identifier: Benboujja, F. (2016). Système d'endoscopie basé sur la tomographie par cohérence optique dédié à l'étude des cordes vocales pédiatriques et des pathologies associées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le larynx est responsable de la phonation, et son bon fonctionnement est essentiel pour assurer une respiration et une déglutition adéquates. Le développement de cette structure anatomique engendre une série de changement physiologique et morphologique. Au courant de sa vie, de 1 à 9% de la population sera affectée par une pathologie laryngée, dont un grand nombre affecte spécifiquement la population pédiatrique. Les enfants affectés par ces pathologies laryngées sont particulièrement susceptibles de développer des problèmes additionnels de nature médicale, académique et psychosociale. Bien que plusieurs recherches aient été effectuées pour comprendre le développement des cordes vocales et les pathologies laryngées, plusieurs questions restent encore sans réponse. Le cycle de développement de cette microstructure anatomique est incompris, principalement à cause des méthodes actuelles de dépistage qui demeurent invasives. Par conséquent, les traitements thérapeutiques ou chirurgicaux sont peu adaptés à la clientèle pédiatrique et certains résultats sont sous-optimaux. Cette problématique illustre un besoin urgent pour un système d'imagerie non invasif dédié à l'observation des cordes vocales en pédiatrie. La conception et la validation d'un outil clinique pour l'imagerie intraopératoire des cordes vocales comportent de nombreux défis. L'hypothèse principale de cette thèse repose sur la possibilité de caractériser les cordes vocales pédiatriques de façon minimalement invasive. L'innovation est en grande partie attribuée à la conception et à la réalisation d'un système d'imagerie ainsi que d'une méthode permettant l'étude systématique des zones du larynx d'où émergent les pathologies. Cette thèse vise à développer un outil et une méthode menant à une compréhension plus approfondie de la maturation de cette microstructure La tomographie par cohérence optique (ou OCT, de l'anglais « Optical Coherence Tomography») est une technologie d'imagerie laser utilisée depuis quelques années en ophtalmologie,et récemment en cardiologie. Elle permet d'obtenir des coupes transversales (en profondeur) avec une résolution de l'ordre de quelques microns. Cette technique permettrait donc d'imager les structures anatomiques des cordes vocales pédiatriques, jusqu'ici inaccessibles étant donné la nature invasive de la biopsie. Ayant identifié l'OCT comme une modalité d'imagerie optique potentielle pour l'analyse des cordes vocales et des structures avoisinantes du larynx, l'objectif est de définir et de caractériser de façon optique la microstructure des cordes vocales.  ABSTRACT: The larynx is responsible for phonation, and its proper functioning is essential to breathing and swallowing. The development of this anatomical structure creates a series of physiological and morphological changes. In one's lifetime, 1 to 9 % of the population will be affected by a laryngeal pathology, many of which specifically affecting the pediatric population. Children afflicted by laryngeal pathologies are particularly likely to develop additional medical, academic and psycho-social issues. Although several research studies have been conducted to understand the development of the vocal folds and laryngeal lesions, several questions remain unanswered. The development cycle of this anatomical microstructure is poorly understood, which is mainly due of current lack of noninvasive evaluation tools. This results in therapeutic or surgical treatments not being perfectly adapted to the pediatric clientele and some results are thus suboptimal. This issue illustrates the urgent need for non-invasive Imaging system dedicated to the observation of the vocal folds in the pediatric population. The design and validation of a clinical tool for intraoperative imaging of the vocal folds have many challenges. The main hypothesis of this thesis related to the noninvasive characterization of pediatric vocal folds. The innovation is largely attributed to the design and implementation of an imaging system and a method for the systematic study of the larynx, especially in areas from where diseases originate. This thesis aims at developing a tool and a method leading to a deeper understanding of the maturation of this icrostructure. Optical coherence tomography (OCT) is an optical imaging technology adopted in ophthalmology and recently in cardiology. It provides cross sectional (in depth) images with a resolution of a few microns. This technique allows imaging of anatomical structures of the pediatric vocal folds, without the negative consequences associated with biopsy. Having identified OCT as a potential optical imaging method for the analysis of the vocal folds and surrounding structures of the larynx, the objective is to define and characterize the microstructure of vocal folds. A validation is initially performed using an ex vivo study of different cadaveric specimens, animals and humans. These specimens were analyzed using OCT to identify elements associated with stages of maturation of the vocal folds. A systematic comparison of optical coherence tomography with histology was carried out to identify specific characteristics of each population. These encouraging results have enabled the development of an OCT system coupled to a handheld probe adapted for intraoperative imaging of the pediatric vocal folds


