identifier: Alnaqbi, Abdalla Rashid Masoud  (2021). Tactical supply chain planning after mergers under uncertainty with an application in oil and gas.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
chaîne logistique
planification tactique
modélisation mathématique
pétrole brut
fusion
incertitude
optimisation stochastique

abstract:
Lower oil prices are causing Oil and Gas (O&G) companies to re-evaluate their supply chain to see if they can improve efficiencies and reduce costs. As a result, the Crude Oil Supply Chain (COSC) management receives increased importance in business. There has been a growing interest in Supply Chain Management (SCM) and the use of mathematical programming models in the past five years.

Mergers, if planned properly, can result in improved efficiencies and reduced costs due to the internal re-organization and transformations of the supply chain. However, mergers are complex, and the expected gains and success are highly dependent on different factors and drivers that affect supply chain efficiency.

This thesis addresses the tactical planning of upstream COSC under uncertainties caused by demand and shared service cost after a horizontal merger. First, a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model is developed to aid decision-makers in understanding where effort should be concentrated to achieve the highest return during and post-merger considering the oil supply chain. The model was validated using a real case study from a Middle East country.

Second, to address the tactical planning of upstream Crude Oil and Gas Supply Chain subject to demand and shared services cost uncertainties, the problem is formulated as a mixed-integer linear programming (MILP) model. The model is used to evaluate the extent to which the economy of scope and the economy of scale favorably impact potential mergers. Also, it determines the investment level and the efficient implementation of operational strategies at shared services and the production and processing of oil and gas. A real case example from the oil and gas industry in the Middle East region is used to validate the model. The experimental studies examine three scenarios: merger under economies of scale, merger under economies of scope, and merger under the joint economies of scope and scale. The results reveal the impact of different operational strategies on potential synergetic gains. For this case study, computational results show if only economies of scale are performed, the COSC fails to achieve the targeted cost/barrel (cost/bbl) after the merger. The joint performance of economies of scale and scope in reducing shared services costs at different supply chain echelons leads to a substantive synergy gain. It reduces the cost/bbl below the targeted value.

Finally, with today's rapidly changing global marketplace, it is essential to include uncertainty in an explicit manner in supply chain planning models. Therefore, we propose a stochastic model for tactical planning of COSC under cost uncertainty. The mathematical model considers a multi-echelon supply chain with multi-products and a multi-period planning horizon. It integrates inventory and backorder penalties. We illustrate how our model directly applies to supply chain planning. We present numerical results that show the impact of cost uncertainty on supply chain planning decisions and synergy gains. We also measure the value of modeling uncertainty against deterministic planning.


identifier: Fokwa Soh, Mathieu  (2021). Élaboration de règles de conception pour réduire la durée de fabrication des composantes de structures d’acier.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject:
apprentissage machine
BIM
conception
construction
entrepreneurs spécialisé
entrevues
requête pour information

abstract:
Dans l’industrie de l’Architecture, de l’Ingénierie et de la Construction (AIC – « Architecture Engineering and Construction ». AEC), la non-intégration des connaissances et de l’expérience des entrepreneurs spécialisés (comme les fabricants) pendant la phase de conception contribue à de nombreux gaspillages en termes de qualité, de coût et de délais de construction. Le problème provient du mode de réalisation traditionnel des projets, Conception Contrat, Construction (CCC – « Design Bid Build ». DBB), qui impose une réalisation linéaire et fragmentée, dictée par les plans et devis, et qui n’offre pas aux entrepreneurs spécialisés, l’opportunité de participer à la conception.

Des initiatives comme l’Ingénierie de la Valeur (IV – « Value Engineering ». VE) et la constructibilité ont été proposées pour mitiger ce problème. Ces initiatives, bien que permettant un certain transfert de connaissances entre concepteurs et entrepreneurs spécialisés, se sont principalement concentrées sur la réduction du coût et des risques des projets. De cette façon, le transfert de connaissances est limité et les entrepreneurs spécialisés n’ont guère l’opportunité d’intervenir durant la conception. Dans un deuxième temps, des initiatives se sont concentrées sur le mode d’approvisionnement DBB pour le faire évoluer en favorisant une intégration des connaissances de fabrication dans la phase de conception. Cependant, les solutions proposées ne se questionnent pas vraiment sur l’opportunité de comprendre et de maîtriser les processus comme la fabrication dans le but d’identifier des contraintes à considérer pour la conception. Pourtant, dans les projets de construction dont la structure est en acier, la phase de fabrication des composantes représente de 30 à 40% du coût global des projets.

Dans l’Ingénierie de Développement de Produits (IDP – « Product Development Engineering ». PDE) le transfert de connaissances est formalisé à travers différentes approches et règles de conception telles que la Conception Pour la Fabrication et l’Assemblage (CPFA – « Design For Manufacturing and Assembly ». DFMA). À travers ces règles de conception, les connaissances et l’expérience des fabricants sont disponibles aux concepteurs très tôt dans le développement du produit. De cette façon, les concepteurs peuvent anticiper les contraintes de fabrication et d’assemblage des produits. Une application des règles de conception dans l’industrie de l’AIC peut permettre une meilleure intégration des connaissances et de l’expérience des entrepreneurs spécialisés dès la phase de conception des projets. Cependant, très peu de travaux proposent d’élaborer des règles de conception pour l’industrie de l’AIC.

Cette thèse veut participer à la résolution de ce problème en proposant pour des projets de construction dont la structure est en acier, des règles pour permettre aux concepteurs de considérer les facteurs à fort impact sur la durée de fabrication des composantes de structures en acier.

Pour arriver à cet objectif, cette thèse propose d’identifier des facteurs de fabrication qui serviront par la suite à la formulation des règles de conception. Trois méthodes sont proposées pour identifier ces facteurs à savoir : une méthode qualitative qui utilise le codage ouvert sur les contenus de Requêtes Pour Information (RPI - « Request For Information ». RFI), une méthode quantitative qui applique des algorithmes de l’Apprentissage Machine (AM – « Machine Learning ». ML) sur des modèles de la Modélisation des Données du Bâtiment (MDB – « Building Information Modeling ». BIM), et une méthode qualitative qui applique le codage mixte sur le verbatim des entrevues avec les concepteurs et fabricants de composantes de structure en acier. Pour valider ces méthodes, des cas d’études sont réalisés chez un partenaire industriel, leader dans le domaine de la fabrication des composantes de structures d’acier en Amérique du Nord.

Comme résultats, ce travail propose 20 facteurs de fabrication, dont 15 complètement nouveaux dans la littérature, 33 règles de conception, dont 24 sont des règles complètement nouvelles dans la littérature, et 17 initiatives pour une meilleure considération des facteurs de fabrication pendant la conception des composantes de structures d’acier.

Les résultats issus de cette recherche montrent qu’il est possible d’identifier des facteurs de fabrication de structures d’acier et de formuler des règles de conception à travers des analyses des RFIs, des modèles BIM et des entrevues avec les concepteurs et les fabricants de composantes de structures d’acier. Les résultats montrent aussi que les règles de conception formulées dans cette étude sont différentes des règles déjà présentes dans la littérature, et inspirées de l’industrie manufacturière.

En perspective, ce travail propose d’identifier des facteurs de fabrication et de formuler des règles de conception dans d’autres contextes industriels de projet de construction de structures en acier et dans d’autres professions de l’industrie l’AIC. Cette thèse propose aussi d’appliquer les méthodes développées dans cette étude avec d’autres critères de performance comme la transformation, le flux et la valeur, inspirées de la théorie du Transformation Flow Value (TFV), développées par Koskela (2000).


identifier: Kalatian, Tannaz  (2021). Design and implementation of an enhanced successive cancellation flip decoder and rapid SCF execution-time estimation.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: 5G

subject: communication de données

subject: codes polaires

subject: correction et détection d’erreurs

subject: décodage par annulation successive améliorée

abstract:
Modern communication and storage systems require error detection and correction to function properly. Since polar codes are error-correcting codes that can achieve channel capacity, they have been receiving a lot of attention in the past decade. According to current studies, a SC decoder, the first algorithm that was proposed to decode polar codes, can achieve channel capacity.

Although SC has good performance in terms of Frame Error Rate (FER) for infinite block length, with short to moderate length codes, this decoding algorithm has an error-correction performance that leaves to be desired.

For these cases, various decoding algorithms were proposed to improve the error-correction performance such as SCF.

The SCF decoder has superior performance, however, its variable execution time makes hardware implementation more complex, since the hardware should be designed to withstand worst-case execution times to prevent buffer overflow.

In this thesis, first, a new decoding algorithm named ESCF is proposed which is based on SCF that reduces the average execution time while maintaining the error-correction performance of the SCF decoder. Our simulation results show that the execution time is reduced especially at lower SNRs at the cost of a small sacrifice in memory requirements.

