identifier: Souissi, S. (2016). Ré-optimisation d'horaires de personnel en ajoutant des transferts entre départements  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème de planification d'horaires du personnel prend de plus en plus de place dans les problèmes traités en recherche opérationnelle. La littérature sur ce problème présente une vaste collection de modèles et de méthodologies de résolution. Ce problème consiste à déterminer un horaire qui spécifie le début et la fin de chaque quart de travail, les durées et les positions de pauses durant un quart de travail sur un horizon de planification. En général, l'horizon de planification est discrétisé en un ensemble de périodes de durées égales et une demande est définie en fonction de ces périodes. La demande représente le nombre d'employés requis pour chaque période. Pour couvrir la demande, il faut affecter un nombre d'employés pour chacune des périodes de l'horizon de planification tout en respectant la réglementation de la convention collective. Il n'est pas toujours possible de faire coïncider l'horaire ainsi obtenu avec la demande. Il se peut que le nombre d'employés affectés pour une période donnée soit supérieur au nombre d'employés demandés, dans ce cas on dit qu'il y a sur-couverture de la demande. Parfois, le nombre d'employés affectés pour une période donnée est inférieur au nombre d'employés demandés, et dans ce cas, c'est une sous-couverture de la demande. Le but est d'éviter de créer de la sous-couverture pour pouvoir assurer une bonne qualité de service ou de créer de la sur-couverture pour éviter de payer des employés pour un temps de travail improductif. Plusieurs particularités peuvent être observées quand nous considérons des problèmes réels spécifiques. Par exemple, le fait que la structure d'entreprise se base sur un ensemble d'unités distinctes (des départements) et que pour chaque unité un certain nombre d'employés peut y être rattachés. De plus, de par leurs expériences, les employés peuvent travailler dans plusieurs départements. En pratique, dans le contexte multi-départements, les horaires sont d'abord faits séparément pour chaque département. Ensuite, les employés qui sont en surplus dans un département peuvent éventuellement être affectés à d'autres départements pour combler les manques du personnel s'ils sont qualifiés. Il serait toutefois préférable de planifier les horaires de façon globale. Nous avons commencé par développer un modèle global pour avoir un horaire centralisé pour tous les départements en une seule étape. Mais, ce modèle devient difficile à résoudre quand la taille augmente, voire même impossible dans certains cas. Ce mémoire présente une méthode heuristique de résolution du problème de planification d'horaires du personnel dans un contexte multi-départements avec la possibilité de partager la main-d'oeuvre qualifiée entre les départements. Nous considérons qu'une entreprise a un ensemble de départements et un ensemble d'employés et que chaque département se spécialise dans la production d'un bien ou l'offre d'un service. Un employé peut avoir plusieurs qualifications. Cependant, il est rattaché à un département appelé département d'origine. En plus, de par son expérience, un employé peut travailler occasionnellement dans d'autres départements secondaires. Chaque département est mono-activité, il a donc une seule courbe de demande qui représente le nombre d'employés requis pour chacune des périodes de l'horizon de planification. L'heuristique proposée se déroule en deux phases. La première phase est une résolution du problème mono-département pour chacun des départements sans permettre le partage de la main-d'oeuvre. La démarche classique est de générer l'ensemble global des quarts par département sans prise en compte des possibilités de transfert et de chercher à avoir la meilleure solution par département. Parfois les employés rattachés à chaque département ne suffisent pas pour répondre à la demande. La deuxième phase a une vue plus globale. C'est une ré-optimisation de la solution obtenue dans la première phase en ajoutant des transferts. Certaines règles de transfert sont à respecter comme par exemple la possibilité d'avoir au plus un transfert par jour par employé. Dans ce projet, nous avons commencé par résoudre le problème d'une façon globale en générant tous les types de quarts possibles. La solution ainsi obtenue est la solution optimale globale du problème. Ensuite pour la deuxième phase de l'heuristique, trois approches de génération de quarts avec transfert sont proposées. Dans la première approche, nous interdisons la modification de l'horaire issu de la première phase. Nous nous permettons d'ajouter des quarts avec transfert sans remettre en question les quarts retenus dans la solution de la première phase. Cette approche est très restrictive, elle ne permet pas une grande amélioration au niveau de la solution obtenue dans la première phase. Puis, dans le but d'améliorer cette solution, la modification de la solution initiale de la première phase est autorisée en transformant les quarts retenus en des nouveaux quarts avec transferts d'une façon plus flexible. La transformation peut se faire en allongeant ou en raccourcissant un quart avec l'ajout des périodes de transfert. Nous obtenons de meilleurs résultats que ceux de la première approche mais la solution globale optimale n'est atteinte que pour une seule instance de test. Dans le but d'atteindre cette solution, une troisième approche est proposée. Pour cette approche, nous nous donnons encore plus de liberté pour modifier la solution de première phase. Nous pouvons permuter les quarts des employés entre eux pour favoriser les transferts. Nous obtenons de bonnes solutions avec des temps de calcul raisonnables. Nous considérons que ces solutions peuvent être améliorées avec l'amélioration de la solution de la première phase. Vers la fin du mémoire, une attention particulière est portée sur l'amélioration de la première phase classique. Une nouvelle méthode pour résoudre la première phase est proposée. Elle permet de donner une meilleure solution de première phase plus adaptée à l'ajout des transferts. Les résultats obtenus sont nettement améliorés et nous avons réussi à obtenir des solutions avec moins de 5% d'écart avec la solution optimale globale dans 75% des instances de test en des temps de calcul raisonnables.  ABSTRACT: Problems involving staff schedules are becoming increasingly important in operational research. In recent decades, these problems have been widely studied in the literature and several methods have been described. They aim to build a work schedule for employees over a certain length of time that is called planning the horizon. A set of periods of equal duration cover the planning the horizon. A demand is defined according to these periods, representing the number of employees required for each period. Feasible shifts are assigned to employees to satisfy this given demand while respecting the collective agreements. Sometimes, it is not possible to meet the demand exactly. The number of employees assigned for a given period may be greater than the number of employees requested. We can say that we have an over-coverage of the demand at this period. Sometimes the number of employees assigned for a given period is less than the number of employees requested. In this case, there is demand under-coverage. We want to avoid creating undercoverage in order to ensure a good quality of service and creating over-coverage for paying unproductive working time. Different extensions of the classical personnel scheduling problem can be observed when specific real problems are considered. For example, if employees have multiple qualifications and can work on multiple jobs. In this case, it is important to know which employee is assigned to which job at a given time. In this project, we focus on building schedules for employees in large companies. Generally, large companies are divided into different departments and their workload peaks do not necessarily occur at the same time in all the departments. To avoid hiring new employees, these companies train employees to work in different departments. Each employee has a primary qualification and other qualifications. When an employee works outside the department of his primary qualification, we say that he/she is transferred. Certain rules such as limiting the number of transfers per day to one restrict the employee transfers. In practice, in the multi-department context, schedules are first made separately for each department. Then, employees who are not working in their original department and are qualified to work in other departments can be assigned to other departments to fill the gaps of the demand. However, it would be preferable to plan schedules in a global way. We started by developing a global model that allows to build a schedule for all departments in one step. But, this model is difficult to solve when the size of the problem increases, or even impossible in some cases. This paper presents a heuristic method for solving the problem of building staff schedules in a multi-department context with the possibility of sharing the workforce between the departments. More specifically, we are interested in transferring employees between departments. The proposed solution approach addresses the problem in two phases. Both phases are based on integer programming which is used to determine the assignment of each employee. The first phase solves a single-department problem for each department separately, without allowing the sharing of the workforce, i.e., without considering any transfer. Shifts are generated by department and we consider the employees that have this department as their original. This limits the number of shifts compared to the number of shifts for the global model. The second phase detects the under-coverage in each department and generates new potential shifts with transfers. It is a re-optimization of the solution obtained in the first phase with the addition of transfers. In this project, we begin by solving the problem in a global way by generating all types of possible shifts. The solution thus obtained is the optimal overall solution of the problem. Then for the second phase of the heuristic, three approaches are developed. In the first one, we don't allow the modification of the schedule resulting from the first phase. We add shifts with transfers without modifying the shifts of the first phase solution. This approach is very restrictive and it does not allow a great improvement of the solution obtained in the first phase. Then, in order to improve this solution, we can modify the initial solution of phase one by transforming the retained shifts into new shifts with transfers in a more flexible way. Transformations can be done by extending or reducing the shift length and adding some transfer periods. We obtain better results than those of the first approach but the optimal overall solution is only reached for a single test case. In order to achieve this solution, a third approach is proposed. For this approach, we add more flexibility to the shift generation method and we allow the modification of the first-phase solution by swapping employee shifts. We get good solutions in reasonable computing times. We consider that these solutions can be improved if we have better solutions of the first phase. Thus, towards the end of the thesis, special attention is paid to the improvement of the first phase. A new method to solve the first phase is proposed. The results obtained are improved and we manage to obtain solutions with less than 5% gap from the overall optimal solution in 75% of the test cases in reasonable computing times.


