence time (HRT) systems, designed for metal removal by sorption onto organic materials, may provide an economical solution to treat contaminated neutral drainage (CND), which typically possess lower metal and sulfate concentrations than acid mine drainage. In these reactors, contact times of a few hours between the CND and the substrate may suffice to achieve the desired remediation level. The financial cost of transporting materials to remote mining sites can be substantial and, thus, studying the sorption capacity of locally available materials and comparing their performance in fixed-bed systems is of great interest. In this context the principal objectives of the thesis are: 1) to compare the nickel removal capacity of five low-cost organic materials (peat, compost, brown algae, sawdust and wood ash) during short- (24 h) and medium-term (56 days) sorption experiments and to select the best potential substrates for fixed-bed column experiments; 2) to compare the long term (2.5-4 months) performance of three materials (compost, peat-calcite and wood ash) for the treatment of a CND in short-HRT columns; and 3) to identify the keys properties that determine the performance of materials in fixed-bed systems. In a first step (article #1), the nickel adsorption and retention properties of the five materials were compared during short-term kinetic and equilibration experiments. Batch adsorption and desorption experiments were conducted at pH 7 in 0.05M NaNO3, to simulate the ionic strength and pH of a CND. Non-linear regressions were used to compare kinetic models. Adsorption results, best represented by the Elovich model, indicated higher rates with peat (796 075 mg/g·min) and compost (791 mg/g·min). Results of equilibration adsorption experiments were fitted to Langmuir and Freundlich isotherms and the highest adsorption capacities were observed for peat (around 22 mg/g) and compost (around 9 mg/g). Desorption experiments revealed that peat and compost released a lower percentage of the adsorbed nickel upon exposure to Ni-free solutions. In this part of the study, none of the physicochemical characteristics tested (specific surface area, point of zero charge, cation exchange capacity, etc.) could be solely relied on to predict the nickel adsorption and retention performance of the materials. Nevertheless, the leaching of high dissolved organic carbon concentrations from some organic materials was highlighted as an undesirable property. In a second step (article #2), the effect of pH and of the presence of competing ions was evaluated by conducting short-term nickel sorption experiments in synthetic CND. Results of these batch experiments indicated that materials with lower sorption capacities (algae, sawdust, wood ash) retained 10-20% less nickel in CND than in NaNO3, and that increasing pH favorably affected nickel removal. When the pH of the synthetic CND was allowed to drift, compost, peat and wood ash removed the most nickel. Furthermore, the pH of compost and wood ash slurries remained within the circum-neutral range. In the absence of organic materials, a slight increase in the pH of the synthetic CND (about 1 pH unit) lead to nickel removal by precipitation of Ni-sequestering solids. Of the five materials tested, wood ash was the only one to naturally increase the pH of the CND, implying that this material could potentially sequester additional nickel though precipitation/co-precipitation mechanisms. Based on the results of short-term experiments in NaNO3 and in synthetic CND, two calcite-amended peats (HD- and LT-peat), compost and wood ash were selected and compared in a medium-term batch experiment. During this experiment, all materials performed equally well, sequestering over 97% of the nickel from a synthetic CND initially containing 7.7 mg/L of nickel. Chemical extractions revealed that nickel was retained predominantly on the reducible fraction (F3) of the wood ash residue and on the oxidizable fraction (F4) in the compost and peat-calcite residues. In this part of the study, the pH-increasing properties and the sorption capacity by unit of volume of the materials were identified as important parameters for their performance in fixed-bed systems. In a third step (article #3), a fixed-bed experiment (4.8L columns) that lasted 2.5 to 4 months compared the performance of three materials (compost, peat-calcite and wood ash) for the removal of nickel. During this experiment, the three types of columns had an upward flow and a HRT of about 16.5h, and they all treated over 400 L of a synthetic CND containing 4.05 mg/L of nickel. Reducing conditions were observed in compost and peat-calcite columns, and black precipitates, presumably iron sulfides, were observed in the top sections of compost columns. In the Ni-rich sections at the base of the different columns, no clear evidence of precipitation was observed. Hence, sorption was considered the main nickel removal mechanism in the bottom section of all columns. According to mid-column breakthrough results (HRT ∼ 9 h), wood ash was the most effective material for nickel removal. Furthermore, a sequential extraction procedure revealed that the sequestered nickel was potentially less mobile in the wood ash residue than in other organic materials. The higher pH of wood ash columns was probably key to their better performance. However, a pH correction would be required in the initial stages of field-scale treatment to maintain the effluent pH within the regulatory limits (6-9.5). Scaled to full size, mid-column results indicated that treatment cell sizes, designed for the one-year treatment of a contaminated neutral effluent (10 m3/h, 4.05 mg/L Ni), would be smaller with wood ash (< 500 m3) than with compost (600 ± 140 m3) and peat-calcite (720 ± 50 m3).


identifier: Douville, J. (2020). Modélisation des systèmes d'activités pour fins de prévision de la demande de transport  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire vise à enrichir le processus de prévision de la demande en transport du ministère des Transports du Québec. Tout comme les premiers modèles de prévision apparus dans les années 1950, celui du ministère a comme principal objet de modéliser les déplacements. En revanche, ce qui incite une personne à effectuer un déplacement sont les activités qu'elle veut réaliser à l'extérieur de son domicile. C'est pourquoi la volonté de concevoir des modèles basés sur le désir de réaliser des activités a émergé au courant des années 1970. Toutefois, l'implantation de tels modèles dans la pratique tarde à se matérialiser. L'objectif poursuivi par ce mémoire consiste donc à contribuer à la modernisation des pratiques de planification des transports au Québec. Cette contribution vise à prendre en compte le système d'activités des individus dans le processus de prévision de la demande de transport au Québec en développant une typologie de patrons typiques d'activités. Plus particulièrement, le but ultime de ce projet de recherche est de développer une méthode permettant de générer une séquence d'activités pour chaque individu.  ABSTRACT: The purpose of this research project is to contribute to the enhancement of the ministère des Transports du Québec's transportation demand forecasting process. Like the first forecasting models that appeared in the 1950s, this model is based on trips. However, what drives people to make these trips are the activities they want to carry out outside their homes. For this reason, the desire to develop models based on the desire to carry out these activities emerged in the 1970s. However, the implementation of such models in practice has been slow to materialize. The goal of this project is therefore to contribute to the modernization of transportation planning practices in Quebec. This contribution aims to consider the activity system of individuals in the MTQ's process by developing a typology of typical activity patterns. More specifically, the goal of this research project is to develop a method for generating a sequence of activities for each individual.