In the second part of the thesis, we focus on proposing a simple but effective method that predicts the execution time of SCF and identifies the sensitivity of the execution time from various parameters such as block length, code rate, and the CRC length. A low-complexity mechanism was also developed to determine statistics related to the number of trials needed in various situations to decode a frame. This method is to be used as a building block in future works.


identifier: Gour, Amit  (2021). Rotary micro-electro-mechanical scanner for chip-level beam steering application.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
scanner polygonal
LIDAR
OCT
micromoteur électrostatique
micro-scanner
micro-polyèdre
micro-assemblage
procédé PolyMUMPS

abstract: Advanced systems, such as optical coherence tomography (OCT), light detection and ranging (LIDAR) and advanced driving assisting systems (ADAS), consist of various modules that are designed to meet stringent specifications. These modules require electronic, mechanical and optical components, which can make the system large, bulky, power hungry and expensive. With the use of micro-and-nano technologies, such modules can be miniaturized without compromising the system performance. Accordingly, the vision of this work is to develop compact and affordable components that can be used in advanced systems by leveraging the benefits of micro-electro-mechanical system (MEMS) technology and batch manufacturing. It can not only enable system miniaturization but also improve system performance in terms of power consumption. Polygon scanners are crucial devices for systems such as OCT and LIDAR that are widely used in biomedical imaging and environment sensing, respectively. Typically, these scanners consist of a metallic polygon mirror mounted on a DC micromotor, providing a range of high-speed operation depending upon the application. Current polygon scanners have a large footprint, consume a large amount of power and are heavy. Moreover, these features of polygon scanners become serious impediments when they are used in resource limited systems, such as LIDAR for navigation systems in drones or unmanned aerial vehicles. Consequently, there is a need for miniaturized polygon scanners that can accomplish similar functionality as conventional polygon scanners but that require less power and occupy a smaller real-estate. This research work is focused on exploiting MEMS technologies in order to realize chip scale versions of rotary polygon scanners through innovation in the integration of MEMS based micro-devices. A miniaturized polygon scanner requires a vertical micromirror mounted on a chip-level high speed rotary platform. Novel techniques to overcome the challenges of polygon scanner miniaturization using MEMS and micro-assembly technologies are presented. A micromotor based on electrostatic actuation was designed and fabricated using the PolyMUMPS process to implement the rotary platform. Various micro-polyhedron of different size for beam deflection were designed and fabricated using the PiezoMUMPS process and a simple integration technique was developed to mount these micro-polyhedrons onto the micromotor. The realized micro-scanner has an overall size of 1 mm3 and consumes power less than 1 milliwatts.


identifier: Langlais, David  (2021). Étude des mélanges utilisés en moulage par injection des poudres métalliques à base de superalliages.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: rhéologie des poudres sèches

subject: rhéologie des mélanges

subject: coulabilité des poudres

subject: moulabilité

subject: injection des poudres métalliques (MIM)

subject: poudre métallique

abstract: Le moulage par injection des poudres métalliques est un procédé qui permet de fabriquer des pièces complexes en forme finale avec une précision dimensionnelle adéquate et d’excellentes propriétés mécaniques. Ce procédé s’exécute en quatre étapes. Premièrement, le mélange est formulé à partir d’une poudre métallique et d’un liant polymérique fondu; deuxièmement, ce mélange poudre-liant est injecté dans la cavité d’un moule, refroidi, et puis éjecté du moule; troisièmement, cette pièce est déliantée afin d'en retirer le liant; et quatrièmement, le frittage permet de consolider la pièce par diffusion à l’état solide du métal et finalement de produire une pièce métallique dense. Toutes ces étapes sont importantes, mais l’injection est particulièrement cruciale, car des défauts critiques peuvent y subvenir telles des fissures, des porosités ou des distorsions. Son succès repose sur le contrôle de la fluidité du mélange poudreliant où plusieurs facteurs entrent en jeu, soit les paramètres d’injection, les caractéristiques de la poudre et la formulation du liant. Bien que l’influence générale de chacun de ces facteurs ait été observée, la corrélation entre ces paramètres et la moulabilité d’un mélange demeure complexe et la prédiction efficace des performances d’un mélange poudre-liant n’est encore possible que par des essais d’injections à l’échelle réelle ou des essais rhéologiques sur les mélanges qui sont des méthodes qui consomment beaucoup de ressources. Ainsi, le développement du procédé de moulage par injection des poudres métalliques est encore aujourd’hui limité par le manque de connaissances sur les mécaniques fondamentales de la rhéologie des mélanges poudre-liant. Le but de ce travail est d’étudier certaines de ces mécaniques par l'observation exclusive de l'impact des caractéristiques des poudres sèches sur l'étape d'injection, en conservant les paramètres d'injection et la formulation du liant constants afin d’en isoler l'effet. Pour ce faire, quatre poudres d'acier inoxydable de formes et de tailles différentes ont, dans un premier temps, été caractérisées à l'aide du rhéomètre à poudre FT4 afin de générer quatorze métriques décrivant leur comportement à l'écoulement. Par la suite, ces poudres ont été combinées à un liant afin de produite quatre mélanges poudre-liant dont le profil de viscosité a été mesuré par un rhéomètre rotatif. Finalement, l'aptitude des mélanges à être injectés (c.-à-d., leur moulabilité) a été évaluée pas des essais d'injections à l'échelle réelle. Les résultats ont démontré une forte corrélation entre la moulabilité et la viscosité à l’état fondu, confirmant le fait connu que la moulabilité peut être prédite efficacement par des essais rhéologiques sur les mélanges. Or, de fortes corrélations ont également été observées entre la moulabilité et plusieurs métriques obtenues par l’approche de la rhéologie des poudres sèches, particulièrement la densité en vrac conditionnée (CBD) et l'énergie d'écoulement fondamentale normalisée (NBFE). Puisque la rhéologie sèche demande moins de ressources que la rhéologie des mélanges, cette méthode devient alors très prometteuse pour faciliter le développement et l'optimisation de mélanges poudre-liant pour l'étape d'injection.


identifier: Hammemi, Emna  (2021). Évaluation des performances des réseaux d’oracles Chainlink dans les blockchains.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Blockchain
Oracles
contrats intelligents
Chainlink

abstract: L’apparition des contrats intelligents dans le secteur Blockchain a attiré une variété de domaines. Ceci a aidé Blockchain à étendre de manière flexible son territoire au-delà des marchés financiers pour couvrir l’Internet des objets, la chaîne d’approvisionnement, etc. C’est pourquoi les contrats intelligents deviennent plus exigeants en termes de données du monde réel. Par conséquent, les oracles ont été proposés pour assurer la transmission des données entre Blockchain et hors chaîne. Chainlink, en particulier, est une solution décentralisée d’oracles, émergente, qui propose de transférer des données de sources externes directement vers des contrats intelligents. Dans ce mémoire, nous proposons d’explorer théoriquement et expérimentalement Chainlink. Les principaux composants de Chainlink sont le noeud et les adaptateurs Chainlink, nous étudions alors les meilleures options pour les opérateurs de noeuds et les utilisateurs de Chainlink à adopter dans leurs systèmes. En particulier, nous démontrons comment les noeuds Chainlink se comportent lors de la variation d’un ensemble de ses paramètres internes et externes. Cela inclut les caractéristiques matérielles ainsi que les éléments logiciels. Enfin, nous avons mis en place un modèle Chainlink décentralisé basé sur les services Cloud et évalué les performances globales du système en termes de temps de réponse et de coût total des services Cloud, Ethereum et Chainlink.


identifier: Liu, Xu  (2021). High performance machine learning platform development and applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage automatique
l’apprentissage en profondeur
calcul GPU
informatique FPGA
calcul haute performance
réseau accusatoire génératif
autoencodeurs variationnels
image multispectrale
reconstruction spectrale et traduction
traitement d’image
VAE-GAN
Taĳi GNN

abstract:
Machine learning (ML) and Deep learning (DL) are booming. However, the algorithms beneath the MLs and the DLs involve much high-density computing work. Traditional Central Processing Unit (CPU) only has few computing threads. And each thread must execute instructions in sequence. So even the CPUs own a higher frequency, they have to process tens of thousands of computing jobs one by one. On the contrary, Graphics Processing Unit (GPU) and Field Programmable Gate Array (FPGA) often own tens of thousands of computing units, which can efficiently conduct parallel computing to enhance the model’s training and inferencing performance dramatically.

We propose in this thesis a novel hybrid GPU-FPGA-based design methodology to address the above training and inferencing high-density computing challenge. According to the design methodology, we developed a new heterogeneous GPU-FPGA-based ML or DL platform. Since the training algorithms are often changed, and the GPU programming is much easier and more flexible than FPGAs, the training phase is implemented on the GPU. Otherwise, we perform the inferencing phase on the FPGA based on the following two reasons: One is that we scarcely change the inferencing algorithm design. The other is FPGAs have higher energy efficiency and lower delay than GPUs’. Moreover, since the two platforms have different model file formats and can not be substituted directly, we designed a model converter between the two phases to convert the model from the training platform to the inferencing platform.

To evaluate the above methodology and platform’s performance, we have implemented a convolutional neural network (CNN) for recognizing handwritten digits and a deep neural network (DNN) for predicting the data center’s Power Usage Effectiveness (PUE) with the hybrid design methodology on the heterogeneous platform. Moreover, the experimental results presented that our approach has gained significant performance improvement on the ML training and inferencing.

In addition, in order to fully evaluate our hybrid ML design, we extended the experiments to include two spectral reconstruction approaches. Both of these methods are designed to solve the severely under-constrained problem of reconstructing multispectral images from RGB images. The core of these two methods revolves around how to generate multispectral information that is lost due to compression.

The first approach is based on Variational Autoencoder (VAE) and Generative Adversarial Network (GAN). The VAE extracts the key feature information from the input RGB images through the encoder, reparameterizes it with a value randomly sampled from the normal distribution, and then restores the MSI-like outputs through the decoder. GAN is responsible for training the generator to generate MSI-like pictures from re-parameterized latent vectors. GAN is accountable for teaching the generator to create MSI-like images from re-parameterized latent vectors. The problem of reconstructing MSIs from RGB can be solved with low computational cost.

The second method is called Taĳi Generative Neural Network (TaĳiGNN), which combines cycled GAN and ancient Chinese "Taĳi" philosophy. TaĳiGNN consists of a pair of generators performing in opposite directions. The output of one generator is connected to the input of the other one, forming a loop structure. This loop structure can pass the input through the output domain and then back to the input domain. Therefore, TaĳiGNN can convert the problem of comparing images in different domains into the problem of comparing images in the same domain. In the same domain, the severely under-constrained problem mentioned above can be solved naturally. Moreover, TaĳiGNN has absorbed the essence of Taĳi to train the pair of generators. During the training process, the pair of generators work like a couple, using their own advantages to complement each other, helping each other to achieve convergence, so that the entire system enters a state of dynamic equilibrium, which is very similar to Taĳi’s "Yin" and "Yang" bipolar working mode.

