identifier: Yasemi, M. (2022). A Dynamic Constraint-Based Modelling Approach of Cell Metabolism  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La modélisation métabolique mathématique est une approche systématique pour déterminer les principales causes d'un changement métabolique observé dans un biosystème, et estimer les implications d'une perturbation métabolique induite. En fournissant des informations mécanistiquement pertinentes au niveau des systèmes sur un réseau de bioréactions, la modélisation dynamique basée sur les contraintes (DCBM) s'est révélée prometteuse en ingénierie métabolique et pour la conception de bioprocédés. Aussi, nous avons d'abord dressé l'état de l'art en approches de modélisation du métabolisme de cellules eucaryotes, sous la forme d'une revue. Nous avons, par la suite, développé une approche DCBM qui utilise une boîte à outils mathématique d'optimisation convexe et de régression non linéaire pour estimer les distributions dynamiques des flux métaboliques intracellulaires dans deux biosystèmes : dans un premier temps les globules rouges stockés comme élément critique pour la médecine transfusionnelle, et dans un deuxième temps, des cellules de l'ovaire de hamster chinois (CHO), lignée cellulaire en tant que principal organisme hôte pour produire des produits biopharmaceutiques recombinant par culture cellulaire. Nous avons créé un réseau métabolique ad hoc comportant 77 réactions et 74 métabolites pour les globules rouges. Nous avons acquis une dynamique de flux à grain fin des processus intracellulaires. Ensuite, pour une analyse dynamique de l'équilibre des flux (DFBA), nous avons créé quatre fonctions objectives liées à l'accumulation de stress oxydatif dans les globules rouges stockés. Des prédictions de flux résolues dans le temps ont été obtenues dans les quatre situations tout en respectant les exigences d'égalité et d'inégalité requises. Enfin, pour calculer la distance euclidienne entre les vecteurs de flux optimaux dynamiques, nous avons utilisé une approche de programmation quadratique (QP). L'approche DCBM que nous avons créée ici, couplée au réseau métabolique que nous avons développé, s'est avérée adaptée à l'analyse informatique du comportement métabolique des globules rouges, et on s'attend à ce qu'elle soit bénéfique pour d'autres biosystèmes. De plus, en raison de la complexité inhérente des cellules eucaryotes, l'optimisation de la dynamique de croissance cellulaire et de la bio-production à partir de cultures de cellules de mammifères est une tâche complexe au niveau cellulaire. En conséquence, les approches expérimentales heuristiques en l'ingénierie métabolique des organismes hôtes sont fréquemment complétées par des modèles mathématiques de culture cellulaire afin d'améliorer l'efficacité des bioprocédés et d'identifier les causes des améliorations connues. En utilisant la stoechiométrie des bilans de masse du réseau, les modèles métaboliques structurés sont capables de représenter avec précision la complexité d'un réseau métabolique. Les modèles métaboliques basés sur les contraintes ont progressé au cours des vi deux dernières décennies, passant de leur utilisation pour fournir une description linéaire des systèmes métaboliques à l'état d'équilibre, à la modélisation de la dynamique des systèmes non linéaires dans une formulation de problème d'optimisation résolue dans le temps ou dynamique. Cependant, bon nombre de ces approches échouent lorsqu'elles sont testées dans un contexte autre que celui pour lequel elles ont été développées, en raison d'un grand nombre d'hypothèses formulées au cours du processus de développement du modèle, ainsi que de diverses normes de modélisation utilisées par différents groupes de recherche, tous visant à révéler la complexité inhérente des réseaux métaboliques. Nous avons suivi les normes établies par la communauté telles que dans la reconstruction de réseaux et leur analyse basées sur les contraintes (COBRA). La plateforme COBRA in silico a été utilisée pour proposer une technique de modélisation dynamique basée sur les contraintes (gDCBM) à l'échelle du génome, et a permis de fournir la dynamique résolue dans le temps d'un réseau métabolique structuré pour le métabolisme des cellules CHO. Nous avons amélioré le réseau métabolique à l'aide d'un modèle métabolique de référence à l'échelle du génome (GSMM) de CHO, à savoir iCHO DG44 v1, puis imposé des contraintes dynamiques sur ses flux de transport à l'aide de données métabolomiques générées en interne. Pour anticiper les changements physiologiques dans les variants clonaux de CHO, nous avons utilisé cette technique gDCBM. Le modèle peut prédire les flux intracellulaires de manière continue et résolue dans le temps (par heure de temps de culture) pendant la croissance et vers le changement métabolique de non-croissance, a été confirmé en prédisant les concentrations en métabolites extracellulaires, y compris les acides aminés, ainsi que leur dynamique dans le temps. En conséquence, nous pouvons générer des hypothèses d'intervention et étudier les effets d'altération in silico avant ou en plus des expériences de culture cellulaire, qui sont chronophages et coûteuses. Le modèle est également utilisé pour décrire les altérations métaboliques globales entre les lignées cellulaires parentales et productrices élevées dans une autre application. Nous avons démontré que l'approche de modélisation établie peut être utilisée pour étendre ou réduire le réseau métabolique de manière systématique.  ABSTRACT: Mathematical metabolic modelling is a systematic approach to determining the major causes of a metabolic change seen in a biosystem and estimating the implications of an induced metabolic perturbation. By providing mechanistically relevant systems-level information about a network of bioreactions, dynamic constraint-based modelling (DCBM) has shown promise in metabolic engineering and bioprocess design. Also, we first drew up the state of the art in approaches to modelling the metabolism of eukaryotic cells, in the form of a review article. Thus, we have developed a DCBM approach that uses a mathematical toolkit of convex optimization and nonlinear regression to estimate dynamic intracellular metabolic flux distributions in two biosystems: Firstly, stored red blood cells (RBCs) as a critical element for transfusion medicine, and secondly, Chinese hamster ovary (CHO) cell line as the main host organism producing recombinant biopharmaceuticals in cell culture technology. We created an ad hoc metabolic network including 77 reactions and 74 metabolites for RBCs. We acquired fine-grained flow dynamics of intracellular processes. Then, for a dynamic Flux Balance Analysis (DFBA), we created four objective functions related to the accumulation of oxidative stress in stored RBCs. Time-resolved flux predictions were obtained in all four situations while adhering to the required equality and inequality requirements. Finally, to calculate the Euclidean distance between the dynamic optimum flux vectors, we used a quadratic programming (QP) approach. The DCBM approach we created here, coupled with the metabolic network we developed, proved to be suitable for the computational analysis of RBC metabolic behaviour, and it is expected to be beneficial for other biosystems. In addition, because of the inherent complexity of eukaryote cells, optimising cell growth dynamics and bioproduction from mammalian cell cultures is a complex task at the cellular level. As a result, heuristic experimental approaches in metabolic engineering of host organisms are frequently complemented with mathematical models of cell culture in order to improve the odds of enhancing bioprocess efficiency and identifying causes for known improvements. By utilising the network's mass balances' stoichiometry, structured metabolic models are able to accurately represent the complexity of a metabolic network. Constraint-based metabolic models have advanced over the last two decades from being utilised to provide a linear description of metabolic systems at steady states to modelling nonlinear system dynamics in a time-resolved or dynamic optimization problem formulation. Many of these approaches, however, fail when tested in a setting other than the one for which they were developed, owing to a large number of assumptions made during the model development process, as well as diverse modelling standards used by different research groups, all aimed at revealing the viii inherent complexity of metabolic networks. We have followed the community's established standards as in Constraint-based reconstruction and analysis (COBRA). The COBRA in silico platform has been used to propose a genome-scale dynamic constraint-based modelling (gDCBM) technique that allows delivering time-resolved dynamics of a structured metabolic network for CHO cell metabolism. We improved the metabolic network using a reference genome-scale metabolic model (GSMM) of CHO, i.e., iCHO DG44 v1, and then imposed dynamic constraints on its transport fluxes using metabolomics data generated in-house. To anticipate physiological changes in CHO clonal variants, we used this gDCBM technique. The model can predict intracellular fluxes in a continuous time-resolved (per hour of culture time) manner during the growth to non-growth metabolic switch, and it has been confirmed by predicting concentrations of extracellular metabolites, including amino acids, dynamics of change in time. As a result, we may generate intervention hypotheses and study the alteration effects in silico before or in addition to the time-consuming and expensive cell culture experiments. The model is also used to describe global metabolic alterations between parental and high producer cell lines in another application. We demonstrated that the established modelling approach may be used to extend or reduce the metabolic network in a systematic way.