identifier: Dubé Riopel, L. (2020). Active Antireflective Coatings for Ophthalmic and Architectural Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La variation de la couleur d'une fenêtre est un concept bien étudié à des fins énergétiques, pratiques et esthétiques. Il est facile de s'imaginer une fenêtre de salle de conférence devenir floue au besoin, ou les lunettes de quelqu'un sortant à l'extérieur s'assombrir. Plusieurs technologies permettent de varier dynamiquement la façon dont laquelle la lumière interagie avec une surface, cependant l'électrochromisme prend de plus en plus de place sur le marché. Des miroirs de voiture aux hublots d'avion, cette technologie permet de colorer ou de blanchir une surface à l'aide de l'application d'un courant électrique. Cette simplicité dans son fonctionnement a permis l'émergence de cette technologie, contrairement à certaines qui dépendent de conditions comme la lumière ou la température, ce pour quoi plusieurs matériaux ont été étudiés pour leurs propriétés électrochromiques. Le mécanisme permettant à un matériau électrochromique de se colorer dépend de sa structure, mais le principe de base repose sur l'intercalation, qui est l'insertion d'un ion et d'un électron dans le matériau. Le matériau électrochromique cathodique le plus prometteur est l'oxyde de tungstène (WO3), principalement à cause de sa grande efficacité de coloration ainsi que sa stabilité structurale. Partant d'un état transparent, lors de l'intercalation d'un proton ou d'un ion de lithium dans sa maille, une bande d'absorption est observée dans le spectre visible/proche infrarouge résultant une couleur bleutée. Le comportement contraire, anodique, est observé chez l'oxyde de nickel, étant le matériau contre électrochromique communément utilisé. Lorsqu'intégrés dans un dispositif, les matériaux cathodiques et anodiques agissent de façon complémentaire, augmentant la coloration résultante. Dans ce travail, un des principaux objectifs a été la conception d'un dispositif électrochromique solide, pouvant varier d'un comportement anti réflecteur dans l'état blanchit à un comportement réflecteur lorsque coloré. La modélisation, les procédés de fabrication et les outils de caractérisation ont été étudiés afin d'approfondir nos connaissances sur les filtres électrochromiques. Des programmes Matlab ont été écrits afin de modéliser la réponse optique des dispositifs, accompagnés d'autres logiciels permettant l'optimisation de l'épaisseur des couches. Selon les résultats modélisés avec des propriétés théoriques des matériaux, une variation de réflexion dans le visible de 4,2% à 7,1% était possible.  ABSTRACT: The variation of the coloration of glass is a concept studied widely nowadays for energetic, practical and aesthetics reasons. One can think of conference room windows blurring off on purpose, or someone's glasses turning to a dark blue color when stepping outside. While many technologies allow a dynamic variation of light interacting with a surface, electrochromism is starting to occupy a larger place on the development market. From car mirrors to airplane windows, this technology allows to color or bleach a surface by applying an electrical current. The easy controllability and simplicity being the main factors pushing this technology forward, as it is not dependent to ambient condition such as temperature or light, many materials have been studied for their electrochromic properties. The mechanism allowing an electrochromic material to color varies depending on the structure, but the principle lies on intercalation, where an ion and an electron are inserted into the material. The most prominent cathodic electrochromic material is tungsten oxide (WO3), mainly due to its large coloration efficiency and structural stability. Being transparent in its pristine stare, when a hydrogen or lithium ion intercalates its lattice, an absorption band is observed in the visible/NIR spectrum and the material exhibits a blue color. The opposite behavior, termed anodic electrochromism, is observed in nickel oxide the tradition counter EC material in most present day devices. When combined into an electrochromic device, cathodic and anodic materials act complementary, increasing the resulting coloration. In this work, the first main objective was to design and fabricate a full electrochromic device that was varying from an antireflective bleached state to a reflective colored state. The modeling, fabrication process and characterization tools were studied to increase our knowledge of electrochromic filters. Matlab programs were written to model the optical response of the device, along other softwares that allowed the optimization of the layers' thicknesses. According to the modeled performances of theorical properties, a visible reflection variation from 4.2% to 7.2% was calculated. Magnetron sputtering was the chosen fabrication technique, as a precise microstructural and process control was possible, and a large variety of materials were available for deposition. The surface state of the substrate proved to be critical, as short-circuits between the top and bottom electrodes were observed due to particles on the surface prior to deposition.


identifier: Lameynardie, G. (2020). Sondes locales intensives lors de l'exécution de l'algorithme MADS dans un environnement parallèle  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation de boîte noire consiste en la résolution d'un problème (P) : min{f(x) : x 2 } pour lequel les valeurs de la fonction objectif et les contraintes définissant Ω ⊑ Rn sont le résultat de l'exécution d'une simulation numérique parfois coûteuse en temps ou en ressources. Lors de son étape de sonde, l'algorithme MADS évalue la fonction objectif et les contraintes autour du meilleur point connu suivant des directions qui forment un ensemble générateur positif de l'espace des solutions. Dans un soucis de performance, le logiciel NOMAD 4 qui implémente MADS, utilise une base positive, i.e., un ensemble générateur positif de cardinalité minimale. Pour un problème de dimension n, cette base positive est constituée de 2n directions orthogonales, donc chaque étape de sonde conduit à 2n évaluations de l'objectif et des contraintes. L'accès aux infrastructures à fort degré de parallélisme est de plus en plus facile. Par exemple, le centre de recherche d'Hydro-Québec (IREQ) possède une grille de calcul (CASIR) à 152 noeuds, et 36 CPUs par nœud. Dans ce contexte, lors de l'étape de sonde locale, l'exécution de NOMAD 4 conduit à une sous-utilisation des ressources à disposition. En effet, le nombre d'évaluations à effectuer est beaucoup plus petit que le nombre de processeurs disponibles. Il semble alors pertinent d'évaluer l'objectif et les contraintes suivant un plus grand nombre de directions. Ce mémoire étudie l'influence de l'augmentation du nombre de directions de sonde, ainsi que celle de la géométrie donnée à ces directions. Un critère d'intensification est établi pour augmenter le nombre de directions uniquement lorsque cela semble nécessaire. Ce critère a pour but d'éviter de fournir un grand nombre d'évaluations aux processeurs lorsqu'il semble relativement facile d'améliorer l'objectif et les contraintes. Quatre variantes du type d'intensification dynamique sont formulées. Un cadre de travail est proposé pour répartir les évaluations fournies par les stratégies de sonde sur un ensemble de processeurs lorsque des fonctions oracles sont rendues disponibles pour connaître le temps ou le travail nécessaire à chaque évaluation. Enfin, des essais numériques sont menés sur plusieurs problèmes analytiques sans contraintes, et sur un problème réaliste issu de la littérature. Les résultats obtenus sont interprétés à l'aide de profils de données en évaluations et en itérations. Le premier type de profil permet de juger des performances des stratégies implémentées selon le nombre d'appels à la boîte noire. Le second type de profil permet d'estimer les performances des stratégies selon le nombre de cycles d'occupation de ressources parallèles. Les résultats obtenus montrent que la géométrie donnée aux directions de sonde importe peu, seul le nombre de directions influe sur les performances de la résolution de (P). L'intensification dynamique permet d'économiser des évaluations, et dans certains cas, d'obtenir des résultats semblables au cas où le nombre de points générés est constant d'une itération à l'autre.  