We use two classic spectral datasets, CAVE and ICVL, to evaluate VAE-GAN and TaĳiGNN. And both of these two approaches use much less training data than state-of-the-art and reach or exceed their results. Moreover, the two approaches are implemented and verified on a heterogeneous computing platform designed using our hybrid machine learning methodology. Their training and inferencing speeds have been greatly improved.


identifier: Gopinath, Karthik  (2021). Geometrical learning of brain surface data.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: apprentissage profond géométrique

subject: parcellation corticale

subject: regroupement sur graphes

subject: segmentation et reconstruction de surface

abstract:
Neuronal cell bodies primarily reside in the cerebral cortex. The study of this thin and highly convoluted surface is essential for understanding how the brain works. However, the analysis of surface data is challenging due to the high variability of the cortical geometry. Ignoring this complex geometry poses an unsolved challenge in the statistical analysis of surface data. Most conventional methods rely on a heuristic multi-step process, such as geometrical simplifications and spherical inflations, requiring a considerable computational time. The main objective of this thesis is to develop geometrical frameworks to learn directly on cortical surfaces. Specifically, we first propose a spectral graph convolution network to perform surface analysis applied to cortical parcellation. Next, we present an adaptive pooling technique for surface classification and regression tasks to facilitate a hierarchical learning of multiple surface data. Finally, we illustrate a joint cortical surface reconstruction and segmentation approach to work directly from the MRI volume. This thesis has resulted in three journals and five peer-reviewed conference publications. The individual contributions of this thesis are presented below.

In our first objective, we present a novel approach for learning and exploiting surface data directly across multiple surface domains. Direct learning of surface data via graph convolutions provide a new family of fast algorithms for processing brain surfaces. However, the current limitation of existing state-of-the-art approaches is their inability to compare surface data across different surface domains. Surface representations are indeed incompatible between brain geometries. We leverage the recent advances in spectral graph matching to transfer surface data across aligned spectral domains. This novel approach enables a direct learning of surface data across compatible surface bases. A spectral graph convolution network exploits spectral filters over intrinsic representations of surface neighborhoods. We illustrate the benefits of this approach with an application to brain parcellation. We validate the algorithm over 101 manually labeled brain surfaces. The improvements in parcellation reveal a 29% increase in accuracy with drastic speed gains over conventional methods.

In the second objective, we propose a new learnable graph pooling method for processing multiple surface-valued data to output subject-based information. The presented method innovates by learning an intrinsic aggregation of graph nodes based on graph spectral embedding. We illustrate the advantages of our approach with in-depth experiments on two large-scale benchmark datasets. The ablation study in the chapter illustrates the impact of various factors affecting our learnable pooling method. The flexibility of the pooling strategy is evaluated on four different prediction tasks, namely, subject-sex classification, regression of cortical region sizes, classification of Alzheimer’s disease stages, and brain age regression. Our learnable pooling approach demonstrates improvements ranging from 7% to 11% compared to other pooling techniques for graph convolutional networks, with results improving the state-of-the-art in brain surface analysis.

Our third objective presents an adversarial training strategy for unsupervised domain adaptation to learn surface data across inconsistent graph domains. This novel approach comprises of a segmentator that uses graph convolution layers to enable parcellation across brain surfaces of varying geometry and a discriminator that predicts the alignment-domain of surfaces from their segmentation. The adversarial training learns an alignment-invariant representation that yields consistent parcellations for differently aligned surfaces by fooling the discriminator. Using manually-labeled brain surface from MindBoggle, the largest publicly available dataset of this kind, we demonstrate a 2%–13% improvement in mean Dice over a non-adversarial training strategy for test brain surfaces with no alignment or aligned on a different reference than source examples.

Our fourth final objective proposes SegRecon, an integrated end-to-end deep learning method to jointly reconstruct and segment cortical surfaces directly from an MRI volume in one single step. We train a volume-based neural network to predict, for each voxel, the signed distances to multiple nested surfaces and their corresponding spherical representation in atlas space. This is, for instance, useful for jointly reconstructing and segmenting the white-to-grey-matter interface and the grey-matter-to-CSF (pial) surface. We evaluate the performance of our surface reconstruction and segmentation method with a comprehensive set of experiments on the MindBoggle, ABIDE and OASIS datasets. Our reconstruction error is found to be less than 0.52mm and 0.97mm in terms of average Hausdorff distance to the FreeSurfer generated surfaces. Likewise, the parcellation results show over 4% improvements in average Dice with respect to FreeSurfer, in addition to an observed drastic speed-up from hours to seconds of computation on a standard desktop station.

The work described in this thesis benefits neuroscience studies. Practically, the proposed algorithms will significantly assist clinicians in targeting any particular area of the brain for drug planning and in early prediction of cortical atrophy using the geometry of the complex folding of the cortex and isolate the discriminating geometry linked with the Alzheimer’s disease. Additionally, this thesis can help in fast and accurate surface extraction and parcellation from structural MRI volumes. This work will also reduce financial burdens on patients by providing algorithmic tools for therapeutic research to aid clinicians. In general, the work would be used to find new geometry-based biomarkers for the early detection of the Alzheimer’s disease and assist the understanding of other neurological disorders.


identifier: Olory Agomma, Roseline  (2021). Méthode automatique pour la localisation et l’identification de structures osseuses dans les radiographies EOS.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
méthode automatique
segmentation d’os
identification de points
points stéréo-correspondants
réseaux de neurones
reconstruction 3D
calcul de paramètres cliniques

abstract:
Le calcul de paramètres cliniques et la reconstruction tridimensionnelle de structures osseuses à partir de radiographies biplans en pratique clinique sont des tâches essentielles dans le domaine de l’imagerie médicale, particulièrement en orthopédie, pour établir le diagnostic et planifier le geste médical. Les processus de mesures cliniques et de reconstruction 3D sont basés sur la tâche d’extraction d’informations (par exemple : identifier sur des radiographies de face et de profil le centre de la tête fémorale, segmenter le tibia). Cette tâche d’extraction, principalement réalisée manuellement par des professionnels de la santé, est répétitive, chronophage et peut conduire à des résultats avec une grande variabilité. De ce fait, elle pourrait entraîner des erreurs lors du processus de reconstruction 3D ou entraîner un mauvais calcul des paramètres cliniques (par exemple : l’angle cervico-diaphysaire, l’angle fémoro-tibial), importants lors de la prise de décision avant, pendant et après la chirurgie ; ce qui pourrait compromettre la santé du patient.

Dans les stéréoradiographies EOS (images issues du système de radiologie EOS à faible dose d’irradiation) présentant de fortes superpositions osseuses, différents points de vue (images de corps entier, du membre inférieur ou images avec structures partielles) et différentes orientations (0°, 20°, 45°, 70° ou 90°), cette tâche d’extraction est d’autant plus ardue. Cela explique la non-existence d’une méthode automatique d’extraction d’informations des membres inférieurs couvrant cette diversité d’images EOS. La non-résolubilité de cette problématique explique qu’actuellement en pratique clinique, la phase d’initialisation des processus de mesures cliniques et de reconstruction tridimensionnelle de structures osseuses pour les membres inférieurs, phase consistant à identifier des primitives d’intérêts (exemple : sphère, points) sur chaque structure osseuse soit encore réalisée manuellement.

L’objectif principal de ce travail est de pallier cette problématique en automatisant la tâche d’extraction d’informations liées aux membres inférieurs sur des images EOS présentant différents points de vue et orientations en vue d’initialiser automatiquement les processus de mesures cliniques et de reconstruction 3D pour les radiographies EOS.

Nous avons développé une méthode entièrement automatique de segmentation de structures osseuses et de localisation de points d’intérêt des membres inférieurs pour les radiographies EOS. L’approche de segmentation proposée est basée sur une approche d’augmentation de données permettant la génération d’images contenant à la fois des structures partielles et complètes et sur une nouvelle architecture neuronale appelée RobustNet. L’approche de localisation des points d’intérêt est principalement basée sur un réseau siamois qui prend en entrée des paires d’images EOS et prédit en sortie des points 3D.

Les méthodes de segmentation de structures osseuses et de localisation de points d’intérêt des membres inférieurs proposées ont été respectivement testées sur 70 et 30 images EOS présentant différents points de vue (images frontales et sagittales du membre inférieur et de corps entier) et orientations du patient (0°, 90° et 45°). Les résultats obtenus sont prometteurs pour pouvoir être intégrés dans la plateforme logicielle d’analyse d’images EOS.

Ce travail permettra d’extraire automatiquement des structures osseuses, des régions ou points d’intérêt des membres inférieurs dans des banques de données d’images EOS. Il permettra d’initialiser automatiquement les processus de mesures cliniques et de reconstruction tridimensionnelle des os des membres inférieurs et permettra une diminution du temps de traitement effectué sur les radiographies EOS.


identifier: Maillé, Carl  (2021). Amélioration d’un banc d’essai de presse-étoupe et essais préliminaires de fluage à haute température des garnitures d’étanchéité en graphite expansé.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
fluage volumique
tresse de valve
haute température
modélisation analytique
presse-étoupe

abstract:
Le presse-étoupe est un dispositif qui est utilisé pour plusieurs applications. L’utilisation la plus courante est sur les pompes et sur les vannes industrielles. Son rôle principal est de prévenir les fuites d’un milieu vers un autre. C’est pourquoi, la conception de cet assemblage est très importante afin de maximiser l’étanchéité sans pour autant restreindre le mouvement aux parties amovibles des valves et des pompes. Toutes les pièces du presse-étoupe sont importantes, mais les garnitures et le poussoir sont intrinsèquement liées à l’étanchéité du presse-étoupe. Le poussoir est la pièce qui applique une pression sur l’ensemble des garnitures. Cette pression verticale est ensuite transmise dans les garnitures qui vont ensuite la transformer en une pression de contact latérale. Ce sont cette pression transmise et cette pression de contact latérale qui rendent le presse-étoupe étanche.

Il y a environs 70 ans, l’utilisation de l’amiante dans la confection des tresses de valves était grandement répandue. Depuis les recherches en santé ont démontrées que l’amiante est cancérigène et son utilisation est dorénavant interdite. C’est pourquoi, la recherche sur les tresses mécaniques ainsi que les manufacturiers ont dû se pencher sur d’autres alternatives. À ce jour, bien que la recherche ait bien avancé, il existe peu de documentation afin d’assister les ingénieurs à l’étape de la conception des presse-étoupes. Afin d’assurer l’étanchéité des presseétoupes, il existe quelques normes. Toutefois, ces normes s’appliquent pour l’assemblage complet du presse-étoupe et n’aide pas tout à fait lors de la conception.