identifier: Compaore, U. L. (2022). Développement de la pile à combustible à carbonate fondu et à consommation de lignine (MC-LFC)  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La demande mondiale d'électricité en plein essor est due principalement à l'augmentation de la population (besoin d'utiliser plus d'énergie) et à la croissance économique (besoin de produire encore plus). En effet, cette forte demande conduit nécessairement à explorer de nouvelles technologies de production d'énergie ou à améliorer les technologies existantes de manière durable. Pour soutenir cette ambition nous avons développé une nouvelle classe de pile DCFC nommée molten carbonate and lignin fuel cell (MC-LFC) convertissant du carbone biosourcé tel que la lignine à travers une réaction électrochimique en électricité et dont le rendement du système excède 80% alors que celui des moteurs thermiques classiques ne dépasse les 40%. La mise au point de cette pile MC-LFC débutent par une étude analytique qui consiste à utiliser des logiciels de modélisation tels que FactSage et COMSOL. En effet, le logiciel Factsage a permis exclusivement de simuler pour la première fois la décomposition de la lignine dans une solution de carbonate fondue en présence ou en absence de gaz CO2. En faisant varier la température entre 500 °C et 900 °C et la pression (entre 1 ATM et 30 ATM), les résultats ont montré la présence de carbone pur et la formation de gaz composés principalement de : H2, CO, CO2, CH4 et H2O selon différentes proportions molaires. Par la suite, le logiciel COMSOL a permis de dégager la morphologie prévisible de la densité de puissance ou de la tension en fonction de la densité de courant. Nous avons notamment envisagé une analyse sur la dépendance de la performance de la pile MC-LFC vis-à-vis de divers paramètres physico-chimiques des matériaux (conductivité, porosité, perméabilité) et des conditions d'opérations (température et pression). Les résultats montrent que pour une meilleure performance de la pile MC-LFC, la densité de courant d'échange dans le compartiment anodique et cathodique doit être respectivement dans l'intervalle [0,075 A/m2, 0,75 A/m2] et [1,58 A/m2, 15,8 A/m2]. La conductivité électrique de l'électrolyte, des matériaux anodique et cathodique peut se situer respectivement dans l'intervalle [26S/m, 265S/m], [25S/m, 250S/m] et [19S/m, 60S/m]. On constate aussi que l'augmentation de la température de 700K à 1000K engendre une baisse de la densité de puissance maximale de la pile (environ 1500 mW/cm2 à 1260 mW/cm2).On a tout intérêt à faire fonctionner la pile MC-LFC sous une température de 500°C . On note également que la concentration molaire de CO2 et de O2 dans le compartiment cathodique doit être contrôlée (soit respectivement inférieur à 5 mol/m3 et 10 mol/m3). Une porosité de 0,2 avec une perméabilité comprise entre 10 m2 et 12 m2 ou une porovi sité de 0,4 avec une perméabilité située dans l'intervalle 10 m2 et 9 m2 est convenable pour la pile MC-LFC car la variation de ces paramètres n'entraine pas de changement considérable sur la courbe de polarisation.  ABSTRACT: The booming global demand for electricity is driven primarily by population growth (need to use more energy) and economic growth (need to produce even more). Indeed, this strong demand necessarily leads to the exploration of new energy production technologies or the improvement of existing technologies in a sustainable manner. To support this ambition, we have developed a new class of DCFC cell called molten carbonate and lignin fuel cell (MC-LFC) converting biobased carbon such as lignin through an electrochemical reaction into electricity and whose system efficiency exceeds 80%. whereas that of conventional heat engines does not exceed 40%. The development of this MC-LFC stack begins with an analytical study which consists of using modeling software such as FactSage and COMSOL. Indeed, the Factsage software exclusively allows simulating for the first time the decomposition of lignin in a molten carbonate solution in the presence or absence of CO2 gas. By varying the temperature between 500 °C and 900 °C and the pressure (between 1 ATM and 30 ATM), the results showed the presence of pure carbon and the formation of gases composed mainly of H2, CO, CO2, CH4, and H2O in different molar proportions. Subsequently, COMSOL software was able to release the predictable morphology of power density or voltage versus current density. We retained an analysis on the dependence of the performance of the MC-LFC fuel cell with respect to various physicochemical parameters of the materials (conductivity, porosity, permeability) and operating conditions (temperature and pressure). The results show that for a better performance of the MC-LFC cell, the exchange current density in the anode and cathode compartment must be respected in the interval [0.075 A/m2, 0.75 A/m2] and [1.58 A/m2, 15.8 A/m2]. The electrical conductivity of the electrolyte, anodic and cathodic materials can be respectively in the interval [26 S/m, 265 S/m], [25 S/m, 250 S/m] and [19 S/m, 60 S/m]. It is also noted that the increase in temperature from 700 K to 1000 K generates a drop in the maximum power density of the cell (approximately 1500 mW/cm2 to 1260 mW/cm2). LFC under a temperature of 500 °C. It should also be noted that the molar concentration of CO2 and O2 in the cathode compartment must be controlled (i.e., respectively less than 5 mol/m3 and 10 mol/m3). A porosity of 0.2 with a permeability between 10 m2 and 12 m2 or a porosity of 0.4 with a permeability between 10 m2 and 9 m2 is suitable for the MC-LFC pile because the variation of these parameters does not lead to a considerable change in the polarization curve.


identifier: Nisol, E. (2022). Exploitation des protocoles WiFi pour le décompte automatique des personnes aux alentours d'un point donné  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La ville moderne est sans cesse confrontée à de nombreux défis. Parmi eux figurent notamment son accessibilité en transports et la satisfaction de ses usagers rendues de plus en plus difficile par un nombre grandissant de contraintes. En effet, en plus des limites financières, il est aujourd'hui impossible d'ignorer l'impact environnemental des transports en commun dans la situation actuelle de crise climatique. Une meilleure compréhension du comportement des utilisateurs des autobus est critique pour permettre plus d'optimisations du réseau de transports. Par exemple, la connaissance en temps réel du nombre de personnes patientant à chaque arrêt de bus pourrait mener à l'émergence de transports en commun plus flexibles et moins coûteux. Principalement motivés par cette problématique, nous proposons une méthode de comptage d'appareils connectés présents autour d'un point donné exploitant les protocoles de communication WiFi. Antérieurement à 2013, les appareils connectés commu-niquaient systématiquement un identifiant unique appelé adresse MAC lorsqu'ils sondaient leurs alentours à la recherche de fournisseurs d'accès, dans des paquets de données appelés "Requêtes de Sonde". Cela rendait alors le décompte de ces appareils aisé. Cependant, depuis 2013, ce décompte a été rendu difficile par l'introduction de l'utilisation quasi-systématique d'une fausse adresse MAC aléatoire. Dans ce mémoire, nous avons mis au point une approche fondée sur l'apprentissage d'une métrique adaptée à l'espace des Requêtes de Sonde. Cette métrique est ensuite exploitée dans un algorithme de partitionnement. Un estimateur du maximum de vraisemblance est ensuite utilisé pour prédire le nombre d'appareils et établir un intervalle de confiance. Les résultats expérimentaux menés sur les données WiFi publiques de CRAWDAD montrent que notre méthode atteint une erreur relative de 21%, et ce sans accéder à l'adresse MAC.  ABSTRACT: In cities around the world, the public transportation sector plays a pivotal role in the daily lives of many. Understanding the behaviour of a city's ridership in real-time is essential to reduce its operating costs and enhance passenger satisfaction. Bus systems, specifically, are notorious for extended waiting times, overcrowding and ineffective routes. Data collected based on passenger behaviour allows for greater flexibility in bus scheduling and helps reduce the burden of single passengers on the overall transport network. A solution for assessing travel demand in real-time is to count the number of people waiting at each bus stop to forecast future load on the system. Mainly motivated by these considerations, this thesis proposes an approach using WiFi communication protocols to estimate the number of connected devices present around a given point. In the past, WiFi-based methods were made easier by the existence of a unique identifier called "Media Access Control" (MAC) address which was systematically transmitted by connected devices to discover access providers surrounding them. Since 2013, the use of a randomized MAC address has become more widespread making tracking and counting devices much harder. Fortunately, previous work from Vanhoef et. al in 2016 has shown that this randomization process is not enough to prevent tracking. In their article, the authors introduced a clustering algorithm they claim capable of tracking perfectly 50% of devices over a span of 20 minutes. In 2020, another clustering algorithm called DBSCAN used by Uras et al. was able to count the number of devices with an accuracy of 65.2%. In this thesis, a metric learning and Bayesian modeling is proposed to improve the existing literature. A maximum likelihood estimator is built on the calculated clusters and assigned a confidence interval. Experimental results on the public WiFi dataset, CRAWDAD, has shown that the proposed method achieves a relative error of 21% using each clustering algorithm, without access to the MAC address.


identifier: Guendon, M. (2022). Méthode de valorisation de données de production pour l'évaluation des pertes de cadence  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La réduction des pertes de cadence en production représente un enjeu majeur pour les entreprises manufacturières. Toujours à la recherche d'optimisation de leur rendement, elles désirent identifier les facteurs qui peuvent lui nuire. Avec le développement de l'Industrie 4.0, la production s'est réinventée, notamment en devenant de plus en plus automatisée. Cela a donc rendu possible la collecte de données toujours plus sophistiquées et dans des quantités toujours plus importantes. La valorisation de données se présente alors comme un processus essentiel pour traiter ces données qui regorgent de connaissances inexploitées. La littérature scientifique témoigne du développement de plusieurs méthodes de valorisation de données ces dernières années, utilisant elles aussi des outils de plus en plus élaborés. Cependant très peu de méthodes proposent une évaluation des pertes de cadence allant jusqu'à identifier les comportements dans un contexte de production où l'automatisation est prédominante.  En collaboration avec une usine manufacturière de l'industrie automobile du grand Montréal, ce projet a été l'occasion de mieux appréhender l'évaluation des pertes de cadence de machines d'assemblage semi-automatiques. En adaptant la démarche CRISP-DM (Cross-Industry Standard Process for Data Mining) aux besoins de cette usine, il a été possible de développer une méthodologie de valorisation de données industrielles pour l'évaluation des pertes de cadence dans un contexte de production semi-automatique. Cette méthode, centrée sur les processus de production, s'appuie dans un premier temps sur des outils d'analyse exploratoire permettant de visualiser et d'évaluer l'impact de différentes caractéristiques de production sur la productivité. À la lumière de ces caractéristiques, la méthode se poursuit par de la découverte de processus à partir de données événementielles. La découverte de processus permet alors d'identifier les transitions critiques entre les différentes étapes d'un processus de production au moyen de graphes dirigés. À partir de ces graphes et des données explicitées par l'analyse exploratoire, il sera possible pour les experts du domaine de cibler des pratiques à privilégier pour réduire les pertes de cadence. Le choix d'utiliser des outils favorisant la visualisation des données permet de garder les experts du domaine dans la boucle d'analyse, considération parfois laissée de côté dans la littérature. Ces outils représentent un support majeur dans la conduite de ce travail et éclairent les résultats obtenus par leurs interprétations. C'est notamment le cas des graphes dirigés qui, d'une part, offrent la possibilité de distinguer des pratiques relatives à des niveaux de productivité différents et, d'autre part, permettent d'approcher les pertes de cadence en production par une étude des comportements. La valorisation des données du partenaire industriel démontre l'applicabilité de la méthode à un cas concret de production complexe. L'application se concentre sur 3 mois de production d'une machine d'assemblage, mais pourrait être étendue. Le partenaire industriel a pu alors approfondir l'évaluation des pertes de cadence dans sa situation de production, bien que plus de précisions auraient pu être apportées concernant la complexité des processus étudiés. D'une investigation des pertes de cadence passant par l'évaluation du nombre de produits assemblés en moyenne par jour, le partenaire peut désormais identifier des transitions critiques du processus d'assemblage selon différentes conditions de production.  ABSTRACT: The reduction of lost production rates is a major issue for manufacturing companies. Always looking to optimize their performance, they seek to identify the factors that can affect it. With the development of Industry 4.0, production has been reinvented, notably by becoming more and more automated. This has made it possible to collect even more sophisticated data in even greater quantities. Data valorization is therefore an essential tool to process this data, which hides unexploited knowledge. The scientific literature shows the development of several methods of data valorization in recent years, using increasingly sophisticated tools. However, very few methods propose an evaluation of the losses of rate leading to identifying behaviors in a context of production where automation is predominant. In collaboration with a manufacturing plant in the automotive industry in the greater Montreal area, this project was an opportunity to understand better the evaluation of cycle losses of semi-automatic assembly machines. By adapting the CRISP-DM (Cross-Industry Standard Process for Data Mining) approach to the needs of this plant, it was possible to develop a methodology to value industrial data to evaluate reduced speeds in a semi-automatic production context. This method, centered on production processes, is based initially on exploratory analysis tools allowing to visualize and evaluate the impact of various production characteristics on productivity. Considering these characteristics, the method continues with process discovery based on event data. Process discovery identifies the critical transitions between the different steps of a production process using DFGs (Directly Follows Graphs). From these graphs and the data highlighted by the exploratory analysis, it will be possible for domain experts to target practices to be favored in order to reduce cycle time losses. The choice to use tools promoting data visualization allows us to keep the domain experts in the analysis loop, a consideration that is sometimes overlooked in the literature. These tools represent major support in the conduct of this work and enlighten the results obtained by their interpretations. This is notably the case of DFGs which, on the one hand, offer the possibility to distinguish practices linked to different levels of productivity and, on the other hand, they allow an approach of the losses of production rate studying behaviors. The use of the industrial partner's data demonstrates the applicability of the method to a concrete case of complex production. The application focuses on 3 months of production of a semi-automatic assembly machine but could be  extended. The industrial partner was then able to deepen the evaluation of cycle losses in its production case, although more details could have been provided concerning the complexity of the studied processes and machines. From an investigation of cycle losses based on the evaluation of the number of products assembled on average per day, the partner can now identify problematic transitions of the assembly process according to various production conditions.