ABSTRACT: Blackbox optimization typically arises when the objective function and constraints of a prob-lem (P) : min{f(x) : x 2 } are obtained by executing a numerical simulation that may be time-consuming or expensive in terms of ressources needed to be completed. During the poll step of the MADS algorithm, the objective function f and constraint functions delimiting Ω ⊑ Rn are evaluated near the best incubent following directions of a positive spanning set in the search space. As a performance issue, the software NOMAD 4 that implements MADS, uses a positive basis, which is a positive spanning set of minimal cardinality. For a problem of dimension n, this positive basis is composed of 2n orthogonal directions and so the poll step leads to 2n evaluations of the objective and constraints. Nowadays, access to massively parallel ressources is easier. For instance, the research laboratory of Hydro-Québec (IREQ) owns a supercomputer made of 152 nodes and 36 CPUs per node. In this context, at the poll step, the execution of NOMAD 4 leads to an underuse of the available ressources. Indeed, the number of evaluations is far lower than the number of available processors. It seems relevant to evaluate the objective and constraints in a larger number of polling directions. This study focuses on the influence of increasing the number of polling directions and the geometry used to build them. A criterion on increasing the number of polling directions is set up in order to feed processors with more evaluations only when it seems to be relevant. Hence, one avoid generating too much evaluations when improving the objectif function seems to be easy. Four di˙erent kinds of dynamic intensification are formulated. A load balancing framework is described to order evaluations on a set of processors based on oracle functions providing information on the workload or time needed to evaluate the objective and the constraints on a point. Numerical results on several analytical problems without constraints, and one real world problem from the litterature are presented to draw the behaviour of the poll strategies. The results are post-processed with data profile in terms of evaluations and iterations. The first type of profil allows one to see the performance of each strategies in term of number of calls to the blackbox while the second type of profil gives the performance results in term of parallel ressources occupation cycles. Regarding the results obtained, the geometry given to the poll directions set seems to have neglictable effect on the performances of solving (P). The factor with the most noticablenfluence is the number of polling directions generated. In some cases, dynamic intensification of the number of polling directions provides nearly the same performance in improving f but with less evaluations than when a constant number of points is generated trough iterations.


identifier: Moutassim, A. (2020). Commande optimale de processus de diffusion avec paramètres aléatoires ou avec sauts  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les travaux de recherche de cette thèse portent sur la résolution de différents problèmes de commande optimale stochastique pour un processus de diffusion unidimensionnel qui est commandé jusqu'à atteindre l'une ou l'autre des extrémités d'un intervalle. L'objectif est de minimiser l'espérance mathématique de la fonction de coût total qui inclut les coûts quadratiques par rapport à la variable de commande cumulés dans l'intervalle et le coût à l'état final. Le temps final auquel le processus quitte cet intervalle est appelé l'instant de premier passage, qui est aléatoire. Whittle [1] a étudié ce type de problème et il l'a appelé LQG homing. Pour un tel problème, nous avons obtenu différentes commandes optimales approximatives dans le cas où le processus de diffusion est le processus de Wiener avec des paramètres infinitésimaux aléatoires en traitant le problème de premier passage. Nous avons également traité le problème dans le cas du processus d'Ornstein-Uhlenbeck (O-U) et nous avons pu trouver une forme générale de la commande optimale exacte en fonction des paramètres du problème LQG homing. À la fin, nous traitons le problème de commande optimale stochastique dans le cas des processus de diffusion avec sauts et nous déterminons une solution exacte lorsque l'amplitude des sauts est déterministe.  ABSTRACT: This thesis deals with solving different stochastic optimal control problems for a one-dimensional diffusion process which, in the applications considered, is controlled until it reaches either of the limits of an interval. The aim is to minimize the expected value of a cost criterion with quadratic control costs on the way and a final cost. The final time when leaving this interval is called the random first passage time. Whittle [1] considered this type of problem, which he called LQG homing. For such a problem, having an exact solution even for a particular case is usually very difficult. In our work, we have obtained different approximate optimal controls when the diffusion process is a Wiener process with random infinitesimal parameters. We also treated the same problem in the case of the Ornstein-Uhlenbeck process, and we were able to find the general form of the exact optimal control depending on the parameters of the LQG homing problem. We treat in the last chapter the case of jump-diffusion processes optimal control problem for which we determine the exact solution when the jump amplitude is deterministic.


identifier: Labrecque Nadeau, D. (2020). Outil d'aide à la conception de produits modulaires en vue de leur fin de vie  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les industries sont en constante recherche de procédés plus efficaces pour fabriquer les produits qu'ils mettent en marché. Ces décisions sont souvent basées sur des choix économiques, mais d'autres facteurs peuvent être considérés lors de l'élaboration de la stratégie de conception. La fin de vie des déchets d'équipement électronique et électrique est sujette à un intérêt particulier, mis en lumière par les politiques de responsabilité des producteurs à l'échelle du Québec et du Canada (Canada, 2014). L'intérêt pour la fin de vie des produits dès les premières étapes de leur conception est donc un sujet pertinent à aborder. Le but des méthodes de conception en vue de la fin de vie est bien sûr de mieux évaluer les possibilités de réutilisation, refabrication et recyclage des produits afin de conserver les précieux matériaux dans la boucle de l'économie circulaire et réduire les déchets. Les méthodes de conception existantes pour les produits modulaires ne sont pas adaptées à des produits complexes et ne considèrent pas la fin de vie dans les paramètres de conception (Holmqvist et Persson, 2003). Voici pourquoi le développement d'un outil d'aide à la conception tenant compte de tous ces aspects était pertinent. L'Outil d'aide à la Conception Modulaire pour la Fin de Vie (OCMFDV) développé dans ce travail de maîtrise s'intègre dans le processus de conception partant des fonctions d'un produit pour aboutir à une recommandation de scénario de fin de vie pour l'ensemble de celui-ci. L'utilisation de cet outil nécessite que l'association fonction-module ait déjà été effectuée pour le produit en question. Les différents modules identifiés sont donc le point de départ de l'outil. Par la suite, une évaluation de chacun des modules pour les quatre fins de vie proposée est effectuée pour obtenir un score pour chacune des combinaisons. Ce sera le scénario de fin de vie présentant le moins grand impact environnemental qui sera sélectionné comme proposition de fin de vie. C'est donc cette association module-fin de vie qui est recherchée. Les considérations prises en compte sont principalement environnementales, donc les coûts associés aux opérations de traitement n'ont pas été inclus dans la proposition. Cela aurait surement affecté les recommandations proposées, puisque, par exemple, les coûts importants reliés à la main d'œuvre et aux outils pour le désassemblage des produits en fin de vie pourraient grandement influer sur les décisions des entreprises, préférant opter pour des opérations moins coûteuses; comme le recyclage. Une fois l'outil établi et les critères déterminés, l'évaluation de produits de types et de natures différentes a été effectuée pour vérifier si l'OCMFDV proposait des résultats cohérents avec les recommandations issues de la littérature. Une comparaison des résultats pour les produits étudiés présentant des similitudes a été effectué, en plus d'une application de l'outil