Dans le but d’enrichir la documentation disponible, les recherches passées ont davantage porté sur l’étude des propriété mécaniques des tresses et puis sur le reste des pièces d’un presseétoupe. La grande majorité de ces études ne considéraient pas l’effet de la température bien que ce paramètre possède une influence majeure quant à l’étanchéité d’un système. L’inclusion de la température dans les recherches à venir est inévitable et nécessaire afin de représenter le comportement réel des tresses mécaniques.

La première étape de ce projet est de modifier et ajuster les instruments de prise de mesure d’un banc d’essai reproduisant le comportement d’un presse-étoupe industriel. La mesure de l’écrasement vertical des tresses est la mesure la plus importante puisqu’elle permet d’observer le fluage. C’est pourquoi, ce capteur doit être le plus précis possible. Les précédents capteurs sont remplacés par deux nouveaux extensomètres et le dispositif d’attache a été modifié. Le deuxième paramètre d’importance dans ce projet est la température de chauffage. C’est pourquoi l’isolation du système de chauffage ainsi que tous les thermocouples sont testé voire remplacés afin de pouvoir contrôler le chauffage avec précision. De plus, la disposition du thermocouple de contrôle est modifiée afin de limiter les écarts de températures dans le four et assurer une répétabilité entre les tests.

La deuxième étape est d’amasser des données de fluage à haute température avec des garnitures d’étanchéité en graphite expansé. Au total, 12 tests sont réalisés afin de récolter des données à quatre différentes températures, soit 75°F, 200°F, 400°F et 600°F. Ces tests permettent aussi de valider le bon fonctionnement du banc d’essai et des appareils de mesure à la suite des diverses modifications réalisées.

Les données récoltées lors de ce projet sont utilisées à deux fins. D’abord, sur le logiciel MATLAB, un modèle analytique du fluage des tresses est obtenu. Ce modèle est intéressant puisque qu’il s’agit de la première étape avant de passer à l’utilisation de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) pour étudier le comportement des tresses. L’autre utilité des données récoltées est de revenir sur des observations retenues à la suite de précédentes recherches. Le dégazage est le phénomène en question; où à haute température les garnitures d’étanchéité ne s’écraseraient plus, mais serait plutôt sujette à un gonflement. Toutefois, aucun gonflement n’a été observé lors de la phase expérimentale.


identifier: Mohebi, Elmira  (2021). Pharmaceutical supply chain risks and risk mitigation strategies: systematic literature review (SLR) through text-mining.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: chaîne d'approvisionnement pharmaceutique

subject: risques

subject: stratégie d'atténuation des risques

subject: SLR

subject: extraction de textes

abstract:
Pharmaceutical supply chains face different kind of risks and uncertainties and managing the risks has emerged as an important issue with constantly changes in the supply chain. To successfully manage the risks, it is important to identify risks and uncertainties and know how to mitigate these risks with proper risk mitigation strategy. The purpose of this study is to investigate the existing literature to identify risks and risks mitigation strategies by using Text-Mining techniques instead of traditional literature review approach.

The methods we applied to perform a Systematic Literature Review (SLR) consist of phrase extraction by lexical approach and using Natural Language Toolkit (NLTK), semantic similarity clustering (include vectorizing by Universal Sentence Encoder method and similarity matrix method), and post-processing.

A total 4205 papers were extracted after applying related search strings in the three search engines of Web of Science, PubMed, and Google Scholar. At last, after performing different phases of removing duplicated references, title screening, and title and abstract screening in the DistillerSR software, 278 references formed our project's selected studies.

The results demonstrate that 317 risks in general are identified in 24 different groups of products, logistics, material, supply, financial, drug, customer, technological, inventory, regulatory/legislation, information, demand, cost, transportation, market, quality, political, environmental, human, organization, international, network, technical, operational, and other. Top three risks that are discussed the most in the literature include supply risks, operational risks, and quality risks respectively. Top four groups with more risks are supply, product, transportation, and financial having 27, 27, 22, and 20 risks respectively. moreover, more than 73 risk mitigation strategies are found in the literature that targeted different risks in the field of capacity, clinical trial, compliance, customer service, supply, demand, etc. Different studies have worked on the problem of shortages in drugs and medicines. The second risk that has received the most attention from researchers is supply-related risks.


identifier: Ghorbani, Mohammadmahdi  (2021). Behaviour profiling of microservice-based applications and anomaly detection in cloud.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
profilage de comportement
détection d’anomalies
microservice
apprentissage automatique
chaînage de services
Telco Cloud

abstract:
Today, many organizations are moving their applications towards microservice architecture and virtualized environments because of the benefits such as deployment agility, scalability, flexibility and resiliency. In such complex and dynamic environment where components and connections may be constantly changing, it is difficult to provide a consistent view of the application out of many changing processes and their connections which is necessary for behaviour profiling. Therefore, in this thesis, we define a role identification method for microservices to build a consistent view of microservice-based applications.

Recently, various types of stealthy attacks have been reported against microservice-based applications which are not possible to detect by monitoring a single process or a single microservice. Profiling the behaviour of all microservices of an application as a whole is challenging due to the distributed and non-blocking nature of microservice-based applications. In this thesis, we investigate a data-flow-based approach to overcome these challenges based on our role identification method and propose a graph-based model to represent the behaviour of a microservice-based application that is distributed over multiple hosts. This graph-based representation is then used to extract features providing the appropriate measures to profile the aggregated behaviour of the microservices comprising a microservice-based application.

Machine Learning algorithms, especially Deep Learning (DL) models have shown the state-ofthe- art performances on many anomaly detection tasks. However, DL-based approaches face challenges in accurately identifying the abnormal behaviour of microservice-based applications due to the highly dynamic and heterogeneous characteristics of the cloud which results in a high false alarm rate. Therefore, we propose a microservice-based optimization for DL-based anomaly detection models to decrease the false alarms.

The efficiency and feasibility of our approach are demonstrated through several different realworld attacks against the microservice-based implementation of LTE and IMS networks. The obtained result yields high detection rates (94%-96%) at a very low (0.01%) false alarm rate.


identifier: Cardinal, Thomas  (2021). Développement de facteurs de substitution pour les produits du bois et de la bioénergie en contexte canadien.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
facteurs de substitution
analyse de cycle de vie
forêt
produits du bois

abstract:
L'évaluation du potentiel d'atténuation du changement climatique du secteur forestier nécessite une approche holistique basée sur la séquestration du carbone (C) forestier, sur le stockage du C dans les produits ligneux récoltés et sur la substitution des produits présents sur les marchés par ces produits ligneux. Si la substitution est le levier affichant le plus grand potentiel d’atténuation, sa quantification repose encore aujourd’hui sur des facteurs présentant de grandes incertitudes. Les facteurs de substitution sont liés aux émissions de gaz à effet de serre (GES) des différents produits du bois (bois d’oeuvre, bois d’ingénierie, bioénergie) et des produits substitués (béton, acier, énergies fossiles), en fonction de leur cycle de vie.

Le but de cette recherche est de générer des facteurs de substitution pour des systèmes de construction et de bioénergie. Elle s’inscrit dans la méthodologie holistique qui évalue le potentiel d'atténuation des changements climatiques du secteur forestier au Canada. La méthodologie d’analyse du cycle de vie (ACV) est utilisée pour quantifier les émissions de GES fossiles d’un scénario de référence et d’un scénario à forte intensité de bois remplissant la même unité fonctionnelle. Les facteurs de substitution ont été classés selon trois niveaux, à savoir par type d’utilisation finale, par sous-catégorie (secteur industriel) et par type de produit primaire.

Pour ce qui est de la substitution de produits (bois de sciage, panneaux), nous avons étudié le secteur de la construction. Nous avons analysé une gamme de bâtiments innovants en bois par rapport à l'acier et au béton armé comme matériaux substitués. Nous avons trouvé une moyenne non pondérée de 0,80 tC/tC pour le bois de sciage et de 0,81 tC/tC pour les panneaux. Concernant la substitution des énergies fossiles par la bioénergie, nous avons analysé plusieurs cas de figure selon les différents produits bioénergétiques, l’efficacité de conversion et le combustible fossile remplacé. Nous avons trouvé une moyenne non pondérée de 0,80 tC/tC pour la production de chaleur non résidentielle et de 0,51 tC/tC pour le transport. Ces moyennes peuvent être interprétées par type de combustible fossile remplacé : 0,91 tC/tC pour la substitution du mazout lourd, 0,69 tC/tC pour le mazout léger et 0,68 tC/tC pour le gaz naturel.

Si les facteurs de substitution présentés dans cette étude contribuent à l'élaboration de données de référence au niveau canadien, des recherches supplémentaires seront nécessaires pour mettre les résultats à l'échelle par rapport au marché. En outre, l’intégration de ces résultats dans les modèles dynamiques de suivi du carbone forestier et des produits du bois serait nécessaire pour émettre des recommandations sur le potentiel global d'atténuation du changement climatique du secteur forestier.


identifier: Amhadi, Talal  (2021). Evaluation of the structural characteristics of cement and fly ash stabilized desert sand.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
sable naturel du désert
ciment portland ordinaire
amélioration au ciment
stabilisation au ciment
cendres volantes
essais de compactage
résistance en compression
résistance structurale
développement durable

abstract:
Soil improvement or stabilization is a process of altering the physical characteristics of soils to improve their rheology, namely their shear strength characteristics. This process is beneficial when the readily available soils for road construction, is unable to withstand the projected traffic loads. Whether the improvement or stabilization focuses on the base layer or the subbase layer, or both, the bearing capacity of the whole pavement is increased, which results in meaningful technical due to added strength, economic due to reduced costs and environmental consequences because of lesser transport associated pollution.

It is well documented that Natural Desert Sand (NDS) referred to as dune sand is unfit for road construction. NDS is made up of fine and rounded particles, and therefore, it lacks the coarseness and angularity found in mechanically controlled and Crushed Fine Aggregate (CFA) that inherently creates an interlocking mesh, resulting in a stronger aggregate skeleton.

As a result, bases or subbases made of NDS do not provide adequate support for even lowvolume roads, compared to bases or subbases made of CFA. Therefore, adequate road construction material needs to be hauled, imported and even shipped over long distances in African countries like Senegal, Mali, Benin, Chad, Cote d’Ivoire, Algeria and Libya.