identifier: Phaneuf-L'Heureux, A.-L. (2022). Field-Induced Modulation of Single-Exciton Emission in ZnSe: Te2 Under Resonant and Non Resonant Excitation  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'avènement de l'information quantique incite au déploiement d'un réseau de télécommunication quantique permettant de connecter différents agents distants (tels des ordinateurs) entre eux, une technologie garantissant une sécurité absolue des communications. Les photons, en raison de la robustesse de leurs états quantiques et de leur grande vitesse de propagation, sont des candidats de choix à la transmission de l'information quantique sur de longues distances. Ainsi, la mise au point d'interfaces convertissant les degrés de liberté quantiques d'un photon en des équivalents matériels (et vice versa) est cruciale pour l'implantation d'un tel réseau. Ces dispositifs, nommés qubits contrôlés optiquement (QCO), doivent entre autres idéalement présenter une grande vitesse d'opération, être identiques, posséder un long temps de cohérence et interagir fortement avec la lumière. Dans le cadre de ces travaux, nous avons étudié les propriétés d'émission sous excitation résonante et non résonante (NR) d'excitons liés à des molécules de tellure dans le séléniure de zinc (ZnSe:Te2). Ces défauts atomiques de symétrie C2v, dont la configuration dans le réseau cristallin est bien définie, sont d'intéressants potentiels QCO en raison de leur comportement de pseudo-accepteurs leur permettant de capturer un trou unique, un exciton, un trion positif ou un biexciton. Puisque le trou est fortement localisé sur le défaut, interagissant ainsi avec peu de spins nucléaires, que sa fonction d'onde possède un noeud à la position des noyaux et que le Te et le matériau hôte ont une faible concentration naturelle de spins nucléaires, les mécanismes de décohérence dus à l'interaction hyperfine sont présumés de moindre importance que dans les systèmes basés sur les semiconducteurs III-V tels les boîtes quantiques et les centres isoélectroniques dans l'arséniure de gallium (GaAs) et dans le phosphure de gallium (GaP). Deux séries de mesures ont été réalisées sur des excitons uniques liés à des molécules de Te2 dans le but d'évaluer leur performance en tant que QCO: une mesure de photoluminescence-excitation (PLE) et une mesure d'excitation résonante. En premier lieu, la PLE visait à caractériser les mécanismes de transfert entre un exciton lié et des états de plus haute énergie, ainsi qu'à identifier comment ces derniers, en particulier ceux impliquant les états excités de l'exciton, pourraient être exploités dans le cadre de protocoles de contrôle.  ABSTRACT: The advent of quantum information processing calls for the establishment of a quantum telecommunication network to connect distant agents (such as computers), a technology guar-anteeing an absolute security of communications. Photons, due to the robustness of their quantum states and high propagation speed, are the candidates of choice to convey quantum information over long distances. Hence, interfaces converting photon quantum degrees of freedom to material ones (and vice-versa) are of premium importance for the deployment of a quantum network. Such devices, often named optically addressable qubits (OAQs), must ideally, among other things, be ultrafast and identical to one another, as well as present a long coherence time and strong interaction with light. In this work, we investigated the non resonant (NR) and resonant emission properties of excitons bound to isoelectronic tellurium molecules in zinc selenide (ZnSe:Te2). These atomic defects of C2v symmetry and well-defined atomic configuration are interesting OAQ candi-dates as they behave like pseudo-acceptors and therefore can bind single holes, excitons, positive trions and biexcitons. Since the hole is very localized on the defect, therefore inter-acting with only a few nuclear spins, that its wavefunction has a node at the position of the nuclei, and that both Te and host atoms have low nuclear-spin natural abundance, hyper-fine interaction-related decoherence mechanisms are strongly suppressed compared to III-V semiconductors-based systems such as quantum dots or isoelectronic centers in gallium ar-senide (GaAs) and gallium phosphide (GaP). Two measurement campaigns were conducted on single Te2-bound excitons in order to evaluate their potential as OAQs: PLE and resonant excitation. First, PLE was aimed at characterizing transfer mechanisms between higher-energy states and a Te2-bound exciton, and identifying how any of them, especially those involving its excited states, could be exploited in a control protocol. Although excited states could not be experimentally observed, it was found that resonantly-created free excitons in the ZnSe host (FX, at 2.805 eV) were easily captured by the defects, leading to an increase of the bound-exciton emission. A peculiar and intriguing effect was also observed: a periodic modulation of the bound-exciton emission energy (Eem) as a function of the excitation energy (Eex). As this remote means of tuning the Eem of an emitter could have great implications for coherent control, its characteristics were thoroughly studied.


identifier: Attendu, X. (2022). Advancements in Multimodal Endoscopic Optical Coherence Tomography: Novel Hardware, Software, and Optical Strategies  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cancer de l'oesophage (CO) est une maladie dangereuse, principalement en raison de sa nature asymptomatique jusqu'à un stade avancé de son développement. Actuellement, la vidéo-endoscopie en lumière blanche combinée à des biopsies aléatoires constituent l'étalon-or pour la détection du CO. Cependant, ces méthodes sont invasives, manquent de sensibilité et ne sont pas rentables. La tomographie par cohérence optique (OCT) est une technique interférométrique qui permet d'obtenir une imagerie 3D de tissus biologiques en haute résolution et en profondeur. Son implémentation endoscopique est très prometteuse pour la détection précoce des CO. Cependant, à ce jour, l'OCT endoscopique n'a jamais atteint les performances requises pour remplacer complètement les protocoles standard de vidéo-endoscopie et biopsies aléatoires. Dans cette thèse doctorale, nous émettons l'hypothèse que la combinaison de l'OCT à des techniques d'imagerie spectroscopique, offrant un sensibilité accrue à la composition moléculaire des échantillons biologiques, pourrait améliorer le pouvoir diagnostique pour la détection précoce du cancer de l'oesophage. Nous présentons tout d'abord une analyse critique de la littérature qui expose le principe de fonctionnement fondamental de l'OCT et de l'imagerie spectroscopique. Nous examinons ensuite les méthodes existantes pour augmenter le contraste de l'OCT, par le biais d'extensions fonctionnelles ou de combinaisons avec d'autres techniques et nous étudions leur compatibilité avec le format endoscopique. Nous présentons la fibre à double gaine (DCF) et les coupleurs de fibre à double gaine (DCFC), des technologies permettant le développement de systèmes multimodaux. De plus, ces technologies fibrées ont un haut potential de miniaturisation et pourraient être adaptées dans des sondes endoscopiques. La fibre DCF possède un coeur monomode (SM) et une gaine interne multimode (MM) qui peuvent chacun transporter un signal optique. L'on peut accéder à ces deux canaux efficacement par le biais d'un DCFC, qui permet de combiner ou séparer les signaux. Dans les systèmes OCT multimodaux à base de DCFC, l'imagerie OCT est réalisée par le coeur tandis que l'imagerie avec la modalité supplémentaire est réalisée pas la gaine interne. Dans la première partie de cette thèse, nous présentons trois systèmes qui combinent l'OCT avec différentes variantes de l'imagerie spectroscopique, en utilisant de la DCF et des DCFC. Ces systèmes sont progressivement de plus en plus compatibles avec l'imagerie dans un milieu clinique.  ABSTRACT: Esophageal cancer (EC) is a deadly disease, primarily because of its asymptomatic nature until advanced stages in its development. Currently, white light video-endoscopy combined with random biopsies is the gold standard for the detection of EC. However, such methods are invasive and lack sensitivity and cost-effectiveness. Optical coherence tomography (OCT) is an interferometric technique that allows depth-resolved, high-resolution 3D imaging of biological tissue. Its endoscopic implementation for esophageal imaging has shown great promise for the early detection of EC but has, to this day, always fallen short of the required performance to replace video-endoscopy and biopsies outright. We hypothesize that combining OCT with spectroscopic imaging techniques that provide enhanced sensitivity to the molecular composition may enhance diagnostic performance for early esophageal cancer detection. We first present a critical literature review that outlines the fundamental operating principle of OCT and spectroscopic imaging. We delve into existing methods for expanding OCT contrast through functional extensions or combinations with other techniques and consider their compatibility with endoscopic applications. We present double-clad fiber (DCF) and double-clad fiber couplers (DCFC) as viable candidates for developing fiber-based multimodal systems with the potential for miniaturization into endoscopic devices. DCF possesses a single-mode (SM) core and a multimode (MM) inner-cladding that can each transport complementary optical signals. These two channels may be efficiently accessed through a DCFC, which can combine or separate the signals. In DCF-based multimodal OCT systems, OCT is carried out through the fiber core and the additional modality through the inner cladding. In the first part of this thesis, we present three systems that combine OCT with different implementations of spectroscopic imaging, using DCF and DCFCs and with progressive levels of compatibility with clinical imaging. The first system combines OCT with hyperspectral imaging (HSI) by utilizing an external broadband source to illuminate the sample and collecting the reflected signal through the inner cladding for spectroscopic analysis. This system was the first demonstration of combined OCT and HSI through a single fiber. However, this implementation suffered from low imaging speed and low lateral resolution for HSI. In the second system, we used multiple single-wavelength lasers to perform multispectral imaging (MSI).