identifier: Loghin, D. (2016). Études des configurations spatio-temporelles du champ magnétique sur le contrôle des bactéries magnétotactiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Depuis que les scientifiques se sont intéressés à travailler à l'échelle nano et micro, la création de véhicules qui puissent y travailler est devenue une nécessité. Ces véhicules sont des nano-micro robots qui doivent fonctionner dans ces milieux de manière autonome et contrôlée. L'une des plus grandes utilités de ces nano-micro robots, par exemple, est leur utilisation dans un système microvasculaire pour transporter des agents thérapeutiques vers les tumeurs cancéreuses de façon contrôlée.  La  technologie de fabrication des robots artificiels actuelle n'est pas en mesure de fournir ce nano-micro robot. Pour contourner cette limitation, nous avons choisi un micro robot déjà existant dans la nature. C'est la bactérie magnétotactique Magnetococcus Marinus souche MC-1, d'une taille de 2 µm de diamètre et ayant : 1) une autonomie de mouvement grâce à son propre système de propulsion fourni par deux moteurs moléculaires (flagelles), 2) une chaîne de particules nanométriques magnétiques (magnétosomes), qui permet à la bactérie de s'aligner avec le champ magnétique et de se propulser dans la direction du champ. En plus, les microrobots ont la capacité de réaliser des tâches dans l'environnement micrométrique comme : la microfabrication et le transport.   L'équipe du laboratoire NanoRobotique de Polytechnique de Montréal a développé une plateforme de contrôle des bactéries magnétiques dans le but de contrôler leurs déplacements dans un système in vivo, et ainsi de transporter des agents thérapeutiques directement dans le cancer. Autrement dit, cette nouvelle plateforme permet de guider la bactérie magnétotactique vers une cible prédéfinie.  L'objectif de ce mémoire de recherche est d'améliorer la modélisation du champ magnétique de cette plateforme. Cette nouvelle modélisation permettra de réduire les durées d'agrégation et de déplacement des bactéries magnétiques tout en augmentant la performance de la plateforme. D'abord, une méthode de contrôle basée sur la géométrie spatiale du champ magnétique a été développée et validée. Finalement, une étude de comportement des bactéries magnétiques exposées au champ magnétique alternatif a été effectuée afin de pouvoir développer une technique novatrice de contrôle.  ABSTRACT: Working at the nano and micro scale environment has provided scientists with an immense opportunity to explore within small and previously unreachable areas. Evidently, creation of vehicles that could facilitate such careful maneuver has gained a lot of interest.  These vehicles are nanomicrorobots that perform autonomously under controlled environment. Among many research disciplines that could advance with such miniature system, drug delivery and navigation is one of the most beneficial uses for these controlled nanomicrorobots; acting as therapeutic agent carriers targeting cancerous tumors by traveling through complex microvascular structures.   Current artificial robot technology lacks maturity in manufacturing mass scale nanomicrorobots. Therefore, inspired by nature, we chose special bacteria bona fide to serve as microrobots. Magnetotactic Magnetococcus Marinus strain MC-1 has: 1) an autonomy movement with its own propulsion system provided by two molecular motors (flagella) and 2) a chain of magnetic nanoparticles (magnetosomes) acting as a compass that aligns the moving bacteria in the direction of external magnetic field.  These 2 µm diameter bacteria have the ability to perform as actuators, micro-fabricators and transporters.   Polytechnique NanoRobotics Montreal laboratory team has developed a magnetic controller platform to control these bacteria in vivo and deliver therapeutic agents directly into the cancer tissue. In other words, this platform helps navigate the magnetotactic bacteria to the predefined target.  The objective of this research thesis is to improve the magnetic field modeling of this platform. Our new proposed model will reduce the bacteria displacement and aggregation time while increasing the performance of the platform. At the beginning, a control method based on the spatial configuration of the magnetic field has been developed and validated. And at the end, a study on magnetic bacteria behavior exposed to alternating magnetic field is performed in order to develop an innovative control technique.


identifier: Toutant, G. (2016). Stabilité des colonnes dans les contreventements concentriques en acier sous les efforts combinés axiaux et de flexion induits par les séismes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les contreventements concentriques en acier (CBF) sont des systèmes de reprise des charges latérales (SRCL) populaires en raison de leur faible coût de construction et de leur rapidité d'installation. Ces structures sont couramment utilisées pour la construction d'entrepôts ou d'édifices à bureaux de faible hauteur au Canada. Dans la plupart des cas, les CBF de type Construction Conventionnelle (type CC) pour lesquels les colonnes restent élastiques sont utilisées. Cependant, les CBF à Ductilité Modérée (type MD) offrent une alternative économique aux systèmes de type CC parce que la structure peut être conçue pour des charges sismiques réduites en tenant compte de la ductilité de l'acier. Les colonnes dans les CBF de type MD doivent être conçues conformément aux principes de conception par capacité afin de permettre la plastification des éléments ductiles dans le SRCL sans affecter l'intégrité de la structure.  ABSTRACT: Steel concentrically braced frames (CBF) are popular lateral force resisting systems (LFRS) because of their low cost of construction and speed of installation. These structures are commonly used for the construction of warehouses or low-rise office buildings in Canada. In most case, Conventional Construction (type CC) CBF in which columns remain elastic are used. However, Moderately Ductile (type MD) CBF offer an economical alternative to type CC systems because the structure can be designed for reduced seismic loads when accounting for ductility of the steel. Columns of type MD CBF shall be designed in accordance with capacity design principles to allow yielding of ductile elements in the LFRS without affecting the integrity of the structure.


identifier: Lacroix, A. B. (2016). Implémentations logicielle et matérielle de l'algorithme Aho-Corasick pour la détection d'intrusions  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail propose des méthodes et architectures efficaces pour l'implémentation de l'algorithme Aho-Corasick. Cet algorithme peut être utilisé pour la recherche de chaînes de caractères dans un système de détection d'intrusion, tels que Snort, pour les réseaux informatiques. Deux versions sont proposées, une version logicielle et une version matérielle. La première version développe une implémentation logicielle pour des processeurs à usage général. Pour cela, de nouvelles implémentations de l'algorithme tenant compte des ressources mémoire et de l'exécution séquentielle des processeurs ont été proposées. La deuxième version développe de nouvelles architectures de processeurs particularisés pour FPGA. Elles tiennent compte des ressources de calcul disponibles, des ressources mémoire et du potentiel de parallélisation à grain fin offert par le FPGA. De plus, une comparaison avec une version logicielle modifiée est effectuée. Dans les deux cas, les performances et les compromis pour la sélection de différentes structures de données de nœuds en mémoire ont été analysés. Une sélection de paramètres est proposée afin de maximiser la fonction objective de performance qui combine le nombre de cycles, la consommation mémoire et la fréquence d'horloge du système. Les paramètres permettent de déterminer lequel des deux ou des trois types de structures de données de nœuds (selon la version) sera choisi pour chaque nœud d'une machine à états. Lors de la validation, des scénarios de test utilisant des données variées ont été utilisés afin de s'assurer du bon fonctionnement de l'algorithme. De plus, les contenus des règles de Snort 2.9.7 ont été utilisés. La machine à états a été construite avec environ 26×103 chaînes de caractères qui sont toutes extraites de ces règles. La machine à états contient environ 381×103 nœuds. La contribution générale de ce mémoire est de montrer qu'il est possible, à travers l'exploration d'architectures, de sélectionner des paramètres afin d'obtenir un produit mémoire × temps optimal. Pour ce qui est de la version logicielle, la consommation mémoire diminue de 407 Mo à 21 Mo, ce qui correspond à une diminution de mémoire d'environ 20× par rapport au pire cas avec seulement un type de nœud. Pour ce qui est de la version matérielle, la consommation mémoire diminue de 11 Mo à 4 Mo, ce qui résulte en une diminution de mémoire d'environ 3× par rapport à la version logicielle modifiée. Pour ce qui est du débit, il augmente de 300 Mbps pour la version logicielle modifiée à 400 Mbps pour la version matérielle.  ABSTRACT: This work proposes effective methods and architectures for the implementation of the Aho-Corasick algorithm. This algorithm can be used for pattern matching in network-based intrusion detection systems such as Snort. Two versions are proposed, a software version and a hardware version. The first version develops a software implementation in C/C++ for general purpose processors. For this, new implementations of the algorithm, considering the memory resources and the processor's sequential execution, are proposed. The second version develops an architecture in VHDL for a specialized processor on FPGA. For this, new architectures of the algorithm, considering the available computing resources, the memory resources and the inherent parallelism of FPGAs, are proposed. Furthermore, a comparison with a modified software version is performed. For both cases, we analyze the performance and cost trade-off from selecting different data structures of nodes in memory. A selection of parameters is used in order to maximize de performance objective function that combines the cycles count, the memory usage and the system's frequency. The parameters determine which of two or three types of data structures of nodes (depending on the version) is selected for each node of the state machine. For the validation phase, test cases with diverse data are used in order to ensure that the algorithm operates properly. Furthermore, the Snort 2.9.7 rules are used. The state machine was built with around 26×103 patterns which are all extracted from these rules. The state machine is comprised of around 381×103 nodes. The main contribution of this work is to show that it is possible to choose parameters through architecture exploration, to obtain an optimal memory × time product. For the software version, the memory consumption is reduced from 407 MB to 21 MB, which results in a memory improvement of about 20× compared with the single node-type case. For the hardware version, the memory consumption is reduced from 11 MB to 4 MB, which results in a memory improvement of about 3× compared with the modified software version. For the throughput, it increases from 300 Mbps with the modified software version to 400 Mbps with the hardware version.