identifier: Khanzadi, H. (2016). Implementation of Data-Driven Applications on Two-Level Reconfigurable Hardware  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les architectures reconfigurables à large grain sont devenues un sujet important de recherche en raison de leur haut potentiel pour accélérer une large gamme d'applications. Ces architectures utilisent la nature parallèle de l'architecture matérielle pour accélérer les calculs. Les architectures reconfigurables à large grain sont en mesure de combler les lacunes existantes entre le FPGA (architecture reconfigurable à grain fin) et le processeur. Elles contrastent généralement avec les Application Specific Integrated Circuits (ASIC) en ce qui concerne la performance (moins bonnes) et la flexibilité (meilleures). La programmation d'architectures reconfigurables est un défi qui date depuis longtemps et pose plusieurs problèmes. Les programmeurs doivent être avisés des caractéristiques du matériel sur lequel ils travaillent et connaître des langages de description matériels tels que VHDL et Verilog au lieu de langages de programmation séquentielle. L'implémentation d'un algorithme sur FPGA s'avère plus difficile que de le faire sur des CPU ou des GPU. Les implémentations à base de processeurs ont déjà leur chemin de données pré synthétisé et ont besoin uniquement d'un programme pour le contrôler. Par contre, dans un FPGA, le développeur doit créer autant le chemin de données que le contrôleur. Cependant, concevoir une nouvelle architecture pour exploiter efficacement les millions de cellules logiques et les milliers de ressources arithmétiques dédiées qui sont disponibles dans une FPGA est une tâche difficile qui requiert beaucoup de temps. Seulement les spécialistes dans le design de circuits peuvent le faire. Ce projet est fondé sur un tissu de calcul générique contrôlé par les données qui a été proposé par le professeur J.P David et a déjà été implémenté par un étudiant à la maîtrise M. Allard. Cette architecture est principalement formée de trois composants: l'unité arithmétique et logique partagée (Shared Arithmetic Logic Unit –SALU-), la machine à état pour le jeton des données (Token State Machine –TSM-) et la banque de FIFO (FIFO Bank –FB-). Cette architecture est semblable aux architectures reconfigurables à large grain (Coarse-Grained Reconfigurable Architecture-CGRAs-), mais contrôlée par les données.  ABSTRACT: Coarse-grained reconfigurable computing architectures have become an important research topic because of their high potential to accelerate a wide range of applications. These architectures apply the concurrent nature of hardware architecture to accelerate computations. Substantially, coarse-grained reconfigurable computing architectures can fill up existing gaps between FPGAs and processor. They typically contrast with Application Specific Integrated Circuits (ASICs) in connection with performance and flexibility. Programming reconfigurable computing architectures is a long-standing challenge, and it is yet extremely inconvenient. Programmers must be aware of hardware features and also it is assumed that they have a good knowledge of hardware description languages such as VHDL and Verilog, instead of the sequential programming paradigm. Implementing an algorithm on FPGA is intrinsically more difficult than programming a processor or a GPU. Processor-based implementations “only” require a program to control their pre-synthesized data path, while an FPGA requires that a designer creates a new data path and a new controller for each application. Nevertheless, conceiving an architecture that best exploits the millions of logic cells and the thousands of dedicated arithmetic resources available in an FPGA is a time-consuming challenge that only talented experts in circuit design can handle. This project is founded on the generic data-driven compute fabric proposed by Prof. J.P. David and implemented by M. Allard, a previous master student. This architecture is composed of three main individual components: the Shared Arithmetic Logic Unit (SALU), the Token State Machine (TSM) and the FIFO Bank (FB). The architecture is somewhat similar to Coarse-Grained Reconfigurable Architectures (CGRAs), but it is data-driven. Indeed, in that architecture, register banks are replaced by FBs and the controllers are TSMs. The operations start as soon as the operands are available in the FIFOs that contain the operands. Data travel from FBs to FBs through the SALU, as programmed in the configuration memory of the TSMs. Final results return in FIFOs.