sur un objet dont les données étaient issues de la littérature; une télévision, comparant les recommandations des études existantes avec les résultats obtenus. Les études proposaient principalement que l'ensemble du produit soit recyclé en fin de vie, principalement sans désassemblage. En appliquant l'OCMFDV, la réutilisation, la refabrication et le recyclage sans désassemblage sont les trois scénarios proposés pour les modules du produit. Bien que ces résultats soient cohérents avec les hypothèses de la littérature, une généralisation de l'application de l'outil proposé n'a cependant pas pu être effectuée puisque l'étude d'un plus grand nombre de produits serait nécessaire pour en tirer des conclusions pour l'ensemble des produits modulaires. De futurs travaux de recherche porteraient sur le développement de l'entièreté de la méthode de conception; effectuer l'association fonction – module, déterminer la fin de vie pour chaque module, puis déterminer la fin de vie recommandée pour le produit en entier. Des méthodes de conceptions de produits modulaires ont été développées dans la littérature, permettant de guider les concepteurs dans leurs démarches; il resterait à en identifier une qui pourrait être appliquée dans ce contexte et qui pourrait être utilisée efficacement avec l'outil proposé. De plus, un intérêt particulier pourrait être accordé à l'importance de la traçabilité de l'information de la conception à la fin de vie pour traiter les composants d'un produit de la bonne façon, à la suite de leur vie utile.  ABSTRACT: Industries are constantly looking for more efficient processes to manufacture their products. The decisions are often based on economic premises, but other factors are worth considering when developing the design strategy. The end-of-life of waste electronic and electrical equipment is of interest, highlighted by producer responsibility policies across Quebec and Canada (Canada, 2014). Interest in the end-of-life of products from the early stages of their design is therefore a relevant topic to address. The goal of design for end-of-life methods is, of course, to better evaluate the possibilities of reusing, remanufacturing, and recycling products to keep valuable materials in the loop of the circular economy and reduce waste. Existing modular product design methods are not well suited for complex products and do not consider end-of-life in their design parameters (Holmqvist et Persson, 2003). Therefore, developing a new method that takes all these aspects into account was relevant. The proposed Modular Design for End-of-Life design tool (OCMFDV) can be integrated into the design process, starting with the functions of a product, and leading to a recommendation of an end-of-life scenario for the whole product. The method developed in this master's thesis requires the function-module association to be already established for the product in question. The different modules of the product are therefore the starting point of the method. After that, an evaluation of each of the modules for the four proposed End of Lifes (EOL) is performed to establish the score for each module. The end-of-life scenario with the lowest environmental impact will be selected. The objective is therefore this end-of-life to module association. The considerations taken into account are mainly environmental, therefore the costs associated with the treatment operations have not been included in the method. This would certainly have affected the proposed recommendations, since, for example, the significant costs related to labour and tools for disassembly of end-of-life products could greatly influence companies' decisions to opt for less costly operations, such as recycling. Once the method established and the criteria determined, the evaluation of products of different types and families was carried out to verify whether the OCMFDV proposed results coherent with the recommendations from the literature. A comparison of results on similar products studies was carried to evaluate the tool. Also, an application of the method was carried out on a television set, comparing the recommendations of existing studies with the results obtained. The studies mainly proposed that the entire product be recycled at its end-of-life, mainly without disassembly. The results issued from applying the OCMFDV method were that reuse, remanufacturing and recycling without disassembly where the three scenarios suggested for the product modules. Although these results are consistent with the hypothesis in the literature, it was not possible to generalize the proposed method since a study of a larger number of products would therefore be necessary to draw conclusions for a larger number of complex modular products. Future research should focus on the development of the entire design methodology; associate a function to a module, determine the end-of-life for each module, and then determine the recommended end-of-life for the entire product. Modular product design methods have been developed in the literature to guide designers in their approach; one that could be applied in this context and that could be used effectively with the proposed tool has yet to be identified. In addition, interest could be given to the importance of traceability of information from design to end-of-life to treat the components of a product as it was designed to, following their lifespan.


identifier: Bergeron, A. (2020). Raman Scattering from Hyperbolic Phonon-Polaritons in 2D Materials  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les états polaritoniques supportés par les matériaux bi-dimensionnels (2D) suscitent beaucoup d'intérêt de par leur capacité de fortement confiner la lumière. Parmi ceux-ci, les phonons-polaritons hyperboliques (PPH) semblent particulièrement prometteurs pour la réalisation de dispositifs nano-phononiques accordables à haute efficacité dans l'infrarouge lointain. Afin d'étudier et de contrôler ces polaritons, une multitude de méthodes basées sur un couplage résonant sont couramment employées avec grand succès. Cependant, seuls les polaritons ayant des énergies supérieures à environ 500 cm−1 (60 meV) sont accessibles par ces méthodes étant donné l'instrumentation disponible. Ceci limite largement l'étendue des matériaux 2D pouvant être étudiés, la majorité possédant des phonons en deçà de cette limite. Ainsi, l'introduction d'une technique pouvant caractériser les PPH à basse énergie dans les matériaux 2D permettrait de grandement élargir le catalogue de polaritons hyperboliques. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman est proposée comme une alternative simple et efficace permettant d'accéder aux modes PPH dans les matériaux 2D, et ce à l'aide d'instrumentation communément disponible dans les laboratoires de recherche sur les matériaux 2D. Le GaSe est sélectionné à titre d'exemple pour démontrer cette approche étant donné ses fortes résonances polaires, mais la technique est applicable à une large gamme de matériaux 2D. Cette thèse comprend quatre contributions scientifiques majeures, décrites ci-dessous. La première contribution est une étude approfondie du processus de photo-oxydation, afin de déterminer les conditions expérimentales nécessaires pour préserver l'intégrité des échantillons durant une mesure optique. Une dégradation rapide est observée sous exposition simultanée à de l'oxygène, de l'humidité et de la lumière, et le retrait d'un de ces trois éléments freine le processus. Il est démontré que l'apparition du mode A1 du Ga2Se3 (155 cm−1 ) et du mode Ag du Ga2O3 (161 cm−1) est un signe précurseur de la dégradation, pouvant servir à identifier l'oxidation d'un échantillon et à sélectionner des échantillons de haute qualité. La seconde et principale contribution de cette thèse est la démonstration de la diffusion Raman rétrograde provenant de polaritons confinés dans des échantillons de GaSe en deçà d'un micromètre d'épaisseur. Étant donné le confinement élevé des PPH et l'épaisseur restreinte des échantillons, la relaxation de la conservation de quantité de mouvement permetent l'observation d'un fort signal Raman en géométrie rétrograde. Ces résultats confirment que les PPH confinés peuvent être observés à l'aide de cette technique, ce qui ouvre la porte à l'étude de PPH confinés dans une multitude de nouveaux matériaux 2D.  