identifier: Tesner, C. (2022). Étude du rayon d'action des entrepreneurs généraux pour l'opérationnalisation de l'ACV au regard des modes de réalisation  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le secteur de la construction compte parmi les industries les plus polluantes en termes de production de déchets et d'émissions carbone. Traditionnellement peu axée sur les préoccupations environnementales, l'industrie de la construction s'oriente de plus en plus vers des pratiques plus vertes, en réponse à la prise de conscience de l'urgence climatique. Cette démarche s'inscrit dans une demande croissante d'ériger des ouvrages plus respectueux de l'environnement et vise à répondre à la création de nouvelles normes et labels environnementaux pour la construction. Les actions à mener pour réduire l'impact environnemental de cette industrie sont nombreuses. L'Analyse du cycle de vie (ACV), outil de mesure de l'impact environnemental, présente ici une réelle opportunité pour accompagner la transition vers une construction plus durable. Toutefois, l'ACV reste encore peu utilisé dans l'industrie de la construction au Canada. L'opérationnalisation de l'ACV dans les projets de construction présente un véritable défi, puisqu'elle implique des modifications du processus de projet d'un point de vue organisationnel, dans un processus long et complexe aux multiples parties prenantes. L'objectif de ce sujet de recherche consiste à développer une méthodologie d'opérationnalisation d'ACV au regard des modes de réalisation du point de vue de l'entrepreneur général. Ce projet de recherche est motivé par le manque de documentation sur le sujet dans la littérature scientifique, ainsi que par la volonté du partenaire industriel, à terme, de mettre en place l'ACV dans ses projets. Le recours à la méthodologie DRM (Design Research Methodology) a permis de proposer un modèle adapté aux besoins du partenaire industriel, tout en gardant une démarche scientifiquement rigoureuse. Notre proposition s'appuie sur la méthodologie de cartographie BPMN (Business Process Model and Notation), ainsi que sur la méthodologie de création de modèles MEM connus dans la littérature. Les cartographies proposées permettent de comparer le rayon d'action de l'entrepreneur général dans l'opérationnalisation d'ACV entre les trois modes de réalisation étudiés, que sont la conception-soumission-construction, la gérance de construction et la conception-construction. Les cartographies peuvent également servir de plan d'action pour l'entrepreneur général qui souhaite, ou doit, sur demande du donneur d'ouvrage, avoir recours à l'ACV dans ses projets. Elles permettent d'intégrer les activités liées à la mise en œuvre de l'ACV dans les activités courantes de l'entrepreneur général et de comprendre le rôle des différents acteurs dans cette opérationnalisation. L'application industrielle de cette proposition n'a pas pu être menée, car le projet d'ACV chez le partenaire industriel n'est pas à un stade de maturité assez avancé. Toutefois, une évaluation de la proposition par des professionnels exerçant chez le partenaire a permis d'évaluer la proposition et de proposer des pistes d'amélioration.  Le modèle d'opérationnalisation ACV élaboré a permis de confirmer que les modes de réalisation plus intégrés, tels que la conception construction, offrent une plus grande marge de manœuvre à l'entrepreneur général qui souhaite prendre part à la mise en œuvre de l'ACV. Le modèle permet également de guider l'entrepreneur général dans les activités à mettre en place, dans les trois modes de réalisation étudiés, afin de mettre en œuvre l'ACV dans ses projets. Les principales limitations de notre projet de recherche résident dans l'absence d'application industrielle de la proposition. Le modèle proposé a été élaboré sur la base de l'expérience de différents acteurs. Toutefois, l'opérationnalisation réelle de l'ACV dans les projets pourrait refléter une démarche différente de celle qui a été imaginée, et pourrait poser de nouvelles problématiques. Cette étude a permis de mettre en évidence de futures pistes de recherche. Entre autres, le développement éventuel d'une matrice de responsabilités de type « RACI » permettrait de compléter le modèle créé lors de ce projet. L'étude a été réalisée dans un temps donné et restreint qui ne permet pas l'application de la proposition chez le partenaire industriel. L'application du modèle chez le partenaire ou au sein d'autres entrepreneurs généraux en situation réelle permettrait de l'améliorer. Enfin, l'opérationnalisation de l'ACV pourrait être étudiée dans des projets à mode de réalisation intégré de type « IPD » qui se développent ces dernières années, mais pour lesquels les retours d'expérience sont peu nombreux. À terme, des retours d'expérience sur des cas d'études d'opérationnalisation ACV réels en construction permettraient de nourrir l'industrie de la construction sur le sujet. Ces axes de recherche permettraient de faire avancer la recherche sur l'ACV et d'encourager son opérationnalisation dans le secteur de la construction.  ABSTRACT: The construction sector is part of the most polluting industries regarding waste production and carbon emissions. Traditionally not highly environmentally conscious, the construction industry is increasingly moving towards greener practices in response to the growing awareness of the climate emergency. This transformation is part of an increasing demand for more environmentally friendly construction and is a response to creating new environmental standards and labels for construction. Many actions must be taken to reduce the environmental impact of this industry. LCA presents a real opportunity to support the transition to more sustainable construction, as a tool for measuring environmental impacts. However, LCA has not yet entered the construction industry in Canada. The operationalization of LCA in construction projects embodies a real challenge since it implies changes in the project process from an organizational point of view in a long and complex process that includes multiple stakeholders. The objective of this research paper is to develop an LCA operationalization strategy in light of the delivery modes, from the general contractor's outlook. This research project is motivated by the lack of documentation on the subject in the scientific literature, as well as by the industrial partner's goal, in the long term, to implement LCA in its projects. The use of the DRM (Design Research Methodology) allowed us to propose a model adapted to the industrial partner's needs, while keeping a scientifically rigorous approach. Our proposal is based on the BPMN (Business Process Model and Notation) mapping methodology, as well as on the MEM model creation methodology known in the literature. The proposed mappings enable a comparison of the general contractor's scope of action in operationalizing LCAs between the three delivery modes studied. These modes are design-bid-build, construction management, and design-build. The mappings can also be used as an action plan for the general contractor who wishes, or is asked by the client, to use LCA in his projects. The model enables understanding how the activities related to the LCA implementation integrate into the general contractor's day-to-day activities. The mappings also enable understanding the different actors' roles in this operationalization. The industrial application of this proposal could not be conducted because the LCA industrial partner's project is not mature enough. However, an evaluation of the proposal by professionals working in the partner's company has allowed us to assess the proposal and propose improvement paths. The LCA operationalization model confirmed that the more integrated delivery modes, such as design-build, offer greater flexibility to the general contractor who wishes to participate in the LCA implementation. The model also provides guidance to the general contractor on the activities that need to be implemented in the three delivery modes studied to implement LCA in their projects. The main limitations of our research project lie in the lack of industrial application of the proposal. The proposed model has been developed on the basis of the different actors' experiences and knowledge. However, the actual operationalization of LCA in projects could reflect a different approach than the one imagined and could raise new issues. This study has allowed us to highlight future research guidelines. Among others, the eventual development of a RACI matrix would complement the model created during this project. The study was carried out in a given and limited timeframe, which did not allow for the proposal's application in the partner company. The application of the model at the partner's site or at other general contractors in a real situation would improve it. Finally, the operationalization of LCA could be studied in projects with an integrated delivery mode such as IPD. This kind of delivery mode is currently increasing, but there is little feedback at the moment. In the long term, feedback on real LCA operationalization case studies in construction would allow stakeholders to feed the construction industry on the subject. These lines of research would help advance research on LCA and encourage its operationalization in the construction sector.


identifier: Vieira Ferreira, I. (2022). Towards Pragmatic Incivility Management in Software Engineering  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Étant donné la nature démocratique du développement open source, la révision technique de code et les discussions sur les rapports de bogue peuvent être inciviles. L'incivilité, dans ce contexte, est définie comme « les caractéristiques de la discussion qui transmettent un ton inutilement irrespectueux envers le forum de discussion, ses participants ou ses sujets » et peut avoir des conséquences négatives sur les communautés open source. Bien que l'incivilité dans les discussions publiques ait fait l'objet d'une attention croissante de la part des chercheurs dans différents domaines, dans le contexte du génie logiciel, et plus particulièrement de la révision technique de code et des discussions sur les rapports de bogue, il y a encore un manque de compréhension des caractéristiques et de la dynamique de la communication incivile ainsi que de la possibilité de détecter automatiquement l'incivilité.  ABSTRACT: Given the democratic nature of open source development, open source code review and issue discussions may be uncivil. Incivility, in this context, is defined as “features of discussion that convey an unnecessarily disrespectful tone toward the discussion forum, its participants, or its topics” and can have negative consequences to open source communities. Although incivility in public discussions has received increasing attention from researchers in different domains, in the context of software engineering, and more specifically, code review and issue discussions, there is still a lack of understanding about the characteristics and dynamics of uncivil communication as well as if incivility can be automatically detected.