identifier: Djeghri, N. (2016). Stall Margin Prediction and Improvement for Mixed Flow Compressors  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les instabilités aérodynamiques dans les compresseurs sous la forme du décrochage tournant (rotating stall) et du pompage (surge) sont des phénomènes connus qui limitent l'enveloppe d'opération des turbines à gaz. Le décrochage tournant est caractérisé par la formation d'une cellule d'écoulement de vitesse déficiente qui tourne à une fraction de celle du compresseur alors que le pompage est une oscillation axisymétrique de l'écoulement à travers la turbine à gaz. Ce dernier mène à une chute soudaine de la puissance du moteur et entraîne souvent des pompages au moteur. Une marge de sécurité doit être mise entre le point d'opération et le point de pompage à la même vitesse de rotation, et est connue sous le nom de 'surge margin'. Comme le décrochage tournant dans le compresseur est souvent à l'origine du pompage dans le moteur, le surge margin est l'équivalent du"stall margin" (ou marge au décrochage tournant) lorsqu'on considère le compresseur tout seul. Vu son importance, on a besoin de pouvoir prédire le point de décrochage (tournant) durant la phase de conception du compresseur afin de pouvoir déterminer avec précision le stall margin. Il est aussi nécessaire de développer des stratégies efficaces pour retarder le point de décrochage afin d'augmenter un stall margin insuffisant sans pénaliser la performance du compresseur au point de design. Au niveau de la prédiction du décrochage tournant, la recherche récente a proposé des critères prometteurs liés à l'écoulement de jeu d'aube pour prédire pour des compresseurs axiaux le décrochage tournant de type pip initié par des perturbations à courte longueur d'onde, qui est le type le plus commun dans les compresseurs modernes. Les traitements de carter, sous la forme de fentes dans le carter au-dessus des rotors, ont été étudiés depuis plusieurs décennies comme une technologie de suppression passive du décrochage tournant. Cependant, leurs conceptions ont été empiriques et augmentent souvent le stall margin au dépend du rendement optimal du compresseur. Bien que certains travaux récents ont indiqué la possibilité d'obtenir des traitements de carter par fentes axiales qui peuvent prévenir la perte du rendement optimal dans les compresseurs axiaux, il n'existe aucune règle de conception systématique pour permettre d'optimiser l'augmentation du stall margin tout en prévenant la perte du rendement optimal.  ABSTRACT: Compressors are known to exhibit aerodynamic instabilities in the form of rotating stall and surge that limit the operational envelope of gas turbine engines. Rotating stall is characterized by the formation  of a flow cell with a velocity deficiency that rotates at part of the compressor speed while surge is an axisymmetric flow oscillation across the entire engine. The latter leads to a sudden drop in engine performance and often to engine damage. A safety margin, often referred to as "surge margin" is provided between the compressor rotating stall usually leads to engine surge, surge margin is really equivalent to "stall margin" (or rotating stall margin) when considering the point at the compressor design stage, in order to accurately predict the stall margin. It is alson necessary to develop effective stall suppression technologies that can delay the stall point to extend insufficient stall margin and do so without degrading compressor performance near its design point. In terms of stall prediction, recent research proposed promising criteria for axial compressors linked to tip clearance flow to predict short length-scale (spike) stall inception, which is the most commonly found route to rotating stall in modern compressors. Casing treatments, in the form of grooves and slots places on the shroud over the rotors, have been studied for serveral decades as a passive stall suppression technology. However, their designs have been arbitrary and often trade compressor peak efficiency for stall margin improvement. While some recent works have shown the possibility of obtaining slots casing treatments that prevent loss in efficiency on axial compressors, there are no systematic design rules to optimize stall margin improvement while preventing peak-efficiency loss. Furthermore, the large majority of the researches on both of these aspects have so far been conducted on axial compressors, which is the most widely used type in aero-engines. However, virtually no such research has been carried out on mixed flow compressors is a hybrid between an axial and a centrifugal compressor, providing higher stage pressure ratio than axial compressors.