ABSTRACT: Polaritons in two-dimensional (2D) materials have attracted attention in recent years given their potential for extreme optical field confinement. In particular, hyperbolic phononpolaritons (HPPs) have shown great potential for developing tunable infrared and THz nanophotonic devices with low propagation losses. An ever-growing list of methods are used to study and control these polaritons with an impressive level of precision, specificity, and sensitivity. These techniques rely on resonant coupling to the studied polaritons, therefore their applicability is limited to polaritons with energies above 500 cm−1 (60 meV) due to instrumentation availability. However, most 2D materials exhibit HPPs with energies below this limit, thus their study would require further development of current methods, or the introduction of a different approach. In this thesis, it is demonstrated for the first time that Raman spectroscopy is a convenient and powerful tool for the investigation of a wide range of strongly confined hyperbolic phonon-polariton states in 2D materials. Raman scattering is almost universally available in 2D materials research labs, effectively lifting the energy limitations imposed by current resonance-based techniques. For this demonstration, Gallium selenide (GaSe) was chosen as a prototypical material owing to its strong polar resonances, but the technique should translate to a large number of 2D materials. This thesis reports four important contributions, as listed below. The first contribution of this work is a thorough study of its photo-oxidation, conducted to determine ideal experimental conditions for preserving sample integrity. The reported results offer valuable insight into the photo-chemical processes involved in the rapid photo-oxidation of thin GaSe flakes, which is a common issue with 2D materials. The concomitant presence of oxygen, humidity and light is shown to trigger rapid oxidation, which is inhibited by removal of any of these three elements. Earliest signs of GaSe sample degradation are also reported as Ga2Se3 and Ga2O3 Raman modes at 155 cm−1 and 161 cm−1, respectively, and can be used to identify sample degradation or to select high quality samples. In this work, samples are prepared in an inert oxygen-free atmosphere and measured in vacuum optical cells to ensure optimal sample quality. The second and most significant original contribution of this thesis is the demonstration that sub-micron thin GaSe flakes exhibit strong polariton backscattering signal due to momentum conservation relaxation.


identifier: Maylal, B. (2020). Développement d'approches de télédétection thermique multi-échelles et de modélisation pour l'évaluation des systèmes d'écoulement d'eau souterraine au sein des eskers  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude vise le développement d'une approche combinée de la télédétection thermique multi-échelles et de la modélisation thermique pour la délimitation des zones d'exfiltration des eaux souterraines et l'estimation de la profondeur de la nappe d'eau souterraine au sein des formations fluvioglaciaires de la région boréale de l'Abitibi-Témiscamingue. Les approches développées s'appuient sur l'hypothèse voulant que les eaux souterraines peu profondes sont susceptibles d'influencer la température du sol et de la végétation et que ces caractéristiques peuvent être mesurées par télédétection. Des données satellitaires associées à la bande 10 du satellite Landsat 8 ayant une résolution spatiale (30 m x 30 m) ont été employées pour le calcul de la température de surface (ci-après LST pour Land Surface Température) à l'échelle régionale. La température de surface a été calculée selon la loi de Planck grâce à l'utilisation d'une application (open source plugin) disponible dans le logiciel QGIS. Les zones associées à certaines anomalies thermiques détectées par l'approche satellitaire ont subséquemment été ciblées pour l'acquisition de données à haute résolution. Une zone associée à un site d'extraction de sable et de gravier où les sols inorganiques étaient observés à différentes élévations au-dessus de la nappe d'eau souterraine a aussi été ciblée pour l'acquisition d'images à haute résolution. Des expériences consistant en l'exécution de vols à intervalles réguliers de 2h00 (entre 6h00 et 22h00) ont de surcroît été réalisées afin d'évaluer les variations journalières de LST au niveau d'une zone d'exfiltration connue et du site d'extraction de sable et de gravier. Les 42 vols réalisés en septembre 2019 et juin 2020 ont permis la collecte de 4000 images thermiques d'une résolution spatiale ≤ 0.1 m. Les données acquises ont fait l'objet de classifications s'appuyant sur l'outil de statistiques spatiales « Grouping Analysis » du logiciel ArcGIS pour assurer l'identification des anomalies thermiques en réduisant la subjectivité qui peut être associée à l'analyse visuelle (qualitative) des images. Des modèles 1D construits dans les composantes SEEP/W et TEMP/W du logiciel GeoStudio ont ultimement été développés afin d'établir une évaluation quantitative (mathématique) de l'influence de la profondeur de la nappe sur la température des sols inorganiques au sein des formations fluvioglaciaires. Les résultats de LST calculés à partir de données satellitaires ont permis la cartographie thermique des eskers de la région. Ces résultats ont également permis le calcul de TVDI (Temperature Vegetation Dryness Index) à l'échelle des formations fluvioglaciaires. La classification des données de TVDI par Grouping Analysis et la comparaison avec des données issues d'études antérieures ont révélé que l'imagerie thermique satellitaire présente un fort potentiel pour l'identification des zones d'exfiltration d'eau souterraine. Les données à haute résolution acquises au niveau d'une zone d'exfiltration d'eau souterraine ont permis d'identifier de petits cours d'eau qui présentent une température plus froide et plus stable que les composantes de surface périphériques. Ces petits cours d'eau sont selon toute vraisemblance alimentés par l'eau souterraine, laquelle présente une température généralement plus froide et plus stable que l'eau de surface lors de la période estivale. Les données à haute résolution acquises au niveau d'un site d'extraction de sable et gravier ont pour leur part permis la cartographie thermique des sols situés à différentes élévations au-dessus de la nappe d'eau souterraine. Les données ont révélé que les sols situés plus près de la nappe d'eau souterraine présentent une température plus froide et plus stable que les sols des secteurs où la nappe d'eau souterraine est plus profonde. Ces données ont été confrontées à des simulations 1D réalisées dans SEEP/W et TEMP/W afin de fournir une évaluation quantitative de l'influence de la profondeur de la nappe d'eau souterraine sur la température du sol. Les résultats des simulations ont été jugés cohérents avec les mesures de télédétection thermique à haute résolution. Les simulations ont de surcroît permis l'évaluation de l'influence de la vitesse du vent, de la température de l'air, et de la végétation sur la température du sol. Sur le plan scientifique, l'étude contribue au développement d'approches de télédétection applicables à l'identification des zones d'exfiltration aux marges des formations fluvioglaciaires (eskers et moraines) et à l'étude de l'effet de la profondeur de la nappe phréatique sur la température de surface pour des sols inorganiques. L'étude présente un fort potentiel d'application, notamment pour les vastes régions difficiles d'accès, comme c'est le cas notamment pour le nord du Québec et le reste du Canada. Sur le plan sociétal, les approches développées ici présentent un potentiel intéressant pour la cartographie des zones d'exfiltration d'eau souterraine et des écosystèmes dépendants de l'eau souterraine en vue d'intégrer ces zones aux plans d'aménagement du territoire pour assurer leur protection.  