identifier: Bavandsavadkouhi, R. (2016). Synthesis and Chemical and Morphological Characterization of Ruthenium-Based Nanoparticles  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement de sources d'énergie verte, renouvelable avec des rendements élevés, sont nécessaires comme alternatives aux combustibles fossiles. Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons et les piles à combustible à méthanol direct sont des candidats prometteurs pour les sources d'énergie fixes et portables. Cependant, l'électrocatalyseur le plus couramment utilisé, le platine (Pt), est dispendieux et la réserve mondiale est limité. En outre, la cinétique des réactions des réductions de l'oxygène et l'oxydation du méthanol sur Pt sont lentes, ce qui entraîne une perte de performance. Par conséquent, trouver un électrocatalyseur alternatif ou réduire la charge de Pt par alliage, et l'amélioration de la performance catalytique, sont d'une grande importance dans la commercialisation de technologies de piles à combustible. Parmi les différents candidats pour les catalyseurs contenant une faible concentration de Pt, les alliages bimétalliques PtRu peuvent répondre aux exigences de performance, tout en réduisant les coûts et en augmentant la durabilité. Notre but est de synthétiser ces catalyseurs en utilisant la méthode de dépôt en phase vapeur, et de réaliser in-situ et ex-situ des analyses pour déterminer en détail la structure et la chimie de la surface, où se fait la catalyse. Par conséquent, cette thèse est divisée en deux phases : d'abord, la préparation et la caractérisation de pures nanoparticules de ruthénium (Ru NPs) déposés sur graphite pyrolytique hautement orienté (HOPG). En combinant cette information avec nos informations précédemment obtenu sur le Pt [1], la deuxième phase comprend la préparation et la caractérisation des alliages de PtRu NPs déposées sur le même substrat. Les Ru NPs fonctionnent comme des catalyseurs efficaces pour des réactions spécifiques, telles que la méthanation et la synthèse de Fischer-Tropsch [2]. Dans la première phase de cette thèse, il est notre but de présenter une caractérisation physique et chimique des surfaces, par spectroscopie de photoélectrons par rayons X (XPS), sensible à la surface, et en utilisant la technique d'analyse des composantes de pics symétriques développée dans notre laboratoire, pour révéler les composants précédemment obscurcis. Les Ru NPs étaient déposés par évaporation (0,25 à 1,5 nm d'épaisseur nominale) sur HOPG.  ABSTRACT: The development of green, renewable energy sources, with high efficiencies, is required as an alternative for fossil fuel. Both proton exchange membrane and direct methanol fuel cells are promising candidates for stationary and portable power sources. However, the most commonly used electrocatalyst, Platinum (Pt), is expensive and the world's supply is limited. In addition, both the oxygen reduction and methanol oxidation reactions kinetics on Pt are sluggish, which results in performance loss. Therefore, finding an alternative electrocatalyst or reducing the Pt loading by alloying, and improving catalytic performance, are of great importance in the commercialization of fuel cell technologies. Among various low-Pt catalyst candidates, bimetallic PtRu nanoparticles (NPs) may well meet performance requirements, along with reducing cost and increasing durability. It is our aim to synthesize such catalysts, using vapor deposition, and to carry out in-situ and ex-situ analyses to determine the surface structure and chemistry in detail, because the surface is where catalysis takes place. Hence, this thesis is divided into two phases: first, the preparation and characterization of pure Ruthenium (Ru) nanoparticles deposited onto highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). By combining this information with our previously obtained information of pure Pt [1], the second phase involves the preparation and characterization of PtRu NPs deposited onto the same substrate. Ru NPs function as effective catalysts in specific reactions, such as methanation and Fischer-Tropsch syntheses [2]. In the first phase of this thesis, it is our purpose to physicochemically characterize their surfaces, at which catalysis occurs, by surface-sensitive X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), using the symmetric peak component analysis technique developed in our laboratory, to reveal previously obscured components. Ru NPs were deposited by evaporation (0.25-1.5 nm nominal deposition range) onto HOPG. Our use of symmetric peak component XPS analysis has revealed detailed information on a previously unidentified surface oxide initially formed, as well as on the valence electronic structure and its variation with nanoparticle size, information that is of potential importance in the use of these NPs in catalysis.


identifier: Bercegol, A. (2016). Développement de composites thermoélectriques Mg2Si/MoS2 extrudés à chaud  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les modules thermoélectriques (TE) permettent la conversion directe d'énergie thermique en énergie électrique. Leur utilisation dans la récupération de chaleur résiduelle sur les sites industriels, ou dans le secteur automobile, conduirait à de précieuses économies d'énergies, à une heure où la rationalisation de la consommation énergétique est sur toutes les lèvres. On se focalise ici sur le siliciure de magnésium (Mg2Si), un semi-conducteur aux propriétés prometteuses pour les applications TE dans la gamme de température 500 K – 800 K. Il est particulièrement populaire grâce à la relative abondance, au caractère peu onéreux et à la non-toxicité des éléments qui le composent. Dans le cadre de cette étude, il est produit pour la première fois par extrusion à chaud,un procédé facilement adaptable à la production industrielle à grande échelle. Les matériaux de base (Mg2Si et MoS2) sont broyés dans un pot scellé, avant que la fine poudre ne soit chargée dans le cylindre d'extrusion. Elle est ensuite poussée à travers la filière à 788 K, sous une pression garantissant une vitesse de sortie constante, fixée entre 0.1 et 1 mm/min. Les flocons de MoS2 agissent comme lubrifiant solide lors de l'extrusion, facilitant la densification, avec une concentration optimale de 2 at. %. Uniformément répartis dans la matrice de Mg2Si, ils agissent probablement comme centres de diffusions pour les phonons, provoquant une réduction de la conductivité thermique des composites produits. Cette interprétation n'a toutefois pas été confirmée par l'utilisation de flocons de WS2, aux propriétés analogues. L'oxydation est un enjeu majeur pour les composés à base de Mg2Si, et en particulier pour nos échantillons extrudés à chaud.Les résultats d'analyse dispersive en énergie (EDS) ont montré qu'on trouve l'oxygène préférentiellement aux joints de grains. Un séquençage du procédé de production a montré qu'il était incorporé à la suite du broyage. Notre étude désigne la résistivité à température ambiante rRT comme caractéristique du taux d'oxydation d'un échantillon, et un recuit sous atmosphère protectrice comme une manière de diminuer sa valeur, ainsi que de chasser l'oxygène des composites extrudés à chaud. L'application du traitement thermique permet d'obtenir une valeur maximale de zT = 0.29 à 700 K, qui reste toutefois inférieure à celle de 0.39 à 700 K mesurée pour un thermoélément commercial. L'étude présentée valide l'approche de l'extrusion à chaud pour la production de Mg2Si avec inclusions de MoS2, et appelle à une optimisation des paramètres de fabrication pour cette classe de composites TE.  ABSTRACT: Thermoelectric (TE) modules allow to directly convert thermal energy into electrical energy. Their use to recover waste heat from the industrial and automotive sector would lead to precious energy savings, as every public policy tends to rationalize our energetic use. This study focuses on magnesium silicide (Mg2Si), which is attractive for TE applications in the 500 K – 800 K temperature range. It is of particular interest due to its abundant, inexpensive and non-toxic constituent elements. In this work, we propose a hot extrusion method favourable for large-scale industrial production, where the starting materials (Mg2Si and MoS2) are milled together in a sealed vial. The resulting powder is then loaded into the extrusion cylinder and pushed through the die at a constant extrusion speed fixed between 0.1 and 1 mm/min. The MoS2 flakes act as solid lubricant during the extrusion process, thus facilitating material densification, with an optimal concentration of 2 at. %. Uniformly dispersed throughout the Mg2Si matrix, they might act as phonon scattering centers, thus reducing the thermal conductivity of the produced composites. This interpretation could not be confirmed by using WS2 flakes, despite their similar electronic and structural properties. Oxidation is a major issue for Mg2Si-based composites, and in particular for our hot extruded samples. Electron dispersive spectroscopy (EDS) has shown high oxygen concentrations, especially at the grain boundaries. By sequencing the production process, we could point out that it forms after the milling step. Our study designates the room temperature resistivity rRT as a signature of the oxidation level of a sample, and the annealing under protective atmosphere as a way to remove the oxygen from our composites and lower the rRT value. Applying this thermal treatment leads to zT = 0.29 at 700 K, a value that remains lower than zT = 0.39 at 700 K, which was measured for a commercial Mg2Si leg. These results validate the hot extrusion approach and open the way for further investigation to optimize the processing parameters for the Mg2Si/MoS2 composites.


identifier: Ghorbel, M. (2016). Commande collaborative pour un fauteuil roulant intelligent  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le contrôle partagé est l'une des plus importantes problématiques à laquelle les chercheurs font face dans le domaine de l'interaction entre l'Homme et la machine. Il est souvent appliqué pour les véhicules motorisés avec contrôle assisté tels que les fauteuils roulants électriques, les marcheurs médicaux, les véhicules d'exploration spatiale et l'exploration sous-marine... Il est aussi utilisé pour la robotique manipulatrice avec les modules de téléopération des bras manipulateurs et des instruments chirurgicaux. Le but de ce mémoire est le développement d'un système de contrôle collaboratif entre un opérateur humain et un Fauteuil Roulant Motorisé Intelligent (FRMI) afin de faciliter les tâches de navigation pour les personnes à mobilité réduite dont la maladie affecte leur aptitude pour contrôler la machine d'une manière précise. Nous proposons donc un module de navigation qui se base théoriquement sur les processus de décision de Markov afin d'estimer d'une part l'intention du pilote et corriger d'autre part ses commandes dans le cas de danger. Ce module donne une importance majeure aux signaux de contrôle de l'humain qui est considéré dans tout le travail comme étant la source primaire de décision. Par conséquent, le module se contente uniquement de l'assister. Deux modes de fonctionnement de notre contrôleur collaboratif ont été créés afin de satisfaire divers styles de conduite et fournir des degrés d'assistances différents. Pour le premier mode, l'utilisateur fixe une ou plusieurs destinations sur la carte de l'environnement créée par le fauteuil en temps réel et ainsi pendant qu'il navigue librement, la machine estime son intention en observant ses commandes pour l'aider à atteindre la destination la plus probable en évitant tous les dangers. Par contre, pour le deuxième mode de fonctionnement, nous présentons un degré d'assistance plus élevé, autrement dit les rôles sont inversés et c'est le FRMI qui se chargera de toutes les tâches de navigation (planification de trajectoire, détermination de commandes de vitesse, évitement d'obstacle...). Le rôle du pilote se résume initialement dans l'expression d'une destination finale mais il peut reprendre le contrôle à tout instant si par exemple il change d'avis pendant la navigation et il veut atteindre un point intermédiaire sur la carte. Notre travail contribue à l'amélioration de l'interaction entre l'humain et la machine en partageant le contrôle pendant la navigation. Il assure aussi une sécurité supplémentaire en prévoyant les risques d'accrochage pour réduire la vitesse en cas de danger non détecté par l'usager.  ABSTRACT: Shared autonomy or shared control is one of the most important challenge that pushes researchers to focus more and more on the application of this kind of concept in the assistive technology. It adequately accommodates the living standards of the elderly and disabled communities. It helps them to accomplish the daily tasks with comfort and no assistance. To this end, we have chosen the Partially Observable Markov Decision Process in order to formulate our shared control of the semi-autonomous module added to our SmartWheeler in order to facilitate navigation tasks and to control the machine in a precise manner. Our decision process estimates firstly the intention of the driver and then corrects all his commands in case of danger. This gives the operator a lot of freedom in controlling the machine. As we consider human mind as a very good item to resolve quickly complex problem, it represents the primary source of decision in our work. Moreover, two modes of operation in our collaborative controller have been created to suit the driving style and provide different degrees of assistance. The user has to set one or more goals in the map. Then, with the first mode, he/she can navigate freely between all those goals. The SmartWheeler estimates his/her intention in order to help him/her to reach the intended destination. For the second mode of operation, we set a higher degree of assistance. The two controlling agents (human and machine) swap roles, so that the collaborative module takes in charge all navigation tasks (path planning, speed controls, obstacle avoidance...) and the pilot after choosing the final destination has to let the machine do the job. However, he/she also can take control at any time he/she wants. For example, if he/she changes his/her mind during the navigation and wants to reach an other goal, he/she has to give some velocity commands with the joystick and the module switches automatically to the first mode. Our work contributes to the improvement of human-machine interaction. It provides additional security by detecting collisions and dangerous scenarios. It reduces the speed and corrects orientations. We performed a user study to test our shared autonomy in several scenarios. The results show that our system did not cause any conflict between the two controlling agents. The subjects were not able to perceive the intervention of the module and they felt safer using our algorithm.