identifier: Nguyen, N. D. (2022). 3D Numerical Evaluation of Consolidation of Tailings Co-Disposed with Waste Rocks in Open Pits  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les résidus et les stériles sont les deux principaux déchets miniers résultant des activités minières. Une gestion et une valorisation appropriées de ces déchets miniers sont nécessaires pour éviter les dommages environnementaux et les défaillances géotechniques ayant des conséquences importantes pour les activités minières et l'environnement environnant. Les problèmes environnementaux peuvent inclure le drainage minier acide ou le drainage neutre contaminé, tandis que des défaillances géotechniques peuvent se produire avec une liquéfaction dynamique ou statique, ce qui peut entraîner des conséquences catastrophiques en aval. Une technique de gestion des déchets miniers est le stockage en fosse qui présente de nombreux avantages par rapport aux infrastructures d'entreposage (TSF) en surface. Cette technique permet d'isoler physiquement les résidus à l'aide du milieu environnant et réduire les coûts de maintenance à long terme. Une enveloppe perméable, composée de matériaux grossiers ou d'une paroi rocheuse naturelle poreuse et installée le long du périmètre de la fosse, peut en outre contribuer à contrôler les contaminations potentielles par lessivage des résidus. Le principe fondamental de cette technique est que l'enveloppe perméable est plus perméable que les résidus et que l'eau souterraine s'écoule donc autour de la masse de résidus au lieu de la traverser. Des inclusions de stériles (WRI) ont également été proposées pour accélérer la consolidation des résidus et donc améliorer à la fois la stabilité dynamique des TSF de surface du sol et le taux de consolidation des résidus et ces effets ont été prouvés numériquement et expérimentalement. Les WRI peuvent également renforcer les parcs à résidus, empêcher le déplacement excessif des parcs à résidus pendant et après les événements sismiques. L'enveloppe perméable pourrait également contribuer à améliorer le taux de consolidation des résidus en fonctionnant de la même manière que le WRI dans les ISR. L'application de stériles sous forme d'enveloppe perméable (drain latéral) et d'inclusions (drain central) pour former de multiples voies de drainage dans la fosse pourrait favoriser davantage les avantages mentionnés ci-dessus. Les applications de cette nouvelle approche de gestion des déchets miniers peuvent également rencontrer plusieurs défis et inconnus qui peuvent limiter son application. Par exemple, les inconnus sur les évolutions non linéaires des propriétés de consolidation des résidus en pulpe (les travaux antérieurs considèrent généralement une conductivité hydraulique et une rigidité constante des résidus), les gains ou pertes nets de volume des résidus, et les effets des contraintes pratiques lorsque la méthode de co-disposition est appliqué dans la fosse reste difficile. L'objectif principal de cette étude était donc d'étudier numériquement les comportements de consolidation des résidus co-disposés avec plusieurs voies de drainage composées de stériles dans une fosse. Plus précisément, une approche visant à modifier les propriétés des matériaux devait d'abord être développée et validée. Il était également très important d'étudier les influences du WRI sur les consolidations des résidus et les gains/pertes nets de volume en utilisant l'approche proposée. Enfin, les effets des contraintes pratiques sur l'application de la technique de co-disposition en fosse devaient également être examinés. Une approche pour modifier les paramètres de Mohr Coulomb a d'abord été proposée et intégrée dans FLAC3D pour simuler explicitement la non-linéarité des propriétés des résidus, des simulations numériques couplées hydromécaniques ont ensuite été réalisées pour relever ces défis lorsque la technique de co-disposition a été réalisée dans une ISR simplifiée. Et dans une fosse à échelle réelle. Les résultats ont montré que l'approche développée pouvait représenter raisonnablement bien l'évolution non linéaire des propriétés des résidus lors du processus de remplissage. Les résultats ont également montré que l'estimation utilisant une rigidité et une conductivité hydraulique constantes pouvait entraîner une consolidation significativement différente en termes d'ampleur et de vitesse par rapport à celles obtenues à partir de modèles avec des propriétés mises à jour. Les modèles Kozeny-Carman et Kozeny-Carman Modified ont également permis une estimation satisfaisante du taux de consolidation des résidus, du moins pour les études préliminaires. Les modifications simples des codes numériques via FISH en FLAC3D proposées dans cette thèse pourraient donc améliorer significativement la prédiction de la consolidation des résidus à court terme sur la base d'une approche qui peut modéliser le comportement représentatif des résidus et contribuer à une meilleure planification des schémas de déposition à la fois en TSF conventionnels et dans des fosses à ciel ouvert. Après une validation réussie, l'effet du WRI sur les comportements de consolidation de divers types de résidus déversés dans une ISR simplifiée a été étudié à l'aide de l'approche proposée. Les différences potentielles entre l'estimation de la consolidation basée sur les propriétés constantes et mises à jour lors de l'application du WRI ont ensuite été examinées. Les effets du rapport volumique entre les résidus et le WRI sur les gains ou les pertes de volume des résidus, les influences du taux de remplissage et du schéma de remplissage ont également été étudiés. Les résultats ont indiqué que le WRI pourrait augmenter le taux de dissipation des résidus d'environ 3,3 fois selon la distance au WRI. La zone d'influence du WRI sur le taux de consolidation des résidus était différente pour chaque type de résidus. Les simulations utilisant des propriétés mises à jour ont montré des différences significatives par rapport aux modèles avec des valeurs constantes en termes d'ampleur et de vitesse de tassement. La présence de WRI peut réduire le volume disponible pour le stockage des résidus dans l'ISR et le changement volumétrique net résultant du tassement des résidus en cas de WRI avec ou sans pourrait être calculé explicitement. Des équations prédisant l'évolution des gains/pertes de volume en fonction des ratios de volume des résidus et du WRI ont ainsi été proposées. Les influences du WRI étaient plus importantes avec l'augmentation du taux de remplissage et l'hypothèse d'un remplissage instantané avait un effet négligeable sur le taux de consolidation des résidus. Après des résultats encourageants obtenus à partir de simulations des essais de colonne et de co- disposition dans les ISR conventionnels, l'approche proposée a été extrapolée pour réaliser une série de modèles numériques 3D ouplés afin d'examiner quantitativement l'évolution de la consolidation des résidus sous l'influence des stériles co-disposés avec des résidus dans une fosse à ciel ouvert à l'échelle du terrain. Différents scénarios de déposition ont été étudiés, dont la présence d'une enveloppe perméable uniquement et l'ajout de WRI comme inclusion centrale. L'influence des aspects opérationnels et pratiques tels que le taux de remplissage des résidus, les angles de pente de la fosse, les propriétés hydrogéotechniques des stériles et des résidus et la morphologie de la fosse ont été étudiées. Les résultats ont indiqué qu'une enveloppe perméable pourrait favoriser la dissipation de l'excès de pression interstitielle (PWP) et accélérer la consolidation des résidus. La zone d'influence de l'enveloppe perméable était relativement limitée et environ 2 fois la hauteur des résidus. L'utilisation d'un WRI combiné à une enveloppe perméable pourrait donc être géotechniquement bénéfique pour les fosses larges (c'est-à-dire lorsque le rayon de la fosse était supérieur à deux fois sa profondeur). Les angles de pente, le taux de remplissage et la morphologie de la fosse ont quelque peu affecté le taux de consolidation des résidus, mais leur effet était relativement limité et avait tendance à diminuer avec la distance aux voies de drainage. Enfin, la co-disposition des résidus et des stériles semble particulièrement pertinente pour les résidus fins à faible conductivité hydraulique. L'application de plusieurs voies de drainage composées d'une enveloppe perméable lors du stockage en fosse avec la combinaison de drains WRI et de drainage de fond semble être bénéfique à la fois en termes d'aspects environnementaux et géotechniques. Ces résultats pourraient être utiles aux praticiens et contribuer à proposer un co-disposition efficace dans les mines à ciel ouvert.  ABSTRACT: Tailings and waste rocks are the two main mine wastes resulting from mining activities. Proper management and reclamation of these mine wastes is required to avoid environmental damages and geotechnical failures with significant consequences for mining activities and surrounding environment. Environmental issues might include acid mine drainage or contaminated neutral drainage, while geotechnical failures might occur with either dynamic or static liquefaction, which may bring about catastrophic downstream consequences A mine waste management technique is in-pit disposal which has many advantages relative to the surface TSFs. It can contribute to physically isolate tailings with the surrounding environment and reduce the long-term maintenance costs. An engineered permeable envelope, which is composed of coarse materials or porous natural rock wall and installed along the perimeter of the pit, can further contribute to control potential leaching contaminations from tailings. The fundamental principle of this technique is that permeable envelope is more permeable than tailings and the groundwater therefore flows around the tailings mass instead of flowing through it. Waste rocks inclusions (WRIs) were also proposed to accelerate tailings consolidation and therefore improve both dynamic stability of the ground surface TSFs and consolidation rate of tailings and these effects have been proved numerical and experimental. WRIs can also reinforce tailings impoundment, prevent excessive displacement of tailings impoundments during and after seismic events. The permeable envelope could also contribute to enhance consolidation rate of tailings by functioning in a similar way as WRI in the TSFs. The application of waste rocks in the form of permeable envelope (side drain) and inclusions (central drain) to form multiple drainage paths in the pit might further promote the above-mentioned benefits. Applications of this novel mine waste management approach may also encounter several challenges and unknowns that can limit its application. For instance, unknowns on the non-linear evolutions of consolidation properties of slurry tailings (previous works usually consider constant hydraulic conductivity and stiffness of tailings), the net volume gains or losses of tailings, geotechnical benefits of the permeable envelope on the tailings consolidation, and the effects of practical constraints when co-disposal method is applied in the pit remains challenging. The main objective of this study was therefore to numerically investigate the consolidation behaviour of tailings co-disposed with multiple drainage paths composed of wastes rocks in a pit. Specifically, an approach to modify material properties needed to be first developed and validated. It was also very important to investigate the influences of WRI on the tailings consolidations and the net volume gains/losses using the proposed approach. Finally, the effects of practical constraints on the application of co-disposal technique in the pit also needed to be examined. An approach to modify Mohr Coulomb parameters was first proposed and integrated in FLAC3D to explicitly simulate the non-linearity of tailings properties, coupled hydro-mechanical numerical simulations were then carried out to address these challenges when co-disposal technique was performed in a simplified TSF and in a real scale pit. Results showed that the developed approach could capture reasonably well the non-linear evolution of tailings properties under filling process. Results also showed that estimation using constant stiffness and hydraulic conductivity could results in a consolidation that was significantly different in terms of both magnitude and rate in comparison with those obtained from models with updated properties. Kozeny-Carman and Kozeny-Carman Modified models also resulted in a satisfactory estimation of consolidation rate of tailings, at least, for preliminary studies. The simple modifications to the numerical codes via FISH in FLAC3D proposed in this thesis could therefore significantly improve the prediction of tailings consolidation in the short term based on an approach that can model the representative tailings behaviour and contribute to a better planning of discharging schemes both in conventional TSFs and in open pits. After successfully validating, the effect of WRI on consolidation behaviour of various types of tailings discharged in a simplified TSF was investigated using the proposed approach. Potential differences between consolidation estimation based on constant and updated properties when applying WRI were subsequently examined. Effects of volume ratio between tailings and WRI on the volume gains or losses of tailings, influences of the filling rate and filling scheme were also investigated. Results indicated that WRI could increase the rate of dissipation of tailings by around 3.3 times depending on the distance to the WRI. The zone of influence of WRI on tailings consolidation rate was different for each type of tailings. Simulations using updated properties showed significant differences compared to models with constant values in terms of both the magnitude and the rate of settlement. The presence of WRI can reduce volume available for the storage of tailings in TSF and the net volumetric change resulting from tailings settlement in case of with or without WRI could be calculated explicitly. Equations predicting the evolution of volume gains/losses based on the volume ratios of tailings and WRI were accordingly proposed. The influences of WRI were more significant with the increase in the filling rate and the assumption of instantaneous filling had a negligible effect on the tailings consolidation rate. After encouraging results obtained from simulations of the column tests and co-dispose in the conventional TSFs, the proposed approach was extrapolated to perform a series of 3D coupled numerical models to quantitatively examine the evolution of tailings consolidation under the influences of waste rocks co-disposed with tailings in a field-scale open pit. Various disposal scenarios were investigated, including the presence of a permeable envelop only and the addition of WRI as a central inclusion. The influence of operational and practical aspects such as the tailings filling rate, pit slope  angles, waste rock and tailings hydro-geotechnical properties, and pit morphology were investigated. Results indicated that a permeable envelope could promote the dissipation of excess pore water pressure (PWP) and accelerate tailings consolidation. The influence zone of the permeable envelope was relatively limited and around 2 times the tailings height. Using a WRI combined with a permeable envelope could therefore be geotechnically beneficial for wide pits (i.e., when the radius of the pit was larger than twice its depth). Slope angles, filling rate and pit morphology somewhat affected tailings consolidation rate, but their effect was relatively limited and tended to decrease with the distance to the drainage paths. Finally, co-disposal of tailings and waste rocks seems particularly relevant for fine tailings with low hydraulic conductivity. The application of multiple drainage paths composed of permeable envelope during in-pit disposal with the combination of WRI and bottom drainage drains appears to be beneficial both in terms of environmental and geotechnical aspects. These results could be  useful for practitioners and contribute to propose efficient co-disposal in surface mines.