identifier: Bassolé, M. R. (2016). Pertinence des essais de lixiviation en batch dans la prédiction du comportement hydrogéochimique des rejets miniers  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des rejets miniers constitue l'un des défis de l'industrie minière. Une gestion adéquate est requise pour minimiser l'impact environnemental de ces rejets. Les principaux problèmes environnementaux liés à la gestion des rejets miniers sont la production du drainage minier acide (DMA), du drainage neutre contaminé (DNC) et le relargage des métaux. Plusieurs essais ont été proposés pour prédire la génération du DMA et permettre une planification de la disposition des rejets. Les essais de prédiction du DMA peuvent être classés en deux groupes : les essais statiques et les essais cinétiques. Les méthodes de prédiction du DMA notamment les essais cinétiques sont aussi utilisés pour étudier la génération de DNC. En plus de la gestion de la production du DMA et du DNC, les eaux minières doivent respecter les normes environnementales en vigueur et plusieurs essais sont utilisés pour prédire la qualité des eaux. Les résultats des essais cinétiques peuvent être utilisés à cet effet. En plus de ces essais, les essais de lixiviation en batch sont aussi utilisés pour la prédiction du comportement hydrogéochimique des rejets miniers. Au Québec, les essais de lixiviation en batch les plus utilisés sont l'essai TCLP, l'essai SPLP et l'essai CTEU-9. Les essais cinétiques et essais de lixiviation en batch sont réalisés dans des conditions différentes. Des études dans la littérature ont démontré que les conditions de réalisation des essais cinétiques permettaient de mieux simuler les conditions de terrain. Bien que permettant d'avoir des résultats de prédiction plus rapidement que les essais cinétiques, l'utilisation des essais de lixiviation en batch à cet effet reste à discuter. La question reste à savoir si les résultats de ces essais sont assez fiables pour la prédiction de la qualité des eaux minières. L'objectif de cette étude est d'évaluer la pertinence des essais de lixiviation en batch pour la prédiction du comportement hydrogéochimique des rejets miniers. Pour atteindre cet objectif, des résultats des essais cinétiques et de lixiviation en batch ont tout d'abord été compilés à partir d'anciens projets réalisés au sein de l'URSTM. Une comparaison des résultats des deux types d'essais a été faite avec les concentrations en mg/l, les quantités normalisées en mg/kg et les taux journaliers lixiviés en mg/kg/j. D'autre part, des mélanges de minéraux purs ont été réalisés et soumis aux essais en mini-cellule d'altération, et des essais de lixiviation en batch ont été réalisés sur les mélanges frais et altérés (post-démantèlement des essais). Un essai d'extraction séquentielle est aussi réalisé sur les mélanges pré- et post-essais de lixiviation en batch et essais en mini-cellule d'altération  ABSTRACT: The management of mine wastes is one of the problems facing the mining industry. An appropriate management is required to minimize the environmental impacts of these wastes. The main issues are related to acid mine drainage (AMD), contaminated neutral drainage (CND), and metal leaching. Many tests have been proposed to predict AMD generation and allow planning mine waste storage. These tests are classified as static and kinetic tests. The kinetic tests results are also used to study CND generation. In addition to the management of AMD and CND generating wastes, the mining water quality must comply with environmental standards and many of these tests are used to predict water quality. The results of kinetic tests can also be used to predict the quality of mine drainage water. Batch leaching tests are also used to predict the hydrogeochemical behavior of mine wastes. In Quebec, the most used batch leaching tests are the TCLP test, the SPLP test, and the CTEU-9 test. The kinetic and batch leaching tests are carried out in different conditions. Studies in the literature have shown that the conditions in which the kinetic tests are performed enable to simulate the field conditions. While allowing to have faster prediction results than the kinetic tests, the use of the batch leaching tests to this purpose remains arguable. The question remains whether the batch leaching tests are relevant for predicting the mining water qualities. The objective of this study is to assess the relevance of batch leaching tests to predict the hydrogeochemical behavior of mine wastes. For this purpose, results of kinetic tests (column and humidity cell tests) and batch leaching tests (TCLP, SPLP, and CTEU-9 tests) were compared from former projects carried out by the URSTM. The results of both tests were compared with the concentrations in mg/l, the normalized amounts of metals in mg/kg, and the daily rates of lixiviation in mg/kg/day. Parallel to this comparison, mixtures of pure minerals were made with sulfides and acid neutralizing minerals, and submitted to weathering cell tests, while batch leaching tests were performed on the fresh and weathered (post-testing) mixtures. Sequential chemical extraction tests were also performed on the fresh and post-testing materials.