Ordinary Portland Cement (OPC) has however been used for many decades in small quantities to improve soils performance in compression, or in larger quantities to stabilize and increase flexural strength by increasing the rigidity of the soils.

In addition to the recourse to OPC, recourse in reasonable quantities to cheaper and readily available NDS, adjacent to the projected road alignment, saves on extracting, crushing, importing and hauling or shipping over long distances, good quality materials. This ultimately saves valuable and scarce aggregate resources which would have otherwise provided the needed coarseness and angularity.

This thesis investigates the improvement (flexible behaviour of the pavement in compression) and even the stabilization (rigid behaviour of the pavement in flexure) of NDS with OPC and with a combination of OPC-fly ash (FA), for bases and subbases of low-volume roads crossing desert land and subject to overloaded trucks. By increasing the base and subbase strength with these cementitious binders, the thickness of the asphalt concrete (AC), base and subbase layers can be substantially reduced. This is due to the stiffer support, resulting in lower tensile strain at the bottom of the AC layer, and lower compression strain at the top of the subbase and the subgrade, thereby reducing the effect on the native soil, the result of which is an increased structural life of the pavement and a reduced environmental life cycle cost.

The value of also improving or stabilizing the subbase, to increase the structural life is equally investigated in this thesis, in order to promote more sustainable roads.

To assess the increase in structural characteristics of stabilized soils for use as base and/or subbase layers with the addition of OPC and OPC-FA, several tests were performed such as compaction, unconfined compressive strength (UCS), resistance to deformation (CBR), permeability, and triaxial tests.

These tests were adequately proportioned and repeated on different samples in order to show how to draw relevant conclusions and recommendations leading to the least cost structural design, in economic and environmental terms.

The findings for instance with Libyan dune sand (NDS) are such that changes in the physical properties of the base or subbase, significantly affect their mechanical behavior. It is found that the optimal composition depends on three factors: the ratio of NDS and CFA, the type of stabilizer (OPC and/or FA), and the water / cement ratio.

Samples were mixed with two different ratios of aggregates (50:50 CFA: NDS and 30:70 CFA: NDS). Each sample was respectively mixed with the four different percentages of OPC (0% control, 3%, 5%, and 7%) and four different percentages of FA (0% control, 3%, 5%, and 7%) for a total of 32 samples tested.

The result show that the optimal mix would be composed of 30:70 CFA: NDS for the aggregate portions, with an optimal binder content of 7% of OPC and 7 % of FA. An economic analysis is performed for various percentages of cement and combinations of cement and fly ash. It is shown that despite high binder contents, the recourse to locally available NDS results in lesser consumption of non-renewable resources, lesser extraction, crushing and transport associated energy consumption and therefore, in social and environmental benefits from reduced noise, lower pollution emission and dust due to hauling. Additional and meaningful economic benefits also stem from reduced life cycle costs to the agency and also to the users, as a result of the increased structural capacity and therefore improved pavement performance.

In summary, cement and/or fly ash stabilization, whilst increasing the pavement strength, reduces the asphalt concrete, base and subbase thicknesses and associated construction and future maintenance costs.

This is in line with sustainable development objectives of the Paris Agreements, and their world reach, which require a balance between the economic, the social and the environmental aspects, and capacity building in Southern countries based on sound engineering principles.

In a strategic perspective, this research is in line with the above stated sustainable development objectives and is a demonstration on how to practice sustainable engineering in today’s civil engineering design in areas where good construction materials are scarce, a harsh reality in Northern Africa (Sahara) whereby the approach is validated, but also, albeit to a lesser extent, in Sub-Saharan Africa (SSA).

In an empirical and practical perspective, this research provides a methodology to use poor material to build sustainable roads by substantially reducing hauling over long distances and saving scarce and good quality materials. In fact, it is not so much the proportions found hereafter that are important but the methodology by which these findings are obtained. It is therefore hoped that this methodology is conducted as part of the preliminary design of projects of magnitude in areas suffering from scarce materials, as is too common in Africa.

Another contribution of this thesis is to highlight the cost-effectiveness of desert sand improvement or stabilization, by reducing the amount of new and imported material and optimizing the thickness of the asphalt concrete course.


identifier: Alam, Miah  (2021). Evaluation of earth pressure and performance of shoring systems for Québec sensitive clay: experimental and numerical study.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: étayage de tranchées et d’excavation

subject: codes et directives d’excavation

subject: pression du sol sur la structure flexible

subject: cellule de pression totale

subject: PLAXIS-3D

subject: méthode des éléments finis

subject: argile molle et sensible

subject: modélisation des sols et des structures

subject: caissons de tranchées en acier et aluminium

abstract:
Cave-ins are very frequent in the construction industry and present a very serious risk for workers who operate inside trenches or excavations. Studies show that excavations or trenches in Quebec sensitive clay soils are extremely hazardous due to possible severe and sudden loss of soil shear strength. Flexible and semi-flexible supporting structures are used as temporary supports for the vertical sides of excavations. The earth pressure distribution depends on the type of soil, the shoring, and the method of implementation. Generally, no satisfactory consensual theoretical solutions are available to estimate soil pressure for this type of supporting structure with partitions facing land pressures in sensitive clay. Many researchers have suggested theoretical solutions to estimate the earth pressure on a flexible temporary support. A research gap has been observed for trench box shoring at shallow depths of less than 6 m and for soil-structure interactions (SSI). Therefore, the interaction between the soil mass and the support, flexibility in the development of lateral loads, and the movement of structural elements need to be studied for a trench box shoring. This research study focused on the evaluation of earth pressure on retaining structural systems. An Experimental, numerical, and parametric study was carried out to investigate the soil pressure on a temporary flexible trench box shoring in sensitive clay taking into account SSI.

In the experimental field test procedures, two trench boxes ‘stacked upon each other’ in conformity with United-States OSHA regulations and placed inside the trench to cover a total depth of excavation of 6 m. Earth pressure was mentioned using total pressure cells (TPC). The field test results were presented in terms of soil pressure distribution along with the depth of excavation with and without a 45 kPa surface surcharge load applied next to the edge of one side of the trench.

The Finite-Element (FE) numerical study using PLAXIS-3D (SSI- software) was carried out to reproduce and validate the full-scale experimental in-situ test and investigated the earth pressure on a flexible temporary trench box shield in soft and sensitive clay soil. The excavation trench model was considered as nonlinear and anisotropic clay. Both Mohr- Coulomb (MC) and hardening soil (HS) constitutive soil models were considered for FEanalysis. Different values of the soil-modulus reduction factor (MRF) and of the coefficient of earth pressure at rest (K0) were considered to validate the model.

Also, two parametric finite element studies have been carried out using the same computer software to meet the two following specific objectives: (i) to evaluate the effective soil pressure on the steel trench box shield for Till, Dry, Wet and Loose sand and sensitive clay soil; (ii) to assess the effects of the trench box material type (Steel and Aluminum) and geometry on the earth pressure.

Furthermore, an additional field experimental case study was carried out to investigate the soil pressure on a trench by vertical aluminum hydraulic shoring with plywood sheeting in soft and sensitive clay trench. The installation, instrumentation, and field test procedures are presented for this type of vertical aluminum hydraulic shoring with plywood sheeting (so-called Speed shore) in conformity with United-States OSHA guidelines and placed inside the trench to cover the total 2.4 m (8 ft.) depth of excavation. Earth pressure was monitored using total pressure cells (TPC). The field test results are presented in terms of soil pressure distribution along the depth of excavation with and without a 30 kPa surface surcharge load next to the edge of one side of the trench.

 The results obtained reveal the potential use of an existing trench excavation and shoring system for different types of soil and validate its performance with theoretical and experimental results reported in the literature. They also allowed to develop a decision making-guideline that will allow the selection of a shoring system given the Quebec soil classes. This guideline is a very useful tool for practicing engineers in the field.


identifier: Mouawad, Mostafa  (2021). RRH-Sector selection and load balancing based on MDP and dynamic RRH-Sector-BBU mapping in C-RAN.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseau radio d'accès infonuagique
équilibrage de charge
processus de décision de Markov
QoS

abstract: The ever-rising level of traffic in wireless networks is forcing operators to improve significantly their network infrastructure. However, the expected expenditure for building, operating and updating the Radio Access Network (RAN) imposes a challenge since the Average Revenue per User (ARPU) is almost constant or declining slowly. Consequently, mobile operators need to search for solutions that can provide a balance between reaching a satisfactory level of service to customers and costs to optimize the profit and growth. Cloud radio access network (C-RAN) is a novel architecture that supports the tremendous increase in mobile network traffic. Despite the gains that C-RAN offers, a time-varying traffic environment can cause load imbalances, resulting in inefficient resource utilization. Consequently, the network performance can degrade in terms of the blocked users, the number of unnecessary handovers, and the power consumption. This thesis presents an RRH-Sector pair selection for new connections and network load-balancing framework that optimizes the Quality of Service (QoS) and operator reward in C-RAN. In the first part of the framework, we propose a novel RRH-Sector selection algorithm that selects the best RRH-Sector pair for each new connection demand by considering the user and operator objectives. This decision is based on an algorithm derived from the Markov decision process (MDP) with the objective of maximizing the integrated operator-user utility. In the second part of the framework, the loadbalancing problem is addressed via optimization of the RRH-Sector-BBU dynamic mapping formulated as a linear integer-based constrained optimization problem. We compare solutions for this problem obtained by several evolutionary algorithms such as: Bee colony (BCO), Cuckoo search (CUCO), Genetic algorithms (GA), and Particle swarm (PSO). Finally, we evaluate the proposed solutions using extensive simulations. The results show that the proposed RRH-Sector selection scheme provides significant gains in terms of the operator reward and the connection blocking probability when compared to the received signal strength (RSS) method. Furthermore, the evolutionary algorithms are compared with the exhaustive search method that gives the RRH-Sector-BBU optimal mapping. The results show that, in most of the considered scenarios, the proposed algorithms reach the optimal solutions in terms of the number of blocked users, number of handovers, and BBU power consumption. Therefore, the proposed framework enhances the QoS and optimizes the network performance that balances the load across the network.