ABSTRACT: This study focuses on the development of combined multi-scale thermal remote sensing and modeling approaches for delineating groundwater exfiltration zones and estimating groundwater depth in glaciofluvial formations of the Abitibi-Témiscamingue boreal region. The approaches developed here rely on the hypothesis that shallow groundwaters are likely to influence soil and vegetation temperatures, and that these parameters can be measured by remote sensing. Landsat 8 (band 10) satellite data with a resolution of 30 x 30 m were used to retrieve regional-scale land surface temperatures (LSTs). LST values were calculated based on Planck's equation, using an open source QGIS plugin. Specific areas associated with thermal anomalies shown on satellite data were subsequently targeted for the acquisition of high-resolution images. A sand and gravel extraction site characterized by soils located at different elevations above the water table was also targeted for high-resolution data acquisition. These zones were studied using a Zenmuse XT2 high-resolution camera mounted on a DJI Matrice 200 drone. Further experiments consisting of repeated flights conducted at 2h intervals (between 6h00 AM and 22h00) were also carried out in order to measure daily variations in LST in a groundwater exfiltration zone and at a sand and gravel extraction site. The 42 flights allowed for collecting 4 000 images with a spatial resolution of ≤ 0.1 m. These flights were programmed using the DJI GS PRO software, ensuring a 90% spatial overlap between images. This overlap is required for georeferencing and mosaicking multispectral and thermal images using Pix4Dmapper. The data were organized using the Grouping Analysis spatial statistics tool in ArcGIS in order to allow for identifying thermal anomalies based on an objective approach, instead of relying only on the subjective visual inspection of the images. Numerical 1D models were further developed using the TEMP/W and SEEP/W components of the GeoStudio software in order to provide a quantitative evaluation of the influence of groundwater depth on the LST of glaciofluvial formations. The LST results calculated from satellite data allowed for mapping LST at the scale of the study region. These results further allowed for the calculation of the Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) at the scale of glaciofluvial formations. The Grouping Analysis procedure conducted on the TVDI results and its comparison with results from previous studies revealed that thermal remote sensing presents a high potential for the identification of groundwater exfiltration zones. The high-resolution data collected in a known groundwater exfiltration zone allowed for identifying small streams presenting a colder and more stable temperature than surrounding surface objects. These small streams are most likely fed by the discharge of groundwater, the latter presenting a colder and more stable temperature than surface waters during the summer. The high-resolution data collected within a sand and gravel extraction site allowed for mapping the LST of inorganic soils located at different elevations above the groundwater table. The data revealed that soils located closer to the groundwater table present a surface temperature that is colder and less variable than that of soils located further from the water table. These data were compared to 1D models constructed using SEEP/W and TEMP/W in order to provide a quantitative evaluation of the influence of groundwater depth on LST. The simulation results were considered to be consistent with remote sensing LST data. The simulations further allowed for evaluating the influence of air temperature, wind speed and vegetation height on LST. From a scientific perspective, this study contributes to the development of remote sensing approaches presenting a high potential for hydrogeological studies. Such approaches are critically needed in vast and remote areas such as northern Quebec and else where in Canada. From a societal standpoint, the approaches developed here present a high potential for mapping groundwater exfiltration zones and associated groundwater dependent ecosystems (GDE). Such information is needed in order to better protect groundwater and GDE in the context of land use planning.


identifier: Riviello, A. (2020). Binary Neural Networks for Keyword Spotting Tasks  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le repérage de mots clés est une sous-tâche de la reconnaissance vocale qui a pour but de détecter des mots spéciﬁques dans un ﬁl audio continu. Ce genre de tâche est généralement utilisé par des assistants vocaux ou des appareils de domotique aﬁn d'eﬀectuer des actions telles qu'allumer des lumières. Puisque cette tâche doit fonctionner en temps réel, elle roule généralement de façon locale sur des systèmes embarqués tels que des microcontrôleurs. Depuis quelques années, on a commencé à utiliser des Réseaux de Neurones (RdN) pour eﬀectuer du repérage de mots. Toutefois, les RdN requièrent beaucoup de calculs et d'espace destockage. Aﬁn de réduire les coûts en calculs des RdN, beaucoup de systèmes emploient de la quantiﬁcation. La binarisation, qui est une forme draconienne de la quantiﬁcation, a déjà été utilisée pour des tâches de reconnaissance vocale complexes, mais pas pour du repérage de mots clés. Dans ce travail, nous évaluons l'utilisation des RdN binaires appliqués sur une tâche de repérage de 10 mots. Les systèmes de reconnaissance vocale conventionnels utilisent le spectrogramme de Mel ou les MFCCs (Mel-Frequency Cepstral Coeﬃcients) pour représenter le son. Aﬁn de s'adapter au RdN binaires, nous proposons une nouvelle façon de modéliser l'audio qui mesure la variation de la puissance dans le temps. Cette représentation est composée de valeurs binaires et oﬀre des résultats de classiﬁcation supérieurs lorsque testée sur un RdN binaire (comparativement au spectrogramme de Mel). Le RdN binaire utilisé pour évaluer les performances de cette représentation était inspiré de l'architecture ResNet. Sur ce réseau, l'utilisation de la représentation binaire a amélioré la précision de la classiﬁcation de 1.7%. En considérant l'objectif de trouver une implémentation matérielle eﬃcace et à basse puissance de RdN pour du repérage de mots clés, nous concluons que les microcontrôleurs ne sont pas de bons candidats pour de la binarisation. Ce type de système embarqué est optimisé pour des opérations s'eﬀectuant sur des valeurs entières de un ou plusieurs octets. Puisque les FPGA peuvent facilement gérer des opérations binaires, une deuxième approche qui utilise ces systèmes a été proposée. Pour ce faire, une heuristique nommée PoET-BiN a été employée. Cette heuristique remplace les couches d'un RdN avec des opérations à base de tables de vérité (LUT). Toutefois, PoET-BiN n'a jamais été validé sur des couches convolutionnelles. Après avoir appliqué cette heuristique sur un réseau binaire convolutionnel, la précision de la classiﬁcation a diminué de façon considérable. En somme, ces approches ne semblent pas être suﬃsantes pour exploiter le plein potentiel des réseaux binaires sur ce type de tâche. Il faudrait creuser d'avantage.  ABSTRACT: Keyword Spotting (KWS) is a machine learning task which attempts to detect a small set of words within an audio stream. This type of task is typically used for voice activation of virtual personal assistant so rindomotic devices to perform simpleactions like turning on the lights. Because of low-latency requirements, KWS usually runs on the edge (smartphones, microcontrollers,etc). Inrecentyears,DeepNeuralNetworks(DNNs)havebeenusedforthis type of task. However, DNNs require many multiply-add operations and storage space. To reduce the computational costs of DNNs, quantization has often been used. Binarization, an extreme form of quantization, has previously been applied to larger speech recognition tasks, but not to KWS. In this work, we evaluate the use of Binarized Neural Networks (BNNs) on a 10-word KWS task. Traditional voice recognition systems used log-Mel spectrograms or Mel-Frequency Cepstral Coeﬃcients (MFCCs) to represent speech. A new way to extract features which uses binary features is proposed. The representation computes the variation of power over time and is bettersuitedforBNNs. Overall,using this representationonafully-binarizedneuralnetwork oﬀereda1.7%higherclassiﬁcationaccuracycomparedtothetraditionallog-Melspectrogram. The BNN used to test the representation was inspired by the ResNet architecture. With the objective of ﬁnding a precise and hardware eﬃcient implementation of BNNs for KWS, we conclude that binarization is not optimal for current microcontrollers since the hardware is optimized for byte-sized information. In contrast, with the currently existing hardware, FPGAs might be a better ﬁt. To test this, PoET-BiN, a heuristic which maps neural network layers to FPGA Look-Up Tables (LUTs) was used. However, PoET-BiN was never validated on convolutional layers. Applying this heuristic to a binary convolutional network considerably aﬀected the classiﬁcation accuracy. Overall, the proposed approaches were not enough to exploit the full potential of BNNs for keyword spotting. Future works should seek to optimize these methods.