identifier: Plagué, T. (2016). Influence de l'orientation et du type de fibres sur le comportement mécanique et la perméabilité des bétons renforcés de fibres  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un contexte où les infrastructures en béton armé sont exposées à des conditions environnementales très sévères, une large proportion de ces infrastructures présente des détériorations précoces dues à l'infiltration d'eau, de gaz et d'agents agressifs à travers le béton. Les fissures présentes dans ces ouvrages offrent une voie de pénétration privilégiée pour ces agents agressifs. Ces fissures apparaissent au cours de la vie utile de la structure qui subit des sollicitations d'origine interne (retrait, hydratation et fluage), externe (gradient de température, gradient d'humidité, attaque chimique) et mécanique (charge morte et charge vive).  ABSTRACT: In a context where reinforced concrete structures are exposed to very severe environmental conditions, a wide proportion of these structures shows premature deteriorations due to the infiltration of water, gas and aggressive agents through the concrete. Cracks offer an easy path for aggressive agents to penetrate concrete by permeability. These cracks appear during the lifetime of the structure, which are subject to various stresses: internal (shrinkage, hydration and creep), external (gradient of temperature, gradient of humidity, chemical attack) and mechanical (dead load and live load).


identifier: Noriega, H. (2016). Une étude de cas de vérification pour un code à source ouvert de simulation numérique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ces dernières décennies, les calculs numériques en mécanique des fluides, à l'aide d'outils de calcul tels que OpenFOAMr, se sont considérablement développés, grâce aux ressources informatiques qui sont de plus en plus puissantes et qui permettent ainsi la résolution numérique des équations aux dérivées partielles avec une grande précision. Cependant, malgré les grands progrès, il reste un défi majeur : la simulation des problèmes réels complexes. Pour la plupart de ces problèmes, il n'existe pas de solution analytique et la validation et la vérification des résultats deviennent une tâche difficile, mais nécessaire. OpenFOAMr est un outil de simulation principalement orienté sur la résolution numérique des équations de la mécanique des fluides. Distribué sous licence à source ouverte GNU/GPL, OpenFOAMr est largement utilisé dans les milieux universitaires et dans l'industrie. Bien que ce logiciel est composé d'un grand nombre de bibliothèques qui prennent en charge les différentes phases de la simulation numérique, peu d'études de vérification peuvent être trouvées aujourd'hui. Une étude de vérification en profondeur de ses librairies principales est justifiable. D'autant plus qu'on a observé une perte de convergence lors des simulations numériques de solutions analytiques des équations de Navier-Stokes sur des maillages non orthogonaux. Cette thèse est composée principalement de deux contributions qui concernent une méthode de vérification des opérateurs de convection-diffusion de l'outil informatique OpenFOAM. Une première contribution est le développement de la méthode de vérification elle-même, qui a permis d'identifier la source de perte de convergence sur des maillages non orthogonaux. À cette fin, une méthode qui tient compte de la complexité du solveur (c.-à-d., la complexité des schémas), des conditions aux limites, ainsi que de la qualité du maillage est établie dans une première étape. La principale contribution de cette première partie est la détection de la source d'une perte de convergence due au traitement de la non-orthogonalité pour des conditions aux limites de type Dirichlet et de type Neumann. Autres résultats dans cette première phase sont : la vérification du bon fonctionnement des algorithmes à l'intérieur du domaine et sur des maillages orthogonaux, la confirmation de l'ordre théorique de convergence des conditions aux limites périodiques sur des maillages orthogonaux et non orthogonaux, ainsi que la vérification du bon fonctionnement des algorithmes concernant les critères de qualité du maillage, la non-uniformité et l'asymétrie (skewness en anglais). Pour étudier l'erreur, la méthode des solutions manufacturées a été appliquée pour obtenir des solutions analytiques de l'équation de Poisson. Les normes d'erreurs moyenne et maximale ont été utilisées pour calculer le taux de convergence. La seconde contribution est constituée de différentes façons afin de corriger le problème de perte de convergence. Nous avons aussi appliqué le processus de vérification aux schémas corrigés. Dans cette deuxième partie, on montre mathématiquement la nécessité d'introduire une correction aux faces à la frontière. À l'aide de l'analyse d'erreur de troncature pour les conditions de type Dirichlet ou Neumann, nous avons montré la nécessité d'implémenter un traitement non orthogonal pour les deux types de conditions aux limites. Par la suite, différentes méthodes pour obtenir des conditions aux frontières de deuxième ordre ont été implémentées. Dans les cas de conditions aux limites de type Dirichlet, quatre alternatives pour atteindre une convergence d'ordre deux ont été présentées, dont trois peuvent être étendues afin de permettre de traiter la non-orthogonalité aux frontières de type Neumann. Les quatre variantes implémentent une correction non orthogonale pour les conditions aux limites de type Neumann et Dirichlet en reconstruisant le gradient dans les cellules voisines à la frontière et les quatre présentent des résultats similaires en termes de convergence et de précision. Plusieurs tests de convergence permettent de faire des comparaisons entre les résultats utilisant les nouveaux schémas et les résultats utilisant le code original. Enfin, nous avons détecté une “petite” perte de convergence provenant de la libraire de reconstruction du gradient pour une méthode aux moindres carrés, due à la reconstruction des vecteurs de moindres carrés (les vecteurs de liaison) à la frontière dans les cas de maillages non orthogonaux. On propose une correction du calcul de ces vecteurs. Dans ce document, on fait une synthèse des deux articles qui expliquent les détails techniques et théoriques de la méthode de vérification qui a permis l'identification de la source de perte de convergence : le traitement de la non-orthogonalité pour des conditions aux limites Dirichlet ou Neumann. De plus, on décrit les différentes stratégies pour obtenir des conditions aux limites de deuxième ordre. Finalement, la contribution principale de cette thèse est une amélioration de la convergence des librairies OpenFOAM dans le traitement aux limites des types Dirichlet et Neumann, ce qui résulte en des simulations numériques plus fiables.  ABSTRACT: Based on practical observation, an a priori dependence of OpenFOAMr schemes on grid type and quality is supposed to exist. This dependency is characteristic of the numerical methods that support this and other softwares. In this regard, this study aims the assessment of OpenFOAMr libraries as well as the analysis of the influence of cell type on the numerical accuracy of convection-diffusion operators. OpenFOAM (for “Open source Field Operation And Manipulation”) is a multi-physics code that is largely used in industry and academy, why is justifiable a study of verification of this tool. The code (that is writting in C++) is released as free and open source software under the GNU General Public License. This work is divided in two parts. In the first part of this investigation, the analysis of schemes for convection-diffusion problems is focused only on the numerical diffusion, because this individually has been found to show a loss in convergence rate. Although second order schemes that are based on the cell centered finite volume approach underlying OpenFOAM should preserve a theoretical second order convergence rate, loss of convergence order is observed when applying nonorthogonal meshes at the boundaries. Theoretical convergence orders were observed for Poisson's equation solver on orthogonal hexahedral meshes using several boundary conditions. On non-orthogonal meshes, we have noticed that even slight mesh distortions reduce the theoretical second order convergence to just first-order. Our investigation has shown that this loss of convergence order takes place when Dirichlet and/or Neumman boundary conditions are used together with a non-orthogonal treatment on boundaries. To study the error, the method of manufactured solutions has been applied to yield analytical solutions for the Poisson equation. The average and maximum error norms were used to calculate the convergence rate. The root cause of the accuracy loss is identified and corrections to recover second order convergence are proposed. In part two of this investigation which is the follow-up of the previous first part, some ways to achieve this theoretical second order convergence accuracy are shown. They are mainly based on a second order boundary approximation for Dirichlet and/or Neumann boundaries. Additionally, it is shown that a small reduction on the convergence order can also be observed when using the least square gradient scheme for the explicit part on the treatment for non-orthogonality. This seemed to be caused by the non-orthogonal correction in boundaries inside the least square vector reconstruction library. The verification procedure is performed by means of the method of manufactured solutions for the Poisson equation or by means of analytical solutions for the Navier-Stokes equations. Comparative results are presented. This document is a synthesis of two articles in whichs we explain the technical and the theoretical details of the implemented verification methodology. The overall contribution of this thesis is to have contributed to the current state of development in terms of convergence of the OpenFOAM software tool (In general the contribution is valid for the creation of second order boundary conditions based on the cell centered scheme in finite volumes). This contribution is of great importance for the numerical simulations.