identifier: Verger Leboeuf, S. (2016). Développement de joints de connexion en BFUP pour des dalles de pont préfabriquées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis plusieurs années le Québec fait face à un vieillissement de ses infrastructures routières et plus particulièrement des dalles de pont. L'augmentation de la circulation routière et des charges routières ainsi que l'utilisation abondante des sels de déglaçage ont accéléré la détérioration des structures. Ces dernières sont touchées principalement par des problèmes liés à la corrosion des barres d'armature et le gel-dégel. Afin d'améliorer la durabilité des tabliers de ponts, certains chercheurs proposent des concepts de dalles en bétons renforcés de fibres (BRF) dont Massicotte, Faggio, Cordoni, Nour et Conciatori (2016). L'avantage des BRF est l'obtention de fissures plus fines par l'effet de couture des fibres dans la matrice cimentaire.  ABSTRACT: Since several years, Quebec infrastructures like bridge slabs have been deteriorating at a faster rate. The increase of traffic, truck load and the use of the de-icing salt have accelerated the deterioration of structures. They are affected primarily by the corrosion of the steel-reinforcement and the effects of the freeze-thaw cycles. To improve the durability of bridge slabs, some past researches have proposed slab design using fiber reinforced concretes (FRC) (Massicotte et al., 2016). The advantage is a better crack control due to a uniform distribution of the fibers in the concrete resulting in thinner crack opening. It allows a reduction of aggressive agent infiltration and the deterioration associated to those elements. Furthermore, those concretes have a superior post-cracking tensile strength, which allows a reduction of the reinforcement.


identifier: Desfossez, J. (2016). Mesure et analyse de latences dans les systèmes parallèles en temps réel  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec les infrastructures de type infonuagiques qui augmentent de plus en plus et les services qui exploitent les avantages de la parallélisation, on arrive à un point où les analyses de problèmes de performance sont de plus en plus complexes. En particulier, avec la parallélisation, un problème de latence sur un des composants peut ralentir une requête complète. Avec la multiplication du nombre de serveurs responsables d'une seule requête, la quantité de tests et de combinaisons à valider pour trouver une source de latence peut augmenter de manière exponentielle. Les problèmes à analyser ne sont pas nouveaux, ils sont similaires à ceux étudiés dans les systèmes temps-réel. La problématique cependant se situe au niveau de la détection automatisée en temps réel des problèmes dans des conditions réelles d'exploitation, et la mise à l'échelle de la collecte de données de contexte permettant la résolution. Dans cette thèse, nous proposons le \texttt{latency-tracker} comme solution efficace pour la mesure et l'analyse en temps réel de latences, et de le combiner avec le traceur \texttt{LTTng} pour la collecte et l'extraction de traces localement et sur le réseau. L'objectif principal est de rendre ces analyses complexes assez efficaces et non-intrusives pour fonctionner sur des machines de production, que ce soit sur des serveurs ou des appareils embarqués dédiés aux applications temps réel. Cette approche de la détection et de la compréhension des problèmes de latence dans l'ordre des dizaines de micro-secondes au niveau du noyau Linux est nouvelle et il n'existe pas d'équivalent à l'heure actuelle. En mesurant l'impact de tous les composants ajoutés dans le chemin critique des applications de manière individuelle, nous démontrons qu'il est possible d'utiliser cette approche dans des environnements très exigeants. Les mesures se concentrent au niveau de la consommation des ressources, jusqu'à l'effet sur les lignes de cache, mais également sur la mise à l'échelle sur des applications concurrentes et distribuées. La contribution principale de cette recherche se situe au niveau de l'ensemble des algorithmes développés permettant de mesurer précisément les latences avec un impact minimal, et de collecter assez d'informations de contexte pour en expliquer les causes. Ce faible impact permet l'application de ces méthodes dans des situations réelles où il était jusqu'à présent impossible de faire ce type de mesures sans modifier les conditions d'exécution. La spécialisation et l'optimisation des techniques actuelles d'agrégation, et la combinaison avec le domaine du traçage, donne ainsi naissance au domaine du traçage à état.  ABSTRACT: Today's server infrastructures are more and more organized around the cloud and virtualization technologies, and the services that run on these infrastructures tend to heavily use parallelisation to scale up to the demand. With this type of distributed systems, the performance analyses are becoming increasingly complex. Indeed, the work required to answer a single request can be divided among multiple servers, and a problem with any of the nodes can slow down the whole request. Finding the exact source of an abnormal latency in this kind of configuration can be really difficult and requires a lot of time. The problems we encounter are not new, they are similar to the ones faced by real-time systems. The biggest issue is to automatically detect in real-time these problems in production, and to have a scalable way to collect the context information required to understand and solve the problems. In this thesis, we propose the \texttt{latency-tracker} as a solution to efficiently measure and analyse latency problems in real-time, and to combine it with the \texttt{LTTng} tracer to gather and extract traces locally and on the network. The main objective is to make these complex analyses efficient enough to run on production machines, either servers in data-centers, or embedded platforms dedicated to real-time tasks. This approach to detect and explain latency issues in the order of tens of microseconds in the Linux kernel is new and there is no equivalent solution today. By individually measuring the impact of all the components added in the critical path of the applications, we demonstrate that it is possible to use this approach in very demanding environments. We measure the impact on the usage of resources, down to the impact on cache lines, but we also study the scalability of our approach on highly concurrent and distributed applications. The main contribution of this research is the set of algorithms developed to accurately measure latencies with a minimal impact, and to collect and extract enough context informations to understand the latency causes. This low impact enables the use of these methodologies in production, under real loads, which would be impossible with the existing tools today without risking to modify the execution conditions. We specialize and optimize the current techniques related to event agregation, and combine it with tracing to create the new domain of stateful tracing.