identifier: Patel, R. (2020). Decision Making Under Uncertainty Using Machine Learning  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous proposons un algorithme basé sur l'apprentissage supervisé pour obtenir de bonnes solutions primales pour les programmes stochastiques en deux étapes en nombres entiers (en anglais, two-stage stochastic integer programs - 2SIP). Le but de l'algorithme est de prédire un scénario représentatif (en anglais, representative scenario - RS) pour le problème tel qu'en résolvant de manière déterministe le 2SIP avec la réalisation aléatoire égale au scénario représentatif (en anglais, representative scenario (RS)), l'algorithme donne une solution quasi optimale au 2SIP original. Prédire un RS, au lieu de prédire directement une solution, garantit la faisabilité de la solution de première étape. Si le problème possède un recours complet, la réalisabilité de la deuxième étape est également garantie. Nous effectuons des expériences sur deux problèmes: le problème de localisation d'entrepôts avec capacité stochastique (en anglais, Stochastic Capacitated Facility Location Problem (S-CFLP)) et problème d'affectation généralisée stochastique (en anglais, Stochastic Generalized Assignment Problem (S-GAP)). Les deux problèmes ont des variables entières et des contraintes linéaires dans les première et deuxième étapes. La méthode proposée est capable de produire de bonnes solutions primales pour le S-CFLP lorsqu'elle est testée sur les tailles sur lesquelles elle a été entraînée. De plus, notre temps de calcul est compétitif par rapport à celui pris par Gurobi pour obtenir une qualité de solution similaire. Cependant, nos modèles ne sont pas capables de généraliser et de produire de bonnes solutions primales lorsqu'ils sont testés sur les tailles sur lesquelles ils n'ont pas été entraînés. Dans le cas de S-GAP, jusqu'à maintenant, notre méthode peine à trouver de bonnes solutions primales. Nous discutons des défis et des solutions potentielles que nous pourrions utiliser pour leur faire face.  ABSTRACT: We propose a supervised learning based algorithm to obtain good primal solutions for twostage stochastic integer programming (2SIP) problems with constraints in the first and second stages. The goal of the algorithm is to predict a representative scenario for the problem such that, deterministically solving a two-stage stochastic integer program with the random realization equal to a representative scenario, gives a near-optimal solution to the original 2SIP. Predicting a representative scenario, instead of directly predicting a solution ensures first-stage feasibility of the solution. If the problem is known to have complete recourse, second-stage feasibility is also guaranteed. We perform computational tests on two problems, namely, the stochastic capacitated facility location problem (S-CFLP) and stochastic generalized assignment problem (S-GAP). Both the problems have integer variables and linear constraints in the first and second stages. The proposed method is able to produce good primal solutions for the S-CFLP when tested on the sizes on which it was trained. Also, our computing time is competitive to that taken by Gurobi to achieve a similar solution quality. However, our models are not able to generalize and produce good primal solutions when tested on the sizes on which they were not trained. In the case of stochastic generalized assignment problem, as of now, our method struggles to find good primal solutions. We discuss the challenges and the potential solutions we would be pursuing to alleviate them.


identifier: Le Marec, T. (2020). Conception et développement d'un robot mobile innovant à manipulateurs parallèles intégrés  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous présentons dans ce mémoire une nouvelle architecture de robot mobile intégrant des manipulateurs parallèles. L'architecture est construite autour d'une boucle cinématique reliant les roues et est dépourvue de base centrale. Nous développons une modélisation du système incluant la dynamique mobile par rapport à un repère fixe et l'effet de la boucle cinématique. Nous expliquons comment, en générant des contraintes internes bien choisies dans la boucle cinématique, nous pouvons minimiser le couple de commande et ainsi gagner en autonomie énergétique. Par rapport à un contrôle ne générant pas de contraintes internes, nous réduisons le couple de commande de 55% à 75% sur les tâches effectuées en simulation. Nous concevons ensuite un contrôleur global permettant au système de réaliser des tâches de référence de la robotique mobile. Nous implémentons un contrôleur par couple pré-calculé dans l'espace des articulations et dans l'espace opérationnel. Nous nous intéressons également aux déplacements sur un sol inégal. Grâce à la stabilité mécanique naturelle du système, nous montrons qu'une méthode bas niveau est suffisante pour permettre le déplacement sur un sol inégal. Nous implémentons une méthode classique d'adaptation cinématique et nous présentons une nouvelle méthode basée sur le contrôle hybride en force et position. Nous montrons que cette nouvelle méthode permet de se passer des capteurs d'efforts verticaux utilisés classiquement sur les rovers articulés. Afin de compenser les perturbations non modélisées, nous introduisons un observateur de perturbation basé sur la quantité de mouvement. Nous démontrons la stabilité du système complet équipé de l'observateur et de chacun des contrôleurs conçus. Nous concluons ce travail par une analyse des performances du robot qui découlent de son architecture et une validation par simulation. Nous demandons au système de réaliser une tâche de manipulation dans l'espace et de traverser un terrain inégal.  ABSTRACT: This thesis presents the development of a new mobile robot with fully integrated parallel manipulators. The architecture of this new system has no central base and is built around a kinematic loop connecting the wheels. A model of the system including the mobile dynamics with respect to a fixed reference frame and the internal constraints due to the kinematic loop is first established. These constraints are then exploited to minimize the control torque in order to gain energy autonomy. When compared to a control without this exploitation of internal constraint, the euclidean norm of the control torque is reduced by 55% to 75% over the course of the tasks implemented in numerical simulation. A global controller is then designed, which allows the system to perform basic mobile robotic tasks. A pre-calculated torque controller is implemented in both joint space and operational space. The movement of the robot on uneven ground is also adressed. Due to the inherent stability of the robot, it can be shown that a low-level control scheme is sufficient to guarantee the stability. A classical method of kinematic adaptation is first implemented, and a new scheme based on hybrid force and position control is presented. It is shown that this new method makes it possible to operate the system without the vertical force sensors classically used in articulated rovers. In order to compensate unmodelled disturbances, a momentum-based disturbance observer is introduced. Closed-loop stability of the complete system equipped with the observer and the designed controllers is assessed by the Lyapunov method. Finally, the performance of the developed robotic system with the proposed control strategies is validated by numerical simulations while performing a manipulation task and crossing an uneven terrain.