identifier: Lebel, L. (2016). Fissuration d'un composite à matrice céramique dans une application de pièce statique de turbine à gaz  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une procédure expérimentale a été développée pour caractériser les mécanismes de détérioration et la durabilité de matériaux composites à matrice céramique (CMC) dans une application de pièce statique de turbine à gaz. Tandis que la plupart des essais de caractérisation publiés sur les matériaux CMC ont été réalisés sous des conditions de chargement contrôlé, la présente recherche tente de reproduire la relaxation des contraintes qui se produit normalement dans une pièce statique à haute température. Dans l'expérience proposée, un échantillon planaire de forme haltère est chauffé de façon cyclique sur une de ses faces et refroidi sur l'autre, tout en étant contraint dans ses déplacements. La contrainte de flexion résultante au centre de l'échantillon, mesurée par une cellule de charge, correspond à la contrainte de flexion qui a été préalablement prédite au centre des panneaux d'une chambre à combustion générique. Un matériau CMC multicouche composé d'une matrice d'alumine poreuse et de fibres NextelMD 720 a été utilisé pour développer l'expérience. Des essais de calibration ont d'abord été réalisés en utilisant un système de chauffage par lampe infrarouge, atteignant jusqu'à 1160 °C à la surface de l'échantillon. Un système laser au CO2 a par la suite été utilisé pour réaliser des essais de détérioration à haute puissance, atteignant en fin d'essai des températures de surface excédant la limite de 1200 °C du matériau et des différences de température à travers l'épaisseur de plus de 1000 °C. Sous la puissance de chauffage imposée à amplitude constante, l'accumulation de dommage a fait en sorte d'augmenter la température en surface et les gradients de température à travers le matériau. Une réduction de la contrainte dans le temps a été observée à cause du fluage, de la fissuration et de la délamination du matériau sous la condition de confinement du déplacement, menant à une stabilisation du niveau de dommage à une certaine profondeur dépendant de la contrainte thermique initiale. La procédure de caractérisation développée s'avère être un outil prometteur pour développer de nouveaux types de matériaux, de même que pour comparer la durabilité de matériaux existants sous des conditions représentatives de pièces statiques de turbine à gaz.  ABSTRACT: An experimental procedure was developed to characterize the deterioration mechanisms and the durability of ceramic matrix composite (CMC) materials in static components of gas turbine engines. While most reported CMC characterization tests have been accomplished under controlled-load conditions, the current research attempts to reproduce the stress relaxation that is typically observed in static components under high temperature. In the proposed experiment, a planar dog-bone type material specimen is cyclically heated on one face and cooled on the other while being constrained in its displacements. The resulting thermal bending stress at the specimen center, which is monitored by a load cell, simulates the bending stress that was predicted beforehand at the center of generic combustor panels. A multilayer CMC material made of a porous alumina matrix and NextelTM 720 fibers was used to develop the experiment. Calibration tests were first conducted using an infrared lamp heater, reaching up to 1,160 °C on the specimen surface. A high power CO2 laser was then used to perform deterioration tests, reaching at the end of test temperatures well above the material limit of 1,200 °C and through-thickness temperature differences greater than 1,000 °C. Under the imposed constant-amplitude heat load, the accumulation of damage resulted in increases of the surface temperature and through-thickness temperature gradient. A stress reduction was observed over the test duration due to the material creep, cracking, and delamination, under the condition of constrained displacement, leading to a stabilization of the damage level at a certain depth depending on the initial thermal stress. The developed characterization procedure was shown to be a promising tool for developing new types of materials and for comparing the durability of existing material candidates under representative conditions of gas turbine static components.


identifier: Font, L. (2016). Évaluation et amélioration de la qualité de DBpedia pour la représentation de la connaissance du domaine  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution récente du Web sémantique, tant par la quantité d'information offerte que par la multiplicité des usages possibles, rend indispensable l'évaluation de la qualité des divers ensembles de données (datasets) disponibles. Le Web sémantique étant basé sur la syntaxe RDF, i.e. des triplets <sujet, relation, objet> (par exemple <Montréal, est une ville de, Québec>), on peut le voir comme un immense graphe, où un triplet relie un nœud « sujet » et un nœud « objet » par une arête « relation ». Chaque dataset représente ainsi un sous-graphe. Dans cette représentation, DBpedia, un des datasets majeurs du Web sémantique, en est souvent considéré comme le nœud central. En effet, DBpedia a pour vocation, à terme, de pouvoir représenter toute l'information présente dans Wikipedia, et couvre donc une très grande variété de sujets, permettant de faire le lien avec tous les autres datasets, incluant les plus spécialisés. C'est de cette multiplicité des sujets couverts qu'apparait un point fondamental de ce projet : la notion de « domaine ». Informellement, nous considérons un domaine comme étant un ensemble de sujets reliés par une thématique commune. Par exemple, le domaine Mathématiques contient plusieurs sujets, comme algèbre, fonction ou addition. Formellement, nous considérons un domaine comme un sous-graphe de DBpedia, où l'on ne conserve que les nœuds représentant des concepts liés à ce domaine. En l'état actuel, les méthodes d'extraction de données de DBpedia sont généralement beaucoup moins efficaces lorsque le sujet est abstrait, conceptuel, que lorsqu'il s'agit d'une entité nommée, par exemple une personne, ville ou compagnie. Par conséquent, notre première hypothèse est que l'information disponible sur DBpedia liée à un domaine est souvent pauvre, car nos domaines sont essentiellement constitués de concepts abstraits. La première étape de ce travail de recherche fournit une évaluation de la qualité de l'information conceptuelle d'un ensemble de 17 domaines choisis semi-aléatoirement, et confirme cette hypothèse. Pour cela, nous identifions plusieurs axes permettant de chiffrer la « qualité » d'un domaine : 1 - nombre de liens entrants et sortants pour chaque concept, 2 - nombre de liens reliant deux concepts du domaine par rapport aux liens reliant le domaine au reste de DBpedia, 3 - nombre de concepts typés (i.e. représentant l'instance d'une classe, par exemple Addition est une instance de la classe Opération mathématique : le concept Addition est donc typé si la relation <addition, instance de, opération mathématique> apparait dans DBpedia). Nous arrivons à la conclusion que l'information conceptuelle contenue dans DBpedia est effectivement incomplète, et ce selon les trois axes. La seconde partie de ce travail de recherche est de tenter de répondre au problème posé dans la première partie. Pour cela, nous proposons deux approches possibles. La première permet de fournir des classes potentielles, répondant en partie à la problématique de la quantité de concepts typés. La seconde utilise des systèmes d'extraction de relations à partir de texte (ORE – Open Relation Extraction) sur l'abstract (i.e. premier paragraphe de la page Wikipedia) de chaque concept. En classifiant les relations extraites, cela nous permet 1) de proposer des relations inédites entre concepts d'un domaine, 2) de proposer des classes potentielles, comme dans la première approche. Ces deux approches ne sont, en l'état, qu'un début de solution, mais nos résultats préliminaires sont très encourageants, et indiquent qu'il s'agit sans aucun doute de solutions pertinentes pour aider à corriger les problèmes démontrés dans la première partie.  ABSTRACT: In the current state of the semantic web, the quantity of available data and the multiplicity of its uses impose the continuous evaluation of the quality of this data, on the various Linked Open Data (LOD) datasets. These datasets are based on the RDF syntax, i.e. <subject, relation, object> triples, such as <Montréal, is a city of, Québec>. As a consequence, the LOD cloud can be represented as a huge graph, where every triple links the two nodes “subject” and “object”, by an edge “relation”. In this representation, each dataset is a sub-graph. DBpedia, one of the major datasets, is colloquially considered to be the central hub of this cloud. Indeed, the ultimate purpose of DBpedia is to provide all the information present in Wikipedia, “translated” into RDF, and therefore covers a wide range of domains, allowing a linkage with every other LOD dataset, including the most specialized. From this wide coverage arises one of the fundamental concepts of this project: the notion of “domain”. Informally, a domain is a set of subjects with a common thematic. For instance, the domain Mathematics contains several subjects such as algebra, function or addition. More formally, a domain is a sub-graph of DBpedia, where the nodes represent domain-related concepts. Currently, the automatic extraction methods for DBpedia are usually far less efficient when the target subject is conceptual than when it is a named entity (such as a person, city or company). Hence our first hypothesis: the domain-related information available on DBpedia is often poor, since domains are constituted of concepts. In the first part of this research project, we confirm this hypothesis by evaluating the quality of domain-related knowledge in DBpedia for 17 domains chosen semi-randomly. This evaluation is based on three numerical aspects of the “quality” of a domain: 1 – number of inbound and outbound links for each concepts, 2 – number of links between two domain concepts compared to the number of links between the domain and the rest of DBpedia, 3- number of typed concepts (i.e. representing the instance of a class : for example, Addition is an instance of the class Mathematical operation : the concept Addition is typed if the relation <addition, type, mathematical operation> appears in DBpedia). We reach the conclusion that the domain-related, conceptual information present in DBpedia is indeed poor on the three axis. In the second half of this work, we give two solutions to the quality problem highlighted in the first half. The first one allows to propose potential classes that could be added in DBpedia, addressing the 3rd quality aspect: number of typed concepts. The second one uses an Open Relation Extraction (ORE) system that allows to detect relations in a text. By using this system on the abstract (i.e. the first paragraph of the Wikipedia page) of each concept, and classifying the extracted relation depending on their semantic meaning, we can 1) propose novel relations between domain concepts, and 2) propose additional potential classes. These two methods currently only represent the first step, but the preliminary results we obtain are very encouraging, and seem to indicate that they are absolutely relevant to help correcting the issues highlighted in the first part.