identifier: Suret, Pierre-Antoine  (2021). Évaluation de la qualité des documents d’appel d’offres des projets pilotes de construction au Québec.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
addenda
retards de paiement
qualité de documents d’appel d’offre
organismes publics

abstract: L’objectif de cette recherche est de déterminer si les projets pilotes contre les retards de paiements (projets dont les modalités de paiements sont imposées par le gouvernement) dans la construction au Québec ont une meilleure qualité de documents d’appel d’offre que des projets dits « traditionnels ». Les domaines abordés sont le processus de construction au Québec, la qualité dans la construction, les conflits (et plus spécifiquement les retards de paiements) et les projets pilotes du gouvernement québécois. Le but est de comparer certains de ces projets pilotes à des projets similaires mais ne faisant pas partie de ce programme, dits de contrôle, et d’analyser leurs addenda (changements apportés aux documents lors du processus d’appel d’offre) qui sont la principale source de donnée. On recueille leur nombre, leur catégorie et leur date d’émission. On peut alors analyser ces données, en classant les projets selon leur envergure, structure et autres catégories pertinentes. Cette analyse a permis de déterminer que les projets pilotes présentent moins d’addenda que les projets de contrôle, qu’ils ont une période de conception plus longue pour une période de construction identique et que la part de budget allouée aux professionnels de la construction (c’est-à-dire architectes et ingénieurs) était plus élevée. Ces données ont été vérifiées à l’aide d’un questionnaire auquel des entrepreneurs de projets pilotes et de contrôle ont répondu via des entretiens téléphoniques. Enfin des entrevues avec les donneurs d’ouvrages du programme pilote a permis d’affirmer que les documents d’appel d’offre sont de meilleure qualité, mais que cela peut être attribué à une présélection de projets de qualité meilleure par ces organismes publics. Cela a aussi permis de montrer que le système de calendrier de paiement, propre aux projets pilotes est efficace mais que le système d’intervenants- experts en cas de différend ne l’est pas.


identifier: Cyr-Desroches, Marc-Olivier  (2021). Développement d’une oreille artificielle simplifiée et réaliste pour quantifier l’effet d’occlusion objectif.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
effet d’occlusion
oreille artificielle
bouchon
modèle éléments finis
oreille externe

abstract:
Au Québec, environ 360 000 travailleurs sont exposés quotidiennement à des niveaux de bruits susceptibles d’endommager leur santé auditive. L’utilisation de bouchons d’oreilles est parfois la seule solution envisageable pour réduire l’exposition du travailleur à ces bruits dangereux. Cependant, leur utilisation est associée à de multiples inconforts qui réduisent la qualité et le temps de port, les rendant ainsi inefficaces. Ce travail de maîtrise s’intéresse principalement à l’effet d’occlusion, un inconfort acoustique lié à la perception accrue des sons internes (comme sa propre voix) lorsque les oreilles sont occluses.

Ce mémoire a pour but d’améliorer les outils de simulation et de mesure de l’effet d’occlusion objectif, un indicateur généralement associé à l’inconfort acoustique vécu. L’indicateur objectif de l’effet d’occlusion, appelé « effet d’occlusion » (OE pour « occlusion effect » en anglais), est donc défini comme la différence de niveaux de pression acoustique en un point donné du conduit auditif entre le conduit occlus et ouvert. Effectivement, les oreilles artificielles existantes ne permettent pas de reproduire les principaux effets de l’OE observés sur des groupes de participants (ex., effet du type de bouchon et de la profondeur d’insertion) et les modèles utilisés pour concevoir ces oreilles n’ont pas encore pu être validés. Le développement de ce type d’outil est primordial pour pouvoir concevoir des bouchons d’oreilles plus confortables.

Ce travail de maîtrise vise donc à développer un prototype d’oreille artificielle (POA) simplifiée et réaliste dédié à la quantification objective de l’effet d’occlusion. Ce POA doit être simple au niveau sa géométrie et de son anatomie, mais suffisamment réaliste pour pouvoir bien reproduire le champ de vibration sur les parois du conduit. Le POA consiste en un conduit cylindrique à section constante intégré dans une matrice parallélépipédique reproduisant les tissus environnants du conduit auditif et est excité perpendiculairement au conduit directement sur les tissus mous à l’aide d’un banc de test dédié à la caractérisation de matériaux acoustiques (banc QMA).

Le POA est dans un premier temps conçu à l’aide d’outils numériques préliminaires. Il est ensuite fabriqué et évalué expérimentalement par rapport aux données de la littérature. L’évaluation du prototype d’oreille a permis de déterminer que les principaux effets connus observés sur l’OE (c.-à-d., type du bouchon et profondeur d’insertion) sont correctement reproduits pour un bouchon de mousse, mais moins pour un bouchon plus rigide en silicone. Une phase de validation est ensuite réalisée. Dans le cas d’un dispositif d’occlusion simple réalisé à l’entrée du conduit, les simulations de l’OE sont assez proches des mesures effectuées sur le POA fabriqué, et ce principalement quand les tissus mous sont modélisés comme un solide viscoélastique quasi incompressible. Pour les dispositifs d’occlusion de type bouchon (mousse et silicone), la comparaison mesure/calcul est moins satisfaisante. Plusieurs facteurs pourraient expliquer ces différences dont : les propriétés mécaniques des bouchons et le contact entre la peau et le bouchon qui sont mal connus et mal modélisés.

Ce prototype d’oreille artificielle permet de faire un pas en avant vers le développement d’outils dédiés à l’amélioration du confort (et donc de l’efficacité) des bouchons d’oreilles, réduisant ainsi les risques de surdité des travailleurs.


identifier: Kuegoua Takengny, Armel Leonel  (2021). Commande optimale stochastique des systèmes manufacturiers en boucle fermée sous contrôle des émissions de gaz à effet de serre (GES).  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
systèmes manufacturiers
commande optimale stochastique
planification de la production
détérioration
maintenance
boucle fermée
émissions de GES

abstract:
Au fil des ans, les investissements des organismes gouvernementaux et non-gouvernementaux sont beaucoup tournés vers les solutions des menaces que posent les changements climatiques à l’échelle mondiale. Dans l’exemple des pays de l’Amérique du nord, le modèle d’échange de droits d’émission du programme Western Climate Iniative (WCI) permet d’agir pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). De plus, pour une consommation responsable de nos ressources naturelles, le concept de l’économie circulaire attire beaucoup d’attention pour répondre à ses préoccupations environnementales. Au Canada, à travers les grandes orientations de la stratégie fédérale de développement durable, son déploiement est de plus en plus croissant, en particulier dans le secteur manufacturier par le biais de la logistique inverse.

Afin de préserver notre environnement, les gestionnaires d’industries manufacturières doivent s’approprier de ces challenges environnementaux dans leur pratique de production sans toutefois perdre de vue l’aspect économique. C’est dans ce cadre, que s’inscrit le travail de ce mémoire visant l’intégration du contrôle des émissions de GES et de la logistique inverse dans la commande des systèmes manufacturiers dans un contexte dynamique stochastique. Les systèmes manufacturiers étudiés sont sujets aux phénomènes aléatoires tels que les pannes et réparations des machines et génèrent les émissions de GES nocives à l’environnement. Le problème de commande devient très complexe avec la prise en compte de tous ces aspects. Les contributions de ce mémoire sont présentées en trois parties.

Dans la première partie, nous considérons que le système manufacturier est constitué d’une machine fabriquant un seul type de produits et supposons que son taux de panne et index d’émission sont constants. L’étude est d’élaborer la politique de commande rétroactive de production incluant le niveau d’émissions dans la prise de décision afin de minimiser le coût total. En plus des coûts de mise en inventaire de produits finis, de pénurie dans le coût total, nous avons aussi pris en compte le coût des émissions excédant la limite maximale imposée par les autorités compétentes. Cependant, en pratique industrielle le système se détériore, alors affecte sa fiabilité et son taux d’émission. Les réparations effectuées suite à la survenue de pannes étant minimes, l’envoi en maintenance préventive est donc nécessaire.

La deuxième partie nous permet d’intégrer dans la première la dégradation progressive du système manufacturier durant son fonctionnement affectant sa fiabilité et son taux d’émission. Nous supposons que le taux de panne et l’index d’émission dépendent de l’âge de la machine. En raison des réparations minimes et l’effet de vieillissement, il est intéressant d’appliquer l’activité de maintenance préventive. Les politiques de commande rétroactives (production et maintenance préventive) sont élaborées dans cette partie afin de minimiser le coût total. En plus des coûts de mise en inventaire de produits finis, de pénurie, le coût des émissions excédant la limite maximale imposée par les autorités compétentes dans le coût total, nous avons intégré le coût de maintenance corrective et préventive.

La dernière partie fait l’objet de l’étude du problème de planification de la production en contexte de logistique inverse sous contrôle de ses émissions de GES. Les politiques de commande rétroactives de production pour un système manufacturier hybride manufacturing/ remanufacturing en boucle fermée sont élaborées afin de minimiser le coût total. La machine de manufacturing produisant à partir de la matière première et celle de remanufacturing permettant la remise à neuf des produits usagés récupérés sur le marché, nous avons intégré dans le coût total, le coût de manufacturing et remanufacturing.

Dans ce travail, nous avons utilisé pour la modélisation, d’une part les processus markoviens homogènes et d’autre part, semi-markoviens non homogènes où la dynamique de la machine était affectée par son historique. Une résolution numérique des conditions d’optimum, décrites par les équations d’Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB), a conduit à la solution du problème étudié. Pour valider la structure de nos politiques de commande obtenues, une analyse de sensibilité a été faite. Nous avons poursuivi par une étude comparative afin de montrer l’avantage des politiques proposées à celles de la littérature. Enfin, le travail s’achève par une implication managériale pour faciliter la mise en oeuvre des résultats obtenus.