identifier: Dadvand, M. (2022). Development of Electrodeposited Nickel-Tungsten Composite Materials with Effective Additives for Tribological and Corrosion Resistance Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de revêtements à haute performance contre l'usure et la corrosion est très important pour économiser de l'énergie dans de nombreuses applications industrielles, prolonger la durée de vie de divers composants d'ingénierie et également pour protéger les pièces contre diverses défaillances telles que l'usure, la corrosion, l'oxydation et la fatigue sous une grande variété de circonstances.  Parmi les différentes techniques de fabrication de revêtements telles que le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et l'électrodéposition, cette dernière a été largement acceptée pour l'ingénierie de la surface. En effet, celle–ci confère des propriétés d'usure et de corrosion souhaitables en raison de sa moindre complexité et de son coût relativement faible. . L'avantage unique de la technique d'électrodéposition par rapport aux autres méthodes de fabrication est une meilleure liaison interfaciale entre le matériau de revêtement et le substrat, et un contrôle précis de l'épaisseur et de la composition chimique des revêtements en modifiant de manière appropriée les paramètres de dépôt tels que le potentiel ou le courant.  Le chrome électrodéposé, en particulier le chrome dur (HCr), a été utilisé dans diverses industries telles que l'automobile, l'aérospatiale et les industries minières en raison de son excellente dureté, de ses performances d'usure, de ses propriétés anticorrosion et de son faible coefficient de frottement. Cependant, pendant le processus d'électrodéposition, de la fumée de chrome hexavalent (Cr6+) est générée, qui est extrêmement toxique et dangereuse pour l'environnement. Le tungstène–nickel électrodéposé (NiW), au contraire, s'est avéré être le meilleur remplacement possible des revêtements HCr existants en raison de ses performances exceptionnelles en matière de dureté, de corrosion et d'usure.  Ces dernières années, les composites à matrice métallique (MMC) avec d'excellentes performances, ont été largement utilisés dans les applications aérospatiales, automobiles et électroniques. Il convient également de mentionner que l'incorporation de particules céramiques insolubles (telles que le carbure de silicium (SiC), le dioxyde de cérium (CeO2) et le nitrure de bore hexagonal (hBN) dans la matrice NiW pourrait encore améliorer les performances mécaniques, tribologiques et de corrosion du Revêtements NiW en raison de la dureté extrêmement élevée du SiC, du très faible coefficient de frottement du hBN, ainsi que des propriétés anticorrosion du SiC, du CeO2 et du hBN.  ABSTRACT: The development of high wear and corrosion performance coatings is very crucial to save energy in many industrial applications, extend the lifetimes of various engineering components, and also to protect the parts against various failures such as wear, corrosion, oxidation, and fatigue under a wide variety of circumstances.   Among the different coating fabrication techniques such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and electrodeposition, the latter has received widespread acceptance for engineering the surface to impart desirable wear and corrosion properties owing to its less complexity and relatively low cost. The unique advantage of the electrodeposition technique over the other fabrication methods is improved interfacial bonding between the coating material–substrate and precise controlling of the thickness and chemical composition of the coatings by suitably altering the deposition parameters such as potential or current.  Electrodeposited chromium, especially hard chrome (HCr) has been used in various industries such as automobile, aerospace, and mining industries due to its excellent hardness, wear performance, anticorrosion properties, and low coefficient of friction. However, during the electrodeposition process, hexavalent chromium (Cr6+) fumes are generated which are extremely toxic and hazardous to the environment. The electrodeposited nickel tungsten (NiW), on the contrary, was found to be the best possible replacement for the existing HCr coatings due to its outstanding hardness, corrosion, and wear performance.    In recent years, metal matrix composites (MMCs) with excellent performance, have been widely used in aerospace, automotive, and electronics, applications. It is also noteworthy to mention that the incorporation of insoluble ceramic particulates (such as silicon carbide (SiC), cerium dioxide (CeO2), and hexagonal boron nitride (hBN)) into NiW matrix could further improve the mechanical, tribological, and corrosion performance of the NiW coatings owing to the extremely high hardness of SiC, the very low friction coefficient of hBN, along with anticorrosion properties of SiC, CeO2, and hBN.   In this research work, a special electrodeposition process utilizing a well–designed pulsed reverse current (PRC) waveform and specially formulated bath chemistry was used to produce a nanostructured coating of nickel–tungsten (NiW).


identifier: Cazottes, G. (1974). Modélisation et simulation d'une chaîne de broyage de minerais  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un modèle mathématique a été construit pour une chaîne de broyage de minerais constituée d'un broyeur à boulets suivi d'une classification granulométrique par hydrocyclone. Ce modèle est non linéaire et d'ordre élevé; il sera utilisé pour la simulation du processus et ultérieurement pour une commande numérique multivariable. Afin de simplifier la synthèse du régulateur, un modèle d'ordre réduit a été élaboré, puis linéarisé autour d'un point de fonctionnement. La validité des deux modèles a été établie par comparaison avec des résultats expérimentaux publiés dans la littérature.  ABSTRACT: A mathematical model has been developped for a closed loop grinding circuit, including a ball-mill and a hydro-cyclone classification. This model is nonlinear and of high order. It can be used for simulation purpose. However, it was intended as a first step toward real time computer control of the grinding process. In order to simplify the design of the digital controller, a reduced order model has been derived and linearized around a steady-state point of operation. The validity of both models has been established against data published in the literature.


identifier: Croteau, P. (1977). Analyse géométriquement non linéaire des structures tridimensionnelles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un programme d'analyse des structures tridimensionnelles à comportement géométriquement non linéaire a été développé. La méthode itérative employée dans le calcul procède par réajustement de la rigidité des éléments et utilise une formulation basée sur les équations d'équilibre exactes d'une poutre en flexion composée. Les systèmes étudiés sont conservatifs. La méthode proposée est appliquée à plusieurs exemples traités dans la littérature; la comparaison des résultats d'analyse avec les solutions existantes permet de vérifier le fonctionnement du programme et d'apprécier la justesse des réponses obtenues. Un cas d'analyse majeure, soit l'étude d'un pylône haubané, est présenté. Les résultats se comparent favorablement aux observations expérimentales.


title: A Dangerous Form of Belief: An Analysis of Alfred Rosenberg's Mythus of the Twentieth Century as an Example of a Modern Form of Religion

format:
634481 bytes
application/pdf

relation: Religious Studies Master's Essays;2005.1

subject: Religion Nazism

abstract: Religious Studies Master's Essay 2005

abstract:
This paper examines the thought of the Nazi ideologist Alfred Rosenberg as it is contained in his book, The Mythus of the Twentieth Century. I examine the spiritualized racism he describes in the Mythus as a distinctly modern form of religion. I do this by analyzing it according to three categories that I believe reflect the form of the modern consciousness: scientific naturalism, the culture of authenticity and self-conscious
narrative epistemology. I argue that although the tribalist ground of this religiosity is pre-modern in origin, it is nevertheless modern in its form. Rosenberg articulates and
understands his racist religion of the blood in a form that reflects the three categories that I take to be representative of modern consciousness. I conclude with a discussion of how
this form of religion or ‘spirituality’ is characteristic of modernity.