identifier: Mahjoub, M. (2016). Développement d'une méthode de Monte Carlo dépendante du temps et application au réacteur de type CANDU-6  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La résolution de l'équation de Boltzmann demeure une étape importante dans la prédiction du comportement d'un réacteur nucléaire. Malheureusement, la résolution de cette équation présente toujours un défi pour une géométrie complexe (réacteur) tout comme pour une géométrie simple (cellule). Ainsi, pour prédire le comportement d'un réacteur nucléaire,un schéma de calcul à deux étapes est nécessaire. La première étape consiste à obtenir les paramètres nucléaires d'une cellule du réacteur après une étape d'homogénéisation et condensation. La deuxième étape consiste en un calcul de diffusion pour tout le réacteur en utilisant les résultats de la première étape tout en simplifiant la géométrie du réacteur à un ensemble de cellules homogènes le tout entouré de réflecteur. Lors des transitoires (accident), ces deux étapes sont insuffisantes pour pouvoir prédire le comportement du réacteur. Comme la résolution de l'équation de Boltzmann dans sa forme dépendante du temps présente toujours un défi de taille pour tous types de géométries,un autre schéma de calcul est nécessaire. Afin de contourner cette difficulté, l'hypothèse adiabatique est utilisée. Elle se concrétise en un schéma de calcul à quatre étapes. La première et deuxième étapes demeurent les mêmes pour des conditions nominales du réacteur. La troisième étape se résume à obtenir les nouvelles propriétés nucléaires de la cellule à la suite de la perturbation pour les utiliser, au niveau de la quatrième étape, dans un nouveau calcul de réacteur et obtenir l'effet de la perturbation sur le réacteur. Ce projet vise à vérifier cette hypothèse. Ainsi, un nouveau schéma de calcul a été défini. La première étape de ce projet a été de créer un nouveau logiciel capable de résoudre l'équation de Boltzmann dépendante du temps par la méthode stochastique Monte Carlo dans le but d'obtenir des sections efficaces qui évoluent dans le temps. Ce code a été utilisé pour simuler un accident LOCA dans un réacteur nucléaire de type CANDU-6. Les sections efficaces dépendantes du temps ont été par la suite utilisées dans un calcul de diffusion espace-temps pour un réacteur CANDU-6 subissant un accident de type LOCA affectant la moitié du coeur afin d'observer son comportement durant toutes les phases de la perturbation. Dans la phase de développement, nous avons choisi de démarrer avec le code OpenMC, développé au MIT,comme plateforme initiale de développement. L'introduction et le traitement des neutrons retardés durant la simulation ont présenté un grand défi à surmonter. Il est important de noter que le code développé utilisant la méthode Monte Carlo peut être utilisé à grande échelle pour la simulation de tous les types des réacteurs nucléaires si les supports informatiques sont disponibles.  ABSTRACT: The solution of the time dependent Boltzmann equation remains quite a challenge. For transient problems, the two-steps approach is still used, with the nuclear reactor data obtained using an adiabatic assumption, whereby perturbed cross sections are calculated from static computations. We developed a new method using the stochastic Monte Carlo approach to solve the time dependent transport equation. There are two reasons for this choice. First, at the cell level, we are able to obtain time dependent homogenized cross sections for use in full core diffusion calculations. Second, the Monte Carlo methods are scalable to perform full core calculations if and when appropriate computer resources become available. The OpenMC code developed at MIT was used as the initial platform for our work, to which we added time dependent modules. Particular attention was given to the treatment of delayed neutrons in our implementation. As a general observation, time dependent cross sections show an important variation when perturbations are introduced before finally converging to their static cross sections. Using the time dependent cross sections, a full core time dependent diffusion simulation is performed for CANDU-6 reactor with a LOCA accident affecting half of the 380 reactor fuel channels. Some numerical techniques, like filters and corrections of cross sections, are implemented to improve the quality of results. Our results show that the adiabatic assumption for cross sections in the transport step should be reviewed and that the time dependent Monte Carlo method is a viable alternative for the solution of time dependent neutron transport problems.


identifier: Lavoie, B. (2016). Comparaison de modèles hydrodynamiques bidimensionnels : SRH-2D, HYDRO_AS-2D et HSL-2D  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La méthode des volumes finis est aujourd'hui largement acceptée et est implantée dans nombre de modèles d'hydrodynamique à surface libre. Ces modèles ayant généralement des discrétisations et des implantations qui sont inconnues de l'utilisateur, le qualificatif de « boîtes noires» leur est souvent attribué pour souligner la difficulté de valider les résultats. Ce mémoire présente donc une comparaison de trois modèles hydrodynamiques bidimensionnels utilisant la méthode des volumes finis : SRH-2D, HYDRO_AS-2D et HSL-2D. Les deux premiers sont des modèles commerciaux bien établis tandis que HSL-2D est un modèle maison codé dans le cadre de ce mémoire. Cette comparaison est menée en deux principales étapes, soit l'acquisition des données et la comparaison.  ABSTRACT: Even though the finite volumes method is now widely accepted and implemented in river hydraulic software, the types of discretization and implementation may differ from one software to another and are usually unknown from the user. This leads engineers to consider these tools as “black boxes” since they have to rely on the developers' reputation regarding the accuracy of the model. This work presents a comparison of SRH-2D, HYDRO_AS-2D and HSL-2D; all are two-dimensional hydrodynamic models using the finite volumes method. SRH-2D and HYDRO_AS-2D are well-known commercial models while HSL-2D was coded for the purpose of this research. The task is conducted in two specific phases which are the data acquisition and the models comparison


identifier: Bennani, S. (2016). Analyse des incertitudes de la méthode normée lors de la rupture des barrages en remblai en cas de surverse  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'étude des risques de rupture figure parmi les thématiques les plus abordées dans le domaine de la sécurité des barrages. Elle permet à l'ingénieur de prendre des décisions stratégiques, que ce soit pour l'implantation, la conception et l'entretien des ouvrages ou pour la préparation des plans d'urgence. Ce travail de maîtrise traite plus particulièrement de la brèche des barrages en remblai à la suite d'une rupture par surverse. L'objectif est de développer un programme de simulation Monte-Carlo qui permet d'étudier le risque associé aux hydrogrammes rupture. Ce programme est composé de quatre modules ; soit un générateur des variables aléatoires, un estimateur des hydrogrammes de rupture, un estimateur des erreurs de convergence, et un générateur d'hydrogrammes par intervalles de probabilité. Ce dernier permet d'obtenir pour un cas spécifique de barrages plusieurs hydrogrammes de rupture caractérisés par leurs probabilités de récurrence.  ABSTRACT: The study of the failure's risk is one of the main topics in dam safety. It allows the engineers to make strategical decisions, whether for construction, conception and maintenance of dams or for making the action plan. This research deals with the breach in the embankment dam caused by overtopping. The purpose is to develop a Monte Carlo simulation programme that evaluate the risk of the failure hydrograph. This programme includes four modules: The generator of the random variables, the estimator of the failure hydrograph, the estimator of the convergence errors, and the generator of the hydrographs by the probability intervals. The latter produce for a specific case of study, several hydrographs characterized by their probability.


identifier: Li, X. (2016). Méthodologie d'optimisation des profils de vitesse à l'entrée des aspirateurs de turbines hydrauliques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La motivation à la base de ce projet découle des besoins exprimés par les ingénieurs-concepteurs pour des outils spécialisés, répondant aux exigences des projets de réhabilitation de centrales hydroélectriques. Dans un contexte de réhabilitation d'une centrale hydroélectrique existante, pour concevoir une nouvelle roue de turbine afin de remplacer une ancienne roue et améliorer l'efficacité énergétique globale de l'ensemble du système hydraulique, les concepteurs doivent déterminer quel type d'écoulement en aval de la roue de turbine produira la moins grande perte d'énergie à l'intérieur de l'aspirateur existant. L'approche proposée pour déterminer le comportement de l'écoulement requis de l'aspirateur, consiste à formuler ce problème comme un problème d'optimisation des conditions limites de vitesse à l'entrée de l'aspirateur. Ce projet propose une méthodologie pour formuler et résoudre ce problème d'optimisation basée sur l'algorithme d'optimisation MADS (Mesh Adaptive Direct Search) couplée à une approche de simulation CFD basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds,et utilisant le modèle de turbulence k-ε standard. Un cadre d'optimisation basé sur Python, appelé cfdOpt, a été développé pour mettre en oeuvre cette méthodologie d'optimisation avec NOMAD et OpenFOAM, qui sont des algorithmes d'optimisation et des codes de simulation CFD à sources ouvertes. Une stratégie de parallélisation a été mise en oeuvre dans cfdOpt pour profiter de la capacité des grappes de calcul à hautes performances afin d'accélérer le processus d'optimisation. Pour garantir l'exactitude des simulations CFD, un exemple typique de simulation de l'aspirateur basé sur ANSYS CFX a été utilisé comme référence pour configurer le cas de simulation avec OpenFOAM. Le modèle de simulation CFD a également été validé par comparaison avec les données expérimentales du projet Porjus U9. La méthodologie a été testée sur deux cas test distincts, un diffuseur conique et l'aspirateur Porjus U9. Les résultats montrent que le facteur de perte d'énergie a été réduit de plus de 60% dans les deux cas d'optimisation par rapport au point de meilleur rendement (BEP) obtenu à l'aide du test du corps solide en rotation. Ces résultats d'optimisation peuvent être utilisés comme référence de conception pour les concepteurs de turbines travaillant sur des projets de réhabilitation de centrales hydroélectriques.  ABSTRACT: The motivation at the root of this project stems from the need of design engineers for specialized tools addressing the requirements of hydraulic power plant rehabilitation projects. To design a new turbine runner to replace an old runner and improve the global energy efficiency of the whole turbine system, designers must determine which types of downstream flow from the turbine runner will yield the least energy loss inside the existing draft-tube. The proposed approach to determine the required draft-tube flow behavior consists in formulating this as an inlet boundary condition optimization problem. This project proposes a methodology to formulate and solve this optimization problem based on the Mesh Adaptive Direct Search (MADS) optimization algorithm coupled to an incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes CFD simulation approach, using the standard k-ε turbulence model. A Python-based optimization framework called cfdOpt was developed to implement this optimization methodology with NOMAD and OpenFOAM, which are open-source optimization algorithm and CFD simulation codes. A parallelization strategy was implemented in cfdOpt to take advantage of high-performance cluster computing capacity for accelerating the optimization process. To guaranteed the correctness of the CFD simulations, a typical draft-tube simulation case based on ANSYS CFX was used as a reference to setup the OpenFOAM simulation case. The CFD simulation model was also validated by comparing with the experimental data from the Porjus U9 project. The methodology was tested on two distinct test cases, a conical diffuser and the Porjus U9 draft-tube. The results show that the energy loss factor was reduced by more than 60% in both optimization cases compared with the best efficiency point found using the solid body rotation test. These optimization results can be used as a design reference for turbine designers working on rehabilitation projects of hydraulic power plants.