Ce mémoire démontre l’importance et la possibilité d’intégrer ces exigences environnementales en matière de réductions des émissions de GES et la valorisation des produits usagés dans la commande des systèmes manufacturiers afin de préserver notre environnement. Sous des hypothèses raisonnables, les résultats obtenus peuvent être bénéficiés à une pluralité de domaines industriels tels que les lignes d’assemblage d’automobiles, de véhicules ferroviaires et des aéronefs, les usines de fabrication de machinerie de construction, d’équipements de manutention et d’extraction minière.


identifier: Le Floc'h, Arnaud  (2021). Étude expérimentale d’une famille de bulbes de décollement turbulents.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
bulbe de décollement turbulent
mesures PIV
S-POD
règles de rapport d’échelle
mécanisme de respiration

abstract:
L’analyse comparative des mesures en pression et en vitesse de trois géométries similaires mais de tailles différentes de bulbes de décollement turbulents induits par gradient de pression sur une plaque plane à Reo= 5 000 a été menée dans le cadre d’un montage expérimental dans une soufflerie à couche limite. Les topologies de chacun des bulbes, grand massivement décollé, moyen faiblement décollé et petit sans recirculation moyenne ont été comparées aux principaux cas de la littérature. Le bulbe moyen a de plus fait l’objet d’une campagne de mesures PIV dans l’axe transverse afin de déterminer la nature 2D de l’écoulement.

Le comportement instationnaire associé au bulbe de décollement est double : d’abord, un mouvement convectif de lâcher tourbillonnaire à moyenne fréquence fait consensus dans la littérature en dynamique des fluides, tant en expérimental que dans les simulations numériques, pour relier ce phénomène aux instabilités de type Kelvin-Helmholtz qui s’observent typiquement dans le cas d’une couche de mélange plane. La thèse porte surtout sur une seconde instationnarité basse fréquence qui est associée à des cycles d’expansion et de contraction du bulbe qui provoquent une variation significative de la zone de recirculation instantanée et une oscillation marquée des points de décollement et de recollement, analogue à une respiration. L’origine reste à ce jour mal comprise, et le sens physique à donner à un tel phénomène est encore débattu, au vu de la grande disparité des résultats expérimentaux et numériques qui sont à réconcilier.

Des informations importantes sur la physique de l’écoulement ont été obtenues, au premier rang desquelles le phénomène de la respiration se caractérise comme étant un problème spatio-temporel qui traduit l’amplification de très larges structures (VLSM), inactives selon le paradigme de Townsend, et qui sont déjà présentes dans la couche limite amont à gradient de pression nul (ZPG). La signature par quadrants des mouvements aux grandes échelles des couches limites ZPG est la même que celle de la respiration pour un bulbe de décollement avec des cycles de balayage (Q4inactif) et d’éjection (Q2inactif ), qui sont responsables du mouvement de contraction et d’expansion du bulbe, respectivement. La respiration se présente de fait comme un cycle de bursting ZPG ayant été amplifié, ce dont s’occupe le gradient de pression adverse qui contribue alors fortement au mouvement actif avec la composante verticale de vitesse et fabrique des tourbillons quasi-longitudinaux plus grands. L’effet dual des parties active (APG) et inactive (respiration) se superpose dans la production du premier pic de la distribution longitudinale de la pression fluctuante cp. L’analyse des règles de rapport d’échelle des fluctuations de pression avec les contraintes de Reynolds ont révélé une contribution de la basse fréquence qu’il est important de prendre en compte.

D’un point de vue structurel, les cycles de régénération des grappes tourbillonnaires actives (LSM) qui engendrent un large streak inactif (VLSM), qui se met à osciller puis se brise avant de reformer un nouveau LSM constituent l’image la plus probable de la respiration et s’inscrit dans le modèle du tourbillon attaché de Townsend. Selon que la partie inactive des grandes échelles en ZPG sera suffisamment développée ou non, on classifie dans trois groupes possibles la manifestation de la basse-fréquence respectivement sur les oscillations du décollement et du recollement : (1) mobile-mobile, (2) fixe-mobile et (3) fixe-fixe. Afin de pouvoir reproduire la respiration, la partie inactive doit donc être prise en compte correctement. Enfin, l’activité des structures cohérentes liées à l’instabilité de Kelvin-Helmholtz suggère que la respiration et le lâcher tourbillonnaire n’ont pas une origine commune, mais qu’il existe plutôt une modulation de l’activité tourbillonnaire causée par la basse-fréquence qui se fait ressentir de manière globale sur toute la zone décollée.


identifier: Rajabi, Siamak  (2021). IoT-based real-time wind data prediction for safety monitoring and alerting on construction sites.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
sécurité de la construction
vitesse du vent
appareils mobiles et portables
équipement de protection individuelle
IoT

abstract:
Smart wearable devices are being increasingly used due to their potential to provide a safer working environment for construction workers. Hence, various studies have been conducted to investigate the application of smart wearables to increase the safety of construction sites in terms of human-workplace interactions, as well as monitoring and risk assessment.

Among several hazards affecting workers’ safety at work, falling from a height causes the most number of injuries and fatalities. Additionally, more than half of the falls are caused by environmental factors such as snow, ice, extreme cold, and powerful winds. Furthermore, due to continuous climate change, the frequency and intensity of these environmental factors have increased in recent years. High-speed winds are one of the most impactful weather conditions on construction sites and one of the main reasons for incidents and accidents.

Traditionally, to monitor high wind speed at the construction site, specific online weather service sites, or in some cases, the weather station located at the construction site are used. However, the traditional wind monitoring methods are not adequate and accurate. The first reason is the fact that real wind speed varies on different locations of the construction site due to the physical shape of the site and does not correspond to the reported wind speed on the websites. The second reason is the lack of real-time monitoring of wind data.

In this research, a novel solution to predict real-time wind speed and direction based on IoT sensors mounted on workers’ hardhats and a supervised machine learning algorithm is proposed. The proposed solution corresponds to reducing the existing wind-related risks at construction sites. The main components of the solution are a hardhat equipped with hot-wire sensors and software component that predicts the wind speed and direction using a machine learning algorithm and provides alerts. To create a dataset for wind prediction, a wind tunnel equipped with an anemometer, a rotational platform to provide various wind exposures are used. The gathered data is used to build a regression models for the proposed supervised machine learning algorithm. The accuracy and precision of the prediction algorithm are compared to the data collected by the reference anemometer. The results suggest that the wind’s speed and direction can be predicted with high accuracy in real-time by the proposed solution.


identifier: Arazm, Saeed  (2021). Development, modulation, and voltage balancing of multi-level converters and modular multilevel converters (MMCs).  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
équilibrage de tension
convertisseur multiniveau
convertisseur multiniveau modulaire
ZPUC-CMM
Y-PUC
modulation
apprentissage profond
MLI-DP
MLI-DN

abstract: Multilevel converter (MLC) topologies with lower components counts along with higher power quality are still a major concern for industrial applications. Although in recent years, many MLCs have been proposed in the research area to increase the voltage levels, isolated DC sources and number of switching devices are the limiting factors for their applications in industries. Isolated DC sources not only, increase the weight, volume, and cost of the inverters due to the phase-shift transformer, but also, increase the power losses because of the rectifiers. Modular multilevel converters (MMCs) are the solution to replace the isolated DC source with a single DC source; however, multitudes of semiconductor devices must be utilized in the conventional and popular HB-MMCs to generate a given voltage level. DC fault current handling, voltage balancing in flying capacitors, and circulating currents are controversial issues for MMCs applications. In the first part of this thesis, a single DC source reduced components counts topology of the multilevel converter is proposed for single-phase and threephase systems. This unipolar topology called Z-Packed U-Cell (ZPUC) is used as a submodule of MMC (ZPUC-MMC) to increase the voltage levels over its counterparts. Voltage balancing integrated with phase-shift pulse width modulation (PS-PWM) is implemented on this converter to regulate the voltages of the capacitors. Higher voltage levels waveform generation with a lower total harmonic distortion (THD) makes this converter an appropriate alternative for high power and medium voltage applications such as motor drives. In the second part of this thesis, a deep-learning-based voltage balancing integrated with hybrid level-shift pulse width modulation (LS-PWM) and PS-PWM with a single reference voltage is implemented on ZPUC-MMC to increase the voltage levels. Simulation results in steady states are employed to train the deep-learning voltage balancer and it is implemented on ZPUC-MMC in the lab on both steady and transient states. In the final part of this thesis, PUC topology is developed as a single DC source three-phase Y-PUC converter. PUC converter requires three isolated DC sources for a three-phase system which limits its application. Y-PUC topology that is a modular multilevel converter (PUC-MMC) with PUC submodule is proposed to address this problem. Modular Y-PUC can be used in HVDC applications due that PUC is a bipolar converter, and it is capable to block DC fault current. Voltage balancing integrated with modulation technique is implemented in Y-PUC to illustrates the performance of the proposed converter in steady and transient states.


identifier: Kaymanesh, Amirabbas  (2021). Modeling, control, and implementation of compact multilevel converters for power quality applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
ressort électrique
STATCOM
convertisseur multiniveaux
MPUC5-ES
MPUC7- STATCOM
PEC-ES2
MPUC7-ES1
qualité de l'énergie
contrôle prédictif
RNA

abstract:
To ensure access to affordable, reliable, and modern energy for all, increasing the penetration of renewable energies into the electricity grid is of great importance. Consequently, power quality-related challenges should be considered prudently. Therefore, the focal goal of this thesis is to develop various high-power-density multilevel converter topologies and the required controllers for improving the power quality of electrical systems efficiently and reliably.

First, a seven-level modified packed U-cell (MPUC7) based static synchronous compensator (MPUC7-STATCOM) with an autotuned finite control-set model predictive control (AFCSMPC) is introduced. In comparison with a seven-level cascaded H-bridge (CHB) based STATCOM not only, the proposed configuration has exceptionally reduced active/passive component count, but also MPUC7-STATCOM designed AFCS-MPC control method complexity is attenuated meaningfully. Boost-mode operation and low voltage rating of the components can be also mentioned as the merits of the MPUC7-STATCOM. Moreover, the weighting factors of the proposed AFCS-MPC are tunable automatically and effectively in real-time.

Second, a novel configuration of electric spring based on the modified five-level packed u-cell (MPUC5) inverter for mitigating harmonics and voltage fluctuations at various points of a grid with unstable generated power from distributed renewable energy sources is introduced. Moreover, operation principles, design procedure, and configuration of the MPUC5-based electric spring (MPUC5-ES) are presented. A simple and yet efficient controller without any extra control loop for regulating DC bus voltages has been also designed and applied to MPUC5-ES.