title: Resistance, Complicity and Transcendence: A Postcolonial Study of Vivekananda's Mission in the West

format:
321618 bytes
application/pdf

relation: Religious Studies Master's Essays;2005.2

subject: Religion Vivekananda

abstract: Supervised by Ellen Goldberg

abstract:
In this study, I examine the figure of Swami Vivekananda (1863-1902), a sanyassi who traveled to America, England, and France, becoming one of the first Hindus to articulate
his religion in the West. I argue that Vivekananda’s spiritual mission can be seen as a critical engagement with the Orientalist essentialisations of his day in an effort to change the
subordinate role of India in relation to the West. After a brief literature review, in chapter one I outline the discursive challenges which Vivekananda and his contemporaries faced
through a Saidian examination of Orientalism in India. In chapter two, I explain how, in his presentation of India and Hinduism, Vivekananda used his rhetorical ingenuity and his
physical person as a way to refute the Orientalist theses of India’s degeneracy and effeminacy, and offered a formulation of the Vedanta tradition with which he hoped to earn
for India the status of respected spiritual teacher. In chapter three, I complicate matters by examining how Vivekananda was complicit in the Orientalist essentialisations which he
wished to deny. His representation of himself and of Vedanta can be criticised in terms of his compromises to the expectations of his Western audience, his perpetuation of
dichotomies such as spiritual/ material and feminine/ masculine, and in his essentialising approach to Hindu tradition. However, by the end of chapter three, I argue that Said’s
examination of Orientalism is too narrow a lens to capture the complexity of Vivekananda’s life and endeavours. In chapter four, I draw on the work of Ashis Nandy and Homi Bhabha
to argue that Vivekananda was neither an innocent victim nor a polemical manipulator of his circumstances, but by virtue of his liminal status between cultures, ultimately sought to
transcend the discursive dichotomies in which he was often mired.


title: Progressive Christians as Neo-Literalists: The drive for “intellectual integrity” in contemporary Christianity

format:
389276 bytes
application/pdf

relation: Religious Studies Master's Essays;2005.3

subject: Religion Christianity

abstract: Supervised by William Closson James

abstract:
Contemporary religious discourses have inherited from modern
secularised scientific debates a literalistic worldview in which statements and events are judged to be either true or false and religion is defined as the holding of counterintuitive beliefs. This Master’s paper examines Progressive Christianity in Canada as a movement which has altered its approach to scripture as a direct result of the modern attempt to bring religious activity in line with scientific “truths”. I show that the changing consciousness in modern religiosity in combination with the scholarly
search for the historical Jesus has created a movement which promotes the idea of intellectual integrity and a new liberal, literalistic reading of scripture, which I call neo-literalism.


title: Søren Kierkegaard's Self-Affirming Moral Philosophy and its Relationship to Charles Taylor's Notions of Relativism and Authenticity

format:
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application/pdf

relation: Religious Studies Master's Essays;2005.4

subject: Religion Kierkegaard

abstract: Supervised by James Miller

abstract:
This essay seeks to deny Alasdair MacIntyre’s charge that Kierkegaard’s ethical theory, as laid out in Either/Or, lies at the heart of contemporary moral problems similar to what Charles Taylor himself sees plaguing western liberal society in the form of “soft relativism” and “authenticity.”  Through examining concepts of “radical choice” and “narrative,” this essay will uncover a sufficiently rational basis for Kierkegaard’s notion of an existential self-affirming moral identity.  In order to defend Kierkegaard’s post-Romantic self-affirming moral theory against MacIntyre’s criticisms, a historical-philosophical context that allows for the emergence of Kierkegaard’s thought will be
established.  This essay will also address MacIntyre’s criticisms of the ethical theory in Either/Or, and through a defense attempt to establish a rational and justifiable basis for that same theory rooted in what will be termed the “narrative of choice.”  Establishing a rational and justifiable basis for Kierkegaard’s ethical theory serves two purposes.  First, it denies the charge made by MacIntyre that the ethical theory setout by Kierkegaard in Either/Or is the outcome of the Enlightenment’s failure to provide a rational basis for public moral discourse.  Second, it prevents Kierkegaard’s theory from being seen as the
forefather of the sort of soft relativism and authenticity that Taylor claims haunts contemporary western liberal moral identity.  It will be the conclusion of this essay that in cultivating a reliable narrative of committed ethical choices, as is advocated in the latter portions of Either/Or, the moral agent insulates her self-affirming moral identity from both soft relativism and authenticity.  While the rejection of transcendent values and the
defining of relationships exclusively in terms of personal self-fulfillment may be a feature of contemporary western liberal society, it is not a feature or outcome of the moral
philosophy found in the pages of Kierkegaard’s first major aesthetic work, Either/Or.


title: Abstinence and Marriage in Contemporary Evangelical Protestantism: An Analysis Using Bisexual Theory

format:
778602 bytes
application/pdf

relation: Religious Studies Master's Essays;2005.5

subject: Religion Bisexual Evangelical Protestant

abstract: Supervised by Pamela Dickey Young

abstract:
This project uses bisexual theories of Majorie Garber and Clare Hemmings to look at the identity categories of “wife” and “virgin,” as employed by contemporary North American
evangelical Protestant traditions.  Through exploring evangelical Christian texts and teachings, as well as sociological data of evangelical women and youths, it is discovered
that the two seemingly rigid categories are more permeable than evangelical traditionalists would believe.  Instead of being victims of oppressive religious dogmas, many women and youths have in fact adopted identities of “wives” or “virgins” to
directly challenge evangelical traditionalist understandings of femininity, virginity, sexuality, and gender.


title: Chemical Reaction Dynamics and Coincidence Imaging Spectroscopy

contributor:
Wardlaw, David
Stolow, Albert
Chemistry

format:
5492593 bytes
application/pdf

rights: This publication is made available by the authority of the copyright owner solely for the purpose of private study and research and may not be copied or reproduced except as permitted by the copyright laws without written authority from the copyright owner.

subject: TRPES

subject: TRCIS

subject: Acrolein

subject: Crotonaldehyde

subject: Methylvinylketone

subject: Methacrolein

subject: Conical Intersection Dynamics

subject: Nitric Oxide Dimer

abstract:
This thesis describes and develops two experimental techniques, Time Resolved Photoelectron Spectroscopy (TRPES), and Time Resolved Coincidence Imaging Spectroscopy (TRCIS), to study ultrafast gas phase chemical dynamics.  We use TRPES to investigate the effects of methyl substitution on the electronic dynamics of the simple alpha, beta-enones acrolein, crotonaldehyde, methylvinylketone, and methacrolein following excitation to the S2 state.  We determine that following excitation, the molecules move rapidly away from the Franck-Condon region reaching a conical intersection promoting relaxation to the S1 state.  Once on the S1 surface, the trajectories access another conical intersection leading them to the ground state. Only small variations between molecules are seen in their S2 decay times.  However, the position of methyl group substitution greatly affects the relaxation rate from the S1 surface.  Ab initio calculations used to compare the geometries, energies, and topographies of the S1/S0 conical intersections of the molecules are not able to explain the variations in relaxation behaviour.  We propose a model that uses dynamical factors of specific motions in the molecules to explain the differing nonadiabatic S1/S0 crossing rates.

The second part of this thesis examines the issues involved with design and construction of a Coincidence Imaging Spectrometer.  This type of spectrometer measures the 3-dimensional velocities of both photoelectrons and photoions generated from probing of laser induced photodissociation reactions.  Importantly, the photoelectrons and photoions are measured in coincidence from single molecules, enabling measurements such as recoil frame photoelectron angular distributions and  correlated photoelectron/photoion energy maps, inaccessible using existing techniques.  How to optimize the spectrometer resolution through design, tuning, and calibration is discussed.  The power of TRCIS is demonstrated with the investigation of the photodissociation dynamics of the NO dimer.  TRPES experiments first identified a sequential kinetic model following 209nm excitation resulting in NO(X) (ground state) and NO(A) (excited state) products.  Using TRCIS, it was possible to measure time resolved vibrational energy distributions of the products, indicating the extent of vibrational energy redistribution within the dimers prior to dissociation.  Recoil frame photoelectron angular distributions and theoretical support allow identification of a previously disputed intermediate on the dissociation pathway.

abstract: PhD


title: Flexural behaviour of spun-cast concrete-filled fibre reinforced polymer tubes for pole applications

contributor:
Fam, Amir Z.
Civil Engineering

format:
7528216 bytes
application/pdf

subject: FRP flexure

abstract: Thesis (Master, Civil Engineering) -- Queen's University, 2007-04-19 15:49:45.19

abstract: In this study, the feasibility of utilizing the spin casting technique with structural Fibre-Reinforced Polymer (FRP) tubes and eliminating steel reinforcement is explored for the first time. This would make spun-cast FRP tubes (SCFTs) desirable in pole applications, as they are relatively light-weight, protected from deicing salts and other elements by the tube, and have similar flexural resistance to the completely filled FRP tubes (CFFTs). This study evaluates the flexural and bond performances of SCFTs through experimental and analytical investigations. The experimental investigation included a total of nine beam specimens, approximately 330 mm in diameter and 2.85 m in length, tested in three and four-point bending. Glass-FRP (GFRP) tubes with different wall thicknesses and proportions of fibres in the longitudinal and hoop directions were used in eight specimens. One control specimen was cut from a conventional prestressed spun-cast pole and tested for comparison. Also, one specimen was essentially a control CFFT. The main parameters studied were tube laminate structure, concrete wall thickness, and the effect of additional steel rebar in SCFTs. The experimental investigation also included six push-off stub specimens tested to examine the bond behaviour of SCFTs. An analytical model predicting the flexural response of SCFT beams was developed, verified, and used in a parametric study to examine a wider range of tube laminate structures, concrete wall thicknesses and FRP tube thicknesses. The study demonstrated the feasibility of fabrication of SCFTs in conventional precast plants. SCFTs were shown to have similar flexural strength to conventional prestressed spun-cast poles of an equivalent reinforcement index but are less stiff due to the lower modulus of FRP and lack of prestressing. SCFTs with inner-to-outer diameter ratio (Di/Do) up to about 0.6 achieved the same flexural strength as the CFFT specimen. However, the parametric study showed that this optimum (Di/Do) ratio is dependent on tube thickness and laminate structure and is generally smaller in thicker tubes or tubes stiffer in the longitudinal direction.

abstract: M.Sc.