identifier: Courchesne, O. (2016). Modélisation géométrique 3D des structures anatomiques du tronc humain à partir d'images acquises par résonnance magnétique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La modélisation géométrique 3D de structures anatomiques est une étape essentielle dans le développement d'outils de simulation numérique dédiés pour l'étude de l'évolution ou pour la planification de traitements de pathologies complexes. La scoliose est une déformation complexe de la colonne vertébrale et de la cage thoracique qui entraine des asymétries au niveau de l'ensemble du tronc. Ces asymétries sont généralement accompagnées de l'apparence d'une bosse dans le dos du patient et constituent la raison principale pour laquelle le patient ou ses parents décident de consulter. Cependant, les simulateurs biomécaniques actuels se concentrent sur le choix de la meilleure stratégie opératoire qui permet de redresser la colonne et minimiser son déjettement au niveau sagittal et frontal. Dans ce contexte, une modélisation géométrique 3D des structures osseuses est suffisante. Par contre, la priorité du patient est de bénéficier de la stratégie qui pourrait améliorer son apparence par la réduction des asymétries externes du tronc suite au traitement. Il est donc important de propager la correction des structures osseuses, lors de la simulation, à travers les tissus mous du tronc afin de visualiser l'effet d'une stratégie sur l'apparence externe du patient. Par conséquent, une modélisation géométrique précise de l'ensemble des structures anatomiques du tronc incluant la surface externe, les tissus mous et les structures osseuses sous-jacentes devient indispensable.  La modélisation de l'intérieur du tronc peut être effectuée en utilisant des images acquises par résonance magnétique (IRM). Cette modalité d'imagerie est particulièrement intéressante, car elle permet d'obtenir de l'information sur le tronc sans danger pour le patient. La qualité des données IRM est variable et dépend du protocole d'acquisition. Pour garder un temps d'acquisition raisonnable, il faut réduire la portion du tronc couverte ou réduire la résolution des données, ce qui impactera le modèle géométrique obtenu. De plus, puisque les structures osseuses ne sont pas facilement identifiables dans les données IRM, elles sont généralement obtenues avec des radiographies. L'obtention d'un modèle précis du tronc implique donc de combiner un modèle des structures osseuses et un des tissus mous. Cette mise en correspondance est complexe, car les IRM sont acquises en position couchée et les radiographies le sont en position debout.  Cette thèse propose une nouvelle méthodologie pour construire un modèle géométrique précis et personnalisé du tronc à partir de données IRM. Le nouveau modèle géométrique sera obtenu sans segmenter les données pour éviter la perte d'information. Cette méthodologie est différente des approches classiques qui génèrent des éléments géométriques reliant des frontières segmentées dans une étape préalable. Le nouveau modèle sera enrichi par l'utilisation de modèles surfaciques de vertèbres qui permettront une segmentation automatique des vertèbres visibles dans les données IRM.  La première phase des travaux s'est concentrée sur la génération du modèle géométrique personnalisé du tronc obtenu à travers l'adaptation d'un maillage 3D. Le processus d'adaptation du maillage est basé sur la génération d'une métrique riemannienne construite en utilisant l'intensité des images IRM. La métrique définit la forme, la taille et l'orientation de chacun des éléments du maillage pour respecter les frontières des structures présentes dans les données. La validation du processus a été effectuée en plusieurs étapes. Tout d'abord, il a été montré, avec des IRM cardiaques, que le processus produit des maillages respectant la métrique. Par la suite, le processus d'adaptation a été comparé avec celui proposé par Goksel et al qui produit également des maillages sans segmenter les données. Cette comparaison a été faite sur un cas analytique et sur une série de cas réels. Pour comparer les méthodes, plusieurs maillages de densités différentes sont obtenus avec chacune d'elles. Puis, des éléments sont extraits de chacun des maillages en utilisant la frontière d'un volume de référence. La somme du volume des éléments extraits est comparée à celui de la référence. Les mesures comparant les volumes confirment que notre méthode produit des maillages respectant mieux les frontières des structures présentes, qu'elle converge plus rapidement et qu'elle est donc plus précise pour un nombre de sommets donnés.  La seconde phase a été centrée sur le développement d'une méthodologie de segmentation semi-automatique des vertèbres dans les données IRM. Un modèle surfacique des structures osseuses est recalé avec les volumes de données IRM pour segmenter les vertèbres. Pour y parvenir, un algorithme de recalage par information mutuelle, reconnu pour donner de bons résultats avec des données multimodales, a été utilisé. Pour améliorer le taux de succès de l'algorithme, une phase d'initialisation positionne les vertèbres près de leur position finale estimée. L'évaluation de la phase d'initialisation montre que l'algorithme de recalage supporte une erreur de positionnement de 13 mm par rapport à sa position finale pour assurer un bon recalage. Cette distance est facilement atteignable. La robustesse de l'algorithme de recalage a été évaluée avec plusieurs ensembles de données. Si la qualité des données IRM est suffisante, notre méthode produit de bons résultats. Une résolution de 3 mm entre les tranches est un bon compromis entre la qualité et le temps d'acquisition.  Pour conclure, la nouvelle représentation géométrique est minimale et préserve la frontière des structures anatomiques présentes dans les données. Elle serait un bon candidat pour être utilisée dans un simulateur numérique. En outre, la méthode de segmentation semi-automatique des données IRM est robuste et produit des résultats fiables. Pour poursuivre ces travaux, la segmentation des vertèbres pourrait être utilisée pour simplifier la génération du maillage. L'adaptation de maillage peut être restreinte à des zones segmentées, tout en utilisant l'information du volume entier, limitant ainsi la perte d'information. L'emplacement des vertèbres serait alors connu dans le maillage adapté, ce qui permettrait de faire le recalage avec le modèle surfacique des structures osseuses.  ABSTRACT: 3D geometric modeling of anatomical structures is an essential step in the development of numerical simulation tools dedicated to the study of evolution or the planning of complex disease treatments. Scoliosis is a complex deformation of the spine and rib cage which leads to asymmetries in the whole trunk. These asymmetries are usually accompanied by the appearance of a hump in the back of the patient and are the main reason why the patient or his parents decide to consult. However, current biomechanical simulators focus on choosing the best surgical strategy that helps straighten the spine and achieve frontal and sagittal trunk balance. In this context, a 3D geometric modeling of bone structures is sufficient. On the other hand, the priority of the patient is to benefit from the strategy that could improve most his appearance by reducing trunk asymmetries. It is therefore important to propagate the correction of bone structures, in the simulation, through the soft tissue of the trunk, in order to visualize the effect of a strategy on the external surface of the trunk. Therefore, a precise geometric modeling of all anatomical structures of the trunk including the outer surface, the soft tissue and underlying bone structures becomes essential.  Modeling the inside of the trunk may be performed using images acquired by magnetic resonance imaging (MRI). This imaging modality is particularly interesting because it provides information on the trunk without any danger for the patient. The quality of MRI data is variable and depends on the acquisition protocol. To keep a reasonable time of acquisition, either the scope of the trunk or the resolution of the data has to be reduced, but this has an impact on the quality of the resulting geometric model. In addition, since the bone structures are not easily identifiable in the MRI data, they are generally obtained with radiographs. Obtaining an accurate model of the trunk therefore involves combining a model of bone structures and a model of soft tissues. Combining those models is complex because MRI are acquired in a laying position and the radiographs are acquired in a standing position.  This thesis proposes a new methodology to build a precise and personalised geometric model of the trunk based on MRI data. The new model will be obtained without segmenting the data to avoid any loss of information. This methodology is different of the standard approaches that produce geometric elements linking boundaries segmented in an initial step. The new model will be enhanced with the use of surfacic models of vertebrae to perform an automatic segmentation of the visible vertebra within the MRI dataset.  The first phase of our work has focused on the generation of a custom geometric model of the trunk obtained through the adaptation of a 3D mesh. The mesh adaptation process is based on the generation of a Riemannian metric constructed using the grey levels of the MRI data. The metric defines the shape, size and orientation of each mesh element to respect the boundaries of anatomical structures in the data. The validation process was performed in several steps. Firstly, it has been shown, with cardiac MRI, that the process produces meshes respecting the metric. Thereafter, the adaptation process was compared with the one proposed by Goksel et al which also produces meshes without segmenting the data. This comparison was made on an analytical case and a series of real cases. To compare the methods, several meshes with different densities were obtained with each of them. Then, elements were extracted from each of the meshes using the boundary of a reference volume. The sum of the volume of the extracted elements was compared with the reference. Measurements comparing the volumes confirmed that our method produces meshes respecting the boundaries of the structures better, that converges faster and is therefore more accurate for a given number of vertices  The second phase focused on the development of a methodology for semi-automatic segmentation of the vertebrae in MRI data. A surface model of bone structures is registered with MRI data volumes to segment vertebrae. To achieve this, a registration based on a mutual information algorithm, known to give good results with multimodal data, was used. To improve the success rate of the algorithm, an initialization phase positions the vertebrae near their estimated final position. The evaluation of the initialization phase shows that the registration algorithm supports a positioning error of 13 mm from its final position to ensure proper registration. This distance is easily attainable. The robustness of the registration algorithm was evaluated with multiple data sets. If MRI data quality is adequate, our method produces good results. A resolution of 3 mm between slices is a good compromise between data quality and acquisition time.  In conclusion, the new geometric representation is minimal and preserves the border of anatomical structures in the data. It would be a good candidate to be used for simulations. In addition, the semi-automatic segmentation method of MRI data is robust and produces reliable results. To continue this work, segmentation of the vertebrae could be used to simplify the generation of the mesh. Mesh adaptation may be restricted to segmented areas while using the information of the entire volume, hence limiting information loss. The location of the vertebrae would be known in the adapted mesh, thereby simplifying the registration with the surface model of the bone structures.