Third, a high-power-density multilevel capacitor-based electric spring (ES-1) configuration with boost-mode operation based on a seven-level modified packed U-cell converter (MPUC7- ES1) is presented. A novel control strategy based on finite control-set model predictive current control (FCS-MPCC) is also proposed for MPUC7-ES1 application. This algorithm is designed to predict the system behavior for all the conceivable switching vectors based on the discrete models of MPUC7-ES1 that is developed for the first time. Comparing to the conventional ES- 1 linear control methods, the proposed strategy has key merits including considering the dynamic models of ES-1 converter, not requiring a modulator, and lower switching frequency.

Fourth, aiming at delivering power to sensitive loads with an enhanced level of reliability and quality, a compact multilevel battery-based electric spring (ES-2) topology, founded on the Packed E-Cell (PEC) inverter, and its respective artificial neural network (ANN) based control strategy are introduced. From the reliability point of view, the PEC-based ES-2 (PEC-ES2) has the capability of instant nine to five-level operation under its bidirectional switch faulty condition. Regarding the power quality, in comparison with the half or full-bridge ES-2 topologies, PEC-ES2 has halved voltage rating switches, lower harmonic content in its output current and voltage, considerably lower switching frequency, higher power applications, etc. The proposed intelligent ANN-based controller can also tune and stabilize both the grid voltage and responsive load setup power factor independently and instantly with improved dynamic performance.

Steady-state and dynamic operations of the introduced compact multilevel electric spring and STATCOM topologies and the proposed control techniques are also illustrated through extensive simulation and experimental results.


identifier: Messa Sokoudjo, Virginie Raissa  (2021). Barrières à l’utilisation de la préfabrication modulaire volumétrique de bois au Québec : étude de cas du passage d’un système préfabriqué unifamilial au multifamilial.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
construction modulaire volumétrique
ossature légère en bois
building information modeling
barrières
construction multilogement
gestion de projets
gestion des informations

abstract:
La préfabrication aussi appelée construction hors site ou off site construction est envisagée pour augmenter la productivité stagnante du secteur de la construction. La construction hors site applique les méthodes utilisées dans l’industrie manufacturière pour produire en usine des parties d’ouvrages pour leur installation sur le chantier. Selon la littérature, par l’utilisation de la construction hors site, il serait possible de réduire la durée des projets, d’assurer une constante qualité, ainsi que d’améliorer l’environnement de travail et la sécurité des travailleurs.

Au Québec, dans le domaine de la construction hors site à ossature légère en bois, les fabricants ont développé des produits et systèmes préfabriqués qui sont employés majoritairement dans la construction résidentielle unifamiliale ou multilogement de basse densité, alors qu’ils pourraient être utilisés pour la construction résidentielle à plus haute densité ou d’immeubles d’une hauteur n’excédant pas six étages. Nous nous proposons dans ce travail de comprendre les causes de la faible utilisation de ces systèmes préfabriqués en ossature légère modulaire volumétrique de bois dans la construction multilogement.

La méthodologie de recherche s’appuie sur une étude de cas d’un projet de construction multilogement conçu avec des composants modulaires volumétriques à ossature légère en bois et envisageant l’utilisation du Building Information Modeling (BIM) pour la coordination du projet. La conception de ce projet n’a pas abouti à sa réalisation. Des entretiens semi-dirigés avec l’équipe de conception, nous ont permis d’identifier des enjeux tels que de la communication insuffisante entre les parties prenantes et des erreurs lors de l’estimation du coût du projet comme causes de cet échec. D’autres enjeux s’ajoutent pour expliquer pourquoi ce projet n’a pas été réalisé, notamment le manque d’expérience des acteurs avec l’utilisation de cette catégorie de construction hors-site, et l’utilisation limitée du BIM. Un déploiement adéquat de cette technologie aurait ouvert la voie à une meilleure gestion des informations, ce qui aurait amélioré la collaboration et aurait contribué à la réussite du projet.

Connaissant ces enjeux, les acteurs qui entreprendront des projets similaires auront une meilleure connaissance des barrières lors de l’utilisation de la préfabrication multilogement à ossature légère en bois, pourront identifier les risques d’échec de leurs projets et les mitiger avant que ça soit trop tard. Nous proposons dans ce rapport une série d’actions à mener et d’informations à disposer à chaque étape de la conception de projets préfabriqués à ossature légère en bois pour contourner les barrières précédemment évoquées.


identifier: Meimandi, Shilan  (2021). Characterization of shrinkage porosity and fatigue properties of cast CA-6NM low carbon martensitic stainless steels.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
turbine hydraulique
macroretassures
acier inoxydable martensitique moulé
caractérisation
coupe transversale (tranche de salami)
fractographie
tomographie à rayons X
fatigue

abstract:
Cast CA-6NM low carbon martensitic stainless steel is used for hydraulic turbine runner manufacturing since the sixties of the last century owing to its high strength, toughness, cavitation-erosion resistance and corrosion to withstand high cycle loads in long lifetime operation. The ideal microstructure consists of a martensitic matrix with some dispersed austenite after appropriate tempering which gives these steels their unique properties. However, these castings contain several types of defects which may have detrimental effects on the performance of the produced parts. Several aspects of the casting defect characterization in these steels have not been extensively studied in particular. The main objectives of this investigation include the characterization of the casting defects described in the following three sections.

In the first article, the relation between radiography mapping and actual macro-defect morphologies in several severity levels was studied destructively using the “Salami” crosssectioning to document the real shape and morphology of defects. Results of these experiments represented defects as macro-shrinkage porosities with extremely sharp endings. The distribution of porosity size was measured via Murakami’s geometrical parameter (V aera) and Feret’s diameter. Higher severity levels of macro-shrinkage porosities demonstrated defects with sharper endings and larger Murakami’s parameter. Metallographic characterization of cast microstructure was also performed to study both chemical composition and microstructure around macro-defects.

In the second part, uniaxial tension-tension low cycle fatigue testing (LCF) was conducted on the cast CA-6NM fatigue samples. The impact of defects position and sizing parameter (i.e., Murakami’s geometrical parameter (V area) on the fatigue life was studied. To this end, a two-dimensional (2D) SEM fractographic examination was performed on the fracture surfaces. The fatigue life generally diminished when the defect size increased. However, the position of the defect was also of critical importance. Moreover, the evolution of the shrinkage porosities during fatigue crack propagation and variation of geometrical factor Y(a) (considering linear elastic fracture mechanics (LEFM)) were investigated.

In the third part, non-destructive three-dimensional (3D) X-ray tomographic evaluation was performed before (i.e., pristine sample) and after (i.e., broken sample) fatigue failure. The results were compared with the two-dimensional (2D) fractographic observations. The 3D analysis provided the distribution of shrinkage porosities precisely and thoroughly. The defects possessed a tortuous and intricate morphology. Results after fatigue testing displayed that the position of shrinkage porosity was more effective than the size in initiating the fatigue crack.


identifier: Amirkhan, Fatemeh  (2021). Development of novel metrology methods for time domain THz spectroscopy systems.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
détection THz
TDS THz
modulateur THz
film mince
imagerie proche par THz
métamatériau
différenciateur THz
spectromètre dérivé THz

abstract:
The terahertz (THz) time-domain spectroscopy (TDS) system is a powerful tool because it uses the properties of THz waves in a unique way for spectroscopy and imaging technologies in a wide variety of applications, such as materials science, engineering, medicine, and chemistry. The THz frequency range lies between the microwave and infrared bands in the electromagnetic (EM) spectrum (i.e., between 0.1 THz and 10 THz), which connects the electronic part of the spectrum with the photonics part. Compared to infrared frequencies, THz frequencies can penetrate non-metallic and non-polar materials with low enough energy, which is insufficient to ionize atoms or molecules. In addition, the THz-TDS system can be used to measure not only the intensity of a spectral pulse, but also the associated transient electric field, providing a unique measurement method to easily calculate the amplitude and phase of a pulse from the measured THz electric field.

Over the past 30 years, the performance of THz sensing systems has been improved significantly. However, to move THz spectroscopy and imaging from a laboratory-scale technique to a versatile tool with many practical applications, technical developments are still needed in sources and detectors. Therefore, many scientists are currently working on improving THz sources and detectors with enhanced characteristics, which usually involves using new materials, methods, and techniques to improve these technologies. This essential requirement motivates the subject of my thesis: to develop new methods to improve the detection sensitivity of the THz system.

This work aims to contribute to the development and advancement of knowledge in the field of THz sensing technology. In particular, it focuses on THz detection in the THz-TDS system. To do so, a review of the literature is first presented. It covers the properties of the THz frequency and the THz-TDS system, their generation and detection, and their applications.

Following the literature review, I present a new method for characterizing thin-film electro-optical materials using a metamaterial (i.e., a split-ring resonator (SRR)) and intense THz near-field microscopy. The method is based on the simulation and analytical study of the near-field imaging resolution of the electric and magnetic field distributions of the SRR, which is designed for the THz frequency range. The main advantage of this method is that one can use a non-contact electrode (i.e., the SRR) in the experiment to characterize an unknown thin-film material and then compare the results with the simulation results provided in my approach.

I then present a simple technique by testing a new device in the THz-TDS system that provides a time-derived THz wave. This device is a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer array (PMUT) that differentiates a THz pulse by performing time variations (on the femtosecond scale) in the THz beam path. The modulated THz signal detected after the piezoelectric device is proportional to the first-order derivative of the THz pulse. This presentation is coupled with the presentation of the characterization, performance of this device and its limitation as a THz modulator. This study allows understanding the principle of using this device as a THz modulator in order to increase the knowledge to choose this type of device with better performances.

Following this presentation, I tested another device with the same properties as the previous one, but with larger dimensions and motion to improve the THz wave derivation. This is a piezoelectric micromachined device (PM), which is inserted into the THz beam path. It provides a reference modulation for the lock-in detection unit, which in turn provides access up to the fourth-order of derived information of the incoming THz signal. It should be noted that the integration of the recorded derivative signal leads to a recovered reference signal with an equivalent or even better signal-to-noise ratio (SNR), opening the door to a new type of highly sensitive THz measurement in the time domain.

Finally, there is a conclusion to the work provided in this thesis. It discusses potential future developments of this PhD project.