title: The Dynamic Response of Concrete Filled FRP Tubes Subjected to Blast and Impact Loading

contributor:
Heffernan, Pat
Fam, Amir Z.
Civil Engineering

subject: Concrete FRP Impact CFFT Blast

abstract: Blasts and impacts are two of the severest loads a structure can experience. Blast experimenters, however, have observed that the load imparted to a circular member was lower than the predicted design load. Additionally, numerous investigations have established the superiority of concrete filled FRP tubes (CFFTs) over conventional reinforced concrete members. These observations indicated CFFTs’ potential to resist dynamic blast and impact loads. The experimental and numerical investigations presented in this thesis aimed to demonstrate the suitability of CFFTs to resist blast and impact loads, to determine the parameters that influence their behaviour under such loads, and to develop a design procedure for resisting these loads. The initial numerical investigation determined the reflected blast loading parameters experienced by a circular cross section. The experimental phase consisted of testing twelve full scale specimens, two monotonically, four under impact loading, and six under close-in blast loading. The monotonically tested specimens acted as controls for the entire program. The results of the impact testing investigation were used to develop and validate a non-linear single degree of freedom (SDOF) model. This impact phase also led to the development of relatively simple procedures for designing CFFTs under impact loading using either SDOF modeling or the conservation of energy. Analysis of the blast testing results led to the development of numerical procedures for obtaining an equivalent close-in blast loading for SDOF analysis of CFFTs and Pressure-Impulse diagrams. The use of SDOF modeling and conservation of energy in blast design were also discussed. Finally, a non-linear explicit dynamic model of CFFTs was developed using the commercial software ANSYS Autodyn. This model was verified using the experimental impact and blast test results and used to conduct a parametric study. The results of these investigations indicated that CFFTs were particularly suitable for blast and impact resistant applications, as their geometry diffracted blast waves and the addition of the tube increased their energy absorbing capacity significantly giving them additional strength and ductility. The tube also confined and protected the concrete core and simplified construction.

abstract: PhD


title: Structural determination and functional annotation of ChuS and ChuX, two members of the heme utilization operon in pathogenic Escherichia coli O157:H7

contributor:
Jia, Zongchao
Biochemistry

format:
6886078 bytes
application/pdf

subject:
X-Ray Crystallography
ChuS
ChuX
Escherichia coli O157:H7
Heme Utilization Operon
Structure
Heme Oxygenase
Heme

abstract: Thesis (Ph.D, Biochemistry) -- Queen's University, 2007-04-27 11:34:50.272

abstract: For pathogenic microorganisms, heme uptake and degradation is a critical mechanism for iron acquisition that enables multiplication and survival within hosts they invade. While the bacterial proteins involved in heme transport had been identified at the initiation of our investigation, the fate of heme once it reached the cytoplasm was largely uncharacterized. Here we report the first crystal structures of two members of the heme utilization operon from the human pathogen Escherichia coli O157:H7. These are the heme oxygenase ChuS in its apo and heme-complexed forms, and the apo form of heme binding protein ChuX. Surprisingly, despite minimal sequence similarity between the N- and C-terminal halves, the structure of ChuS is a structural repeat. Furthermore, the ChuS monomer forms a topology that is similar to the homodimeric structure of ChuX.  Based on spectral analysis and carbon monoxide measurement by gas chromatography, we demonstrated that ChuS is a heme oxygenase, the first to be identified in any E. coli strain. We also show that ChuS coordinates heme in a unique fashion relative to other heme oxygenases, potentially contributing to its enhanced activity. As ChuS and ChuX share structural homology, we extended the structural insight gained in our analysis of ChuS to purport a hypothesis of heme binding for ChuX. Furthermore, we demonstrated that ChuX may serve to modulate cytoplasmic stores of heme by binding heme and transferring it to other hemoproteins such as ChuS. Based on sequence and structural comparisons, we designed a number of site-directed mutations in ChuS and ChuX to probe heme binding sites and mechanisms in each. ChuS and ChuX mutants were analyzed through reconstitution experiments with heme and functional analyses, including enzyme catalysis by ChuS and mutants, and in culture development during heme challenge experiments by ChuX and mutants. Taken together, our results suggested that ChuX acts upstream of ChuS, and regulates heme uptake through ChuX-mediated heme binding and release. ChuS can degrade heme as a potential iron source or antioxidant, thereby contributing directly to E. coli O157:H7 pathogenesis. Functional implications that may be revealed from sequence and structure based information will be addressed as they pertained to our evaluation of ChuS and ChuX.

abstract: PhD


title: The evolution of species' geographical range limits: an empirical test using two coastal dune plants, Camissonia cheiranthifolia (Onagraceae) and Abronia umbellata (Nyctaginaceae)

contributor:
Eckert, Christopher G.
Biology

format:
4957118 bytes
application/pdf

subject:
Range limits
Evolution
Plants
Sand dunes

abstract: Every species has a limit to its geographic distribution. The problem is that we don’t really know why. Classical explanations propose that range limits occur where the ecological conditions overwhelm adaptation and populations are no longer self-sustaining. It is generally expected that population abundance and fitness decline towards range margins across a gradient of declining habitat quality. Current evolutionary and theoretical explanations of range limits predict that this geographic pattern of demography will result in genetic constraints in marginal populations, such that range expansion is thwarted by reduced evolutionary potential. In this thesis, I tested the key assumptions and predictions of range limit theory through an empirical evaluation of two coastal dune, endemic plants; Camissonia cheiranthifolia (Spreng.) Raim. (Onagraceae) and Abronia umbellata L. (Nyctaginaceae). In geographic wide surveys of a large proportion of populations across both species’ ranges, neither species exhibited declining abundance or performance towards its range limits. Central populations of C. cheiranthifolia tended to have a higher production of seeds per unit area than marginal populations. Although this pattern demonstrated the potential for gene flow from central sites to swamp selection in marginal sites, results from a transplant experiment suggested that this was unlikely. Experimental populations of C. cheiranthifolia originating from ≥ 675 km south of the northern range limit exhibited similar levels of fitness when planted at the range margin. Along a 200 km transect across the limit, and in contrast to expectations, fitness of all populations increased towards the limit and generally remained high beyond the limit. Individuals from all populations reproduced and matured fruit beyond the limit, suggesting that if individuals dispersed beyond the limit that populations would establish. The species’ abrupt distributional limit also did not correspond to an abrupt shift in ecological conditions, despite the association of fitness with plant community and microhabitat variables. Overall, ecological tolerances to fitness or niche-based explanations to range limits do not adequately describe the distributions of either species. Constraints on dispersal rate, the influence of anthropogenic factors on habitat dispersion and limited genetic variability for fitness related traits are addressed.

abstract: PhD


title: Associations between abdominal adiposity, exercise, morbidity and mortality

creator: Kuk, Jennifer L. (Jennifer Linchee), 1978-

contributor:
Ross, Robert
Kinesiology and Health Studies

format:
2966999 bytes
application/pdf

subject:
Visceral Adipose Tissue
Waist Circumference
Cardiorespiratory Fitness
Liver Fat
Metabolic Syndrome
Age
Gender

abstract: Thesis (Ph.D, Kinesiology & Health Studies) -- Queen's University, 2007-05-17 19:24:06.777

abstract:
The increasing prevalence of abdominal obesity worldwide poses a serious public health problem and hence, presents a target for research designed to improve the assessment or treatment of abdominal obesity.  Specifically, the first study in this thesis investigated the influence of age and gender on visceral (VAT) and abdominal subcutaneous adipose tissue (ASAT) for a given waist circumference (WC) in 481 men and women varying widely in age and BMI.  Significant gender differences in VAT and ASAT for a given WC were observed, however, only the relationship between WC and VAT was substantially influenced by age.
	The second study examined whether the associations between VAT, ASAT and the metabolic syndrome (MetS) were altered depending on measurement methodology used to assess VAT and ASAT.   The odds ratio (OR) for MetS was higher for total VAT volume (OR=7.26) and the partial volumes at T12-L1 (OR=7.46) and L1-L2 (OR=8.77) compared to the classic L4-L5 (OR=3.94) measurement. The OR for MetS was not substantially different among the ASAT measures (OR~2.6).  Measurement site for VAT, but not ASAT, has a substantial influence on the magnitude of the association with MetS.
The third study examined the independent associations between VAT, ASAT, liver fat and all-cause mortality in 291 men (97 decedents and 194 controls, mortality follow-up of 2.2±1.3 years).  In a model including VAT, ASAT, liver fat, age, and length of follow-up, only VAT (1.93 [1.15-3.23]) remained a significant predictor of mortality.  We concluded that VAT is a strong, independent predictor of all-cause mortality in men.
The purpose of the final study was to determine the effect of aerobic exercise dose (energy expenditure) on WC in sedentary, overweight/obese postmenopausal women (n=424). The women were randomly assigned to a control group or one of three aerobic exercise groups that exercised at energy expenditures of 4-, 8-, or 12-kcal/kg body weight/week.  By comparison to control, there were significant reductions in WC in the exercise groups (~3 cm, P <0.05), which were independent of weight loss.  However, the amount of exercise performed was not associated with reductions in WC in a dose dependent manner.

abstract: PhD


title: Benchmarking and development of webGIS in Ontario: implications for public use in planning

contributor:
Meligrana, John
Urban and Regional Planning

format:
5934085 bytes
application/pdf

subject: webGIS benchmarking planning Ontario

abstract: Thesis (Master, Urban & Regional Planning) -- Queen's University, 2007-05-18 11:15:38.358

abstract:
Governments use the Internet as another means to offer services to the public.  One such service is to deliver GIS over the Internet, also known as webGIS.  While some Ontario municipalities provide webGIS services, its level of deployment across Ontario is unknown.  Further, the mechanisms behind implementation and its effects on public engagement in planning issues are uncertain.  This thesis attempts to answer some of these questions.
  All known Ontario municipal websites were surveyed to determine the level of webGIS provision.  These webGIS were then benchmarked using a set of criteria from four categories (Accessibility, Data Availability, Functionality, Presentation/Utilities).  A secondary set of criteria was also used to analyze related areas about webGIS provision.  Interviews were conducted with nine municipal officials about the development and implementation of their municipality’s webGIS.  Issues discussed include rationales, funding, implementation, webGIS technology, data issues, positive effects, obstacles to development, and user effects.
  Of the 445 Ontario municipalities, 41 offered webGIS services to their community.  The municipal webGIS showed a wide range of services from basic visualization to more advanced editing tools.  The scores within each category and from the secondary criteria were discussed.  The interviews revealed a variety of reasons for developing and implementing webGIS.   The major positive effect from webGIS was an increase in efficiency for municipal officials and greater access to municipal data for everyday users.
  Municipal webGIS has benefited both municipal employees and public users as an information tool.  However, further research was required on adapting techniques for two-way interaction into municipal webGIS.  Finally, this thesis offers recommendations to municipalities on effective ways to implement a municipal webGIS system as well as important issues to consider during implementation.

abstract: M.PL.