identifier: Savoji, H. (2016). Innovative Vascular Prostheses Combining 3D Electrospun Nanofiber Matrices and Bioactive Coatings Prepared by Plasma-Polymerization  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré des efforts indéniables, l'élaboration de prothèses vasculaires (VGs) de petit diamètre    (6 mm) pour le remplacement de vaisseaux occlus ou la déviation du flux sanguin (bypass) se heurte encore à des résultats mitigés. Parmi les principaux requis d'un greffon vasculaire synthétique de petit diamètre (SDVG) et pour l'ingénierie tissulaire de vaisseaux sanguins, citons l'hémocompatibilité et la compliance mécanique. En particulier, il est essentiel d'assurer la formation d'une monocouche continue de cellules endothéliales (ECs) à l'intérieur de la lumière, qui résiste aux contraintes de cisaillement physiologiques. Pour ce faire, une approche classique consiste à ensemencer la lumière du greffon avec des ECs, antérieurement à l'intervention. Néanmoins, une faible rétention des cellules sous flux sanguin, et la morphologie des textiles conventionnels constituent des freins à la formation de la monocouche. Les matériaux électrofilés permettent d'améliorer la conformité du greffon, et reproduisent plus fidèlement la morphologie de la matrice extracellulaire des vaisseaux sanguins ; ils présentent cependant le même problème de rétention et croissance des ECs. Dans cette recherche, il a été démontré qu'un tapis de nanofibres de PET électrofilées (ePET), organisées de façon aléatoire, et subséquemment recouvert d'une couche mince de polymère-plasma riche en amines primaires (L-PPE:N) permet un contrôle relativement fin des propriétés structurelles et de surface, nécessaires la formation de monocouches d'ECs confluentes sur VGs. En effet, il a été démontré que ces dépôts L-PPE:N augmentent significativement l'adhésion et la croissance d'ECs, même sous contrainte d'écoulement induite par cisaillement. La rétention cellulaire se voit aussi améliorée, mais n'est cependant pas encore idéale. En outre, les couches L-PPE:N sont également thrombogènes. Pour pallier à cela, il a été proposé de greffer du sulfate de chondroïtine (CS) sur les couches L-PPE:N; le CS est connu pour empêcher l'adhérence de plaquettes ainsi que pour favoriser l'adhésion et croissance de cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs). Le greffage de CS sur L-PPE:N, lui-même déposé sur tapis électrofilés a effectivement montré une forte augmentation de la colonisation en HUVEC, et une amélioration de leur rétention (résistance au détachement).  De plus, l'alignement des ECs dans la direction du flux sanguin est connu pour renforcer la rétention des cellules dans les artères. L'approche classique pour obtenir artificiellement une monocouche de cellules alignées implique un pré-conditionnement long et coûteux de l'implant dans un bioréacteur (in vitro), sous flux. Ici, nous avons testé et comparé des tapis de PET  obtenus à la fois par électrofilage aléatoire et aligné : nous avons pu observer une légère augmentation de la résistance des ECs à la contrainte de cisaillement dans le cas des fibres alignées.  Nous avons également évalué et optimisé le potentiel de ces structures électrofilées pour la media des vaisseaux naturels, qui est constituée de cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) et de fibres de collagène alignées circonférentiellement, essentielles à la contraction, à la dilatation et au contrôle de la pression sanguine. Nous avons ainsi fabriqué des structures de ePET aligné et avons cherché à optimiser leur compliance à l'aide de trois différentes approches d'érosion (chimique) par plasma,  dans le but d'approcher au mieux les propriétés mécaniques et surfaciques des vaisseaux sanguins naturels : (i) décharges corona dans l'air, à pression atmosphérique (HP ); (ii) plasma radio-fréquencé à basse pression (LP) et (iii) plasma micro-ondes, (ii) et (iii) étant utilisés soit avec de l'oxygène (O2), pur ou mélangé avec Ar, ou encore avec CF4. L'approche (iii) a notamment permis une réduction significative du module de Young après à peine 5 min. de traitement avec O2, sans endommager les fibres. De plus, les changements observés dans la composition de surface et l'amélioration drastique de la mouillabilité/capillarité en découlant ont mené à une adhésion et une croissance accrues de cellules musculaires lisses (SMCs).  Finalement, les tapis alignés ont été modifiées avec des couches bioactives, basées sur les dépôts L-PPE:N décorés de CS, ce dernier servant de plus de site d'ancrage du facteur de croissance épidermique (EGF). Nous avons pu observer que ces couches (CS-EGF) promeuvent fortement l'adhésion, la croissance et la survie des VSCMs. Ceci suggère que le dépôt de couches bioactives sur tapis électrofilés constitue un excellent moyen de produire des échafaudages pour les parties luminale et médiane des SDVGs, offrant un contrôle fin sur les propriétés structurelles, mécaniques, surfaciques et biologiques nécessaires à une endothélialisation complète et stable de l'implant.   Mot clés : prothèse vasculaire; électrofilage; nanofibres; poly(ethylene terephthalate); polymérisation plasma; érosion par plasma; revêtements bioactifs; morphologie; propriétés mécaniques; chimie de surface; endothélialisation.  ABSTRACT: There have been considerable efforts in developing prosthetic small-diameter (below 6mm) vascular grafts (VGs) as an alternative to autologous grafts to bypass or replace occluded blood vessels. Primary requirements for functional synthetic small-diameter vascular grafts (SDVGs) or tissue engineered blood vessels are hemocompatibility and favorable compliance. Particularly critical is the formation of a continuous, stable monolayer of endothelial cells (ECs) on the lumen under physiological shear stress. To that purpose, seeding autologous ECs on the lumen side of the graft prior to implantation is commonly done. But its success is limited by low cell retention under flow and by the large pore size of conventional textiles that do not favor the formation of a continuous monolayer. Electrospinning enables one to enhance graft compliance and to mimic the morphology of the extracellular matrix of blood vessels, but EC growth and retention on electrospun mats still remain a problem. In this research, it was shown that random electrospun PET (ePET) nanofiber mat coated by primary-amine rich plasma polymer coating (L-PPE:N) lead to finely controlled structural and surface properties that are required for a confluent EC monolayer on VGs. EC adhesion, -growth, and -retention under shear-induced flow stress were shown to be increased by L-PPE:N coating. However, cell retention is still not ideal. Moreover, this underlying L-PPE:N substrate is thrombogenic. To tackle this problem, chondroitin sulfate (CS) was grafted on LP which is known to prevent platelet adhesion while promoting human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) adhesion and growth. It was observed that grafting CS on L-PPE:N coated electrospun mats could significantly enhance HUVEC adhesion, growth and their resistance to detachment.   In addition, EC alignment in the direction of blood flow in the natural arteries is known to increase the cell capability to resist detachment under shear stress. This is typically achieved by a long and resource-consuming method involving in vitro fluid flow preconditioning in a bioreactor prior to implantation. Random and aligned electrospun PET mats were fabricated as scaffolds for the luminal layer. It was observed that EC resistance to shear stress was slightly further improved when it was directed by tuning electrospun alignment.   On the other hand, the media layer of native vessels contains vascular smooth muscle cells (VSMCs) and circumferentially-aligned collagen fibres, which are essential for contraction, dilation and blood pressure control. In this research, aligned ePET mats were fabricated as scaffolds for the media layer, and three different plasma etching techniques were used to bring their mechanical and surface properties in line with those of natural blood vessels: (i) atmospheric pressure (“HP”) corona discharge in air; (ii) low-pressure radio-frequency plasma (“LP”) and (iii) microwave plasma asher, (ii) and (iii) in pure oxygen (O2), or O2 mixture with Ar or CF4. (iii) gave substantial reduction in Young's modulus after as little as 5 min. treatment in O2, without damage to the fibers. Changes in surface composition and drastic improvement in wettability/wicking were also observed, which resulted in promoting adhesion and growth of smooth muscle cells (SMCs). The aligned mats were then grafted with bioactive coatings, based on L-PPE:N coating, CS with tethered epidermal growth factor (EGF). It was found that a CS-EGF coating promoted the VSMC adhesion, growth, survival and infiltration. Our findings suggest that electrospun mats coated with bioactive coatings provides adequate scaffolds for the luminal and media side of SDVGs, with finely-controlled structural, mechanical and bioactive surface properties required for complete and stable endothelialization.  Keywords: electrospinning; nanofibers; poly(ethylene terephthalate); plasma polymerization; plasma-etching; bioactive coatings, morphology, mechanical property; surface chemistry; In vitro cell experiment; endothelialization; vascular graft