identifier: Masse, J.-F. (2020). Réponse sismique 3d des évacuateurs de crue sous l'action bidirectionnelle des séismes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ; La défaillance d'un ouvrage hydraulique, tel qu'un barrage, un évacuateur de crue ou une écluse, lors d'un évènement extrême tel qu'un séisme peut entraîner des conséquences dévastatrices tant humainement qu'économiquement. Lorsque ces structures sont sollicitées par un tremblement de terre, celles-ci sont également soumises à de fortes pressions hydrodynamiques exercées par le réservoir. Durant le dernier siècle, la caractérisation des effets de l'interaction fluide-structure a été largement étudiée afin de modéliser adéquatement le comportement sismique des systèmes barrage-réservoir. Cependant, l'interaction vanne-réservoir demeure un sujet peu documenté. Effectivement, leur modélisation 3D s'avère complexe puisque plusieurs facteurs tels que le couplage entre l'évacuateur et la vanne, l'interaction fluide-structure et la direction des séismes affectent leur réponse sismique. Ce travail de recherche a pour objectif principal de caractériser le comportement dynamique des vannes d'évacuateur de crue sollicitées par des séismes horizontaux bidirectionnels.  ABSTRACT: Failure of hydraulic structures, such as dams, spillways or locks during earthquakes may lead to devastating economic and environmental losses. Moreover, records from historic events like Koyna (1967) and Chi-Chi (1999) proved their vulnerability to seismic loading. Indeed,when excited dynamically, they must resist additional hydrodynamic pressures from their impounding reservoir. Over the past century, the effects of fluid-structure interaction (FSI)on the seismic response of dam – reservoir systems have been largely studied. However, the available literature characterizing the dynamic behaviour of spillway gates is still limited. Indeed, 3D modelling of those equipment proves to be complex since many factors, such as gate-spillway coupling, gate-reservoir interaction, and the earthquake's direction may affect their seismic response. This work's main objective is to characterize the dynamic behaviour of vertical lift spillway gates when excited by bidirectional horizontal earthquakes.


identifier: Tremblay, F. (2020). Détermination des dates de livraison en VMI à partir de données transactionnelles avec une approche de prévision quantile  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un modèle de gestion des stocks par le fournisseur, ou « Vendor Managed Inventory » (VMI), les réserves de produits sont la responsabilité du fournisseur. Celui-ci gère les commandes de réapprovisionnement pour maintenir la disponibilité de l'inventaire et fait appel à des méthodes de prévision de la demande. Lorsque les données de demande ou d'inventaire du client ne sont pas disponibles, elles peuvent être substituées par les données transactionnelles. Les séries temporelles alors obtenues sont fortement bruitées et intermittentes. En conséquence, il est difficile pour le fournisseur de planifier les dates de réapprovisionnement en gardant un contrôle sur la probabilité de rupture de stock. Une planification optimale minimise les coûts de transport tout en respectant les contraintes de niveaux de service. Le niveau de service est défini comme étant la probabilité de ne pas avoir de rupture de stock avant un réapprovisionnement. Ce projet a pour but de développer une méthode de prévision pour calculer les dates de livraisons en respectant le niveau de service et en utilisant l'historique de transactions comme unique source de données. La revue de littérature présente des méthodes de prévision classiques ainsi que des méthodes de prévision probabilistes. Les méthodes de prévision de la littérature ne permettent pas d'exploiter directement les données transactionnelles; c'est pourquoi une nouvelle méthode doit être développée. Pour calculer le moment optimal de réapprovisionnement qui respecte un niveau de service visé, une approche stochastique (implicite ou explicite) est nécessaire. La solution traditionnelle est de calculer un stock de sécurité en modélisant les données avec une loi normale; cependant, il a été montré que cette méthode entraîne une sous-performance des niveaux de service, c'est-à-dire que les ruptures de stock surviennent plus souvent qu'attendu.  La prévision quantile est un type de prévision probabiliste qui est parfaitement adapté à l'objectif. Le moment de réapprovisionnement optimal sera calculé en effectuant une prévision quantile de l'intervalle de temps menant à une rupture de stock, pour un quantile égal à 1 – le niveau de service visé. La méthodologie couvre tout le flux de données : préparation des données, choix de la méthode et évaluation de la meilleure méthode. Le cas d'étude met en application la méthodologie dans le contexte d'une logistique de collecte. Avec le modèle qui a été développé, on pourrait réduire les coûts en transport sans pénaliser le niveau de service. Si l'on vise un niveau de service de 90% (légèrement meilleur que l'état actuel de 89%), on pourrait réduire le nombre annuel de collectes de 21%.  ABSTRACT: In vendor managed inventory (VMI) models, the supplier is responsible for inventory management and must use strategic forecasting in order to ensure the availability of products for customers. When product consumption data or inventory data are not available, transactional data can be used. Time series obtained using this substitution are noisy and intermittent. As a result, it is difficult for the supplier to plan delivery orders while respecting service level agreement (SLA). Optimal planning minimizes transportation costs while respecting service level constraints. The service level is defined as the probability of not hitting a stock-out before the next delivery. The goal of this project is to develop a forecasting method able to optimize delivery dates while respecting the service level and using only delivery records data. The literature review presents classical forecasting methods as well as probabilistic forecasting methods. Forecasting methods in the literature are not appropriate for transactional data; therefore, a new method must be developed. To optimize delivery dates while reaching target service levels, a stochastic approach is necessary. The traditional solution is to calculate a safety stock by fitting the data with a normal distribution; however, it has been shown that this method underachieves the target service levels (i.e., stock-outs occur more often than expected). Quantile forecast is a type of probabilistic forecast that is perfectly suited to our objective. The optimal delivery date is calculated by estimating a quantile of the time interval leading to a stock-out, for a quantile equal to 1 - the target service level. The methodology covers the entire data flow: data preparation, method selection and evaluation of the selected method. The case study applies the methodology in the context of reverse logistics. With the model that has been developed, we could reduce transportation costs without penalizing service level. If we target a service level of 90% (compared to the current state of 89%), we could reduce the annual number of collects by 21%.