identifier: Irambona, C. (2016). Impacts des réservoirs hydroélectriques du bassin versant de la rivière La Grande sur l'hydroclimatologie locale et le cycle hydrologique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au nord du Québec se retrouve le complexe hydroélectrique le plus important du Canada, le complexe La Grande. Il comprend neuf réservoirs hydroélectriques qui totalisent une surface inondée maximale équivalant à plus de 22 fois la superficie de l'île de Montréal. Les plans d'eau ont des propriétés qui diffèrent des autres types de surfaces : malgré leur albédo plus faible, leur capacité spécifique élevée et les processus de mélange s'y déroulant leur confèrent une inertie thermique et une capacité à stocker de l'énergie.  ABSTRACT: Canada's largest hydroelectric complex can be found in Northern Quebec, the La Grande hydroelectric complex. It hosts nine hydroelectric reservoirs of a maximum flooded area equivalent to 22 times the area of Montreal Island. Water bodies have properties that differ from those of other types of surfaces. Despite their lower albedo, their high specific capacity and the mixing processes occurring in water bodies allow them to store energy and to have an increased thermal inertia.


identifier: Desaulty, A. (2016). Intégration dans un flot de conception système d'un outil de traduction assistée de code C pour la création de coprocesseurs matériels  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis les débuts de la conception de systèmes électroniques, un des buts de la recherche est de fournir des outils et méthodes de travail de plus en plus puissants et rapides. Ceci est illustré très explicitement dans le fossé qui sépare la croissance du nombre de transistors par puce de la croissance du nombre de transistors intégrés par ingénieur par mois. Au cours des années se sont alors développées des méthodes permettant à un concepteur d'abstraire de plus en plus son travail afin de faciliter l'intégration et la distribution de composantes matérielles. À ces abstractions de description viennent s'ajouter des outils automatisant certaines parties du travail d'un concepteur. C'est par exemple le cas de la synthèse haut-niveau, qui permet de synthétiser des algorithmes de manière guidée. Enfin, de nombreux flots de travail ont aussi vu le jour afin de fournir une méthodologie dans la conception de systèmes électroniques. Le flot que nous retiendrons est le flot niveau système électronique (ESL) qui décrit une méthode de développement incrémentale partant d'une description la plus abstraite possible. Les abstractions sont itérativement relâchées pour finalement arriver à une description matérielle. Toutefois, il n'existe pas d'outil complet intégrant toutes les étapes du flot ESL. Nous proposons donc un outil de traduction assistée de code C afin de compléter un flot de conception ESL dans le cadre de la création de coprocesseurs matériels. L'outil proposé, C2Space, permet la transition d'un code C séquentiel vers un code organisé en modules SpaceStudio de manière rapide et configurable. Cet outil de traduction, basé sur le transpilateur Clang, procède à l'analyse statique du code pour effectuer les choix de traduction appropriés. C2Space permet l'intégration en amont du flot d'une solution d'analyse dynamique de code C, appelée Pareon Profile. Pareon permet une première analyse du code séquentiel afin de repérer rapidement les portions du code susceptibles de profiter d'un passage sur coprocesseur (de par leur potentiel de parallélisme et leur poids dans l'exécution séquentielle). Une fois la traduction effectuée, le reste du flot est supporté par l'environnement de codéveloppement SpaceStudio, qui permet alors de procéder à l'exploration architecturale du code traduit. Il est alors possible de tester différents schémas d'allocation des modules aux ressources matérielles (processeurs, coprocesseurs). Les modules alloués en matériel sont alors synthétisés à l'aide d'un logiciel de synthèse haut-niveau. Le système complet peut ensuite être exporté vers une des plateformes matérielles supportées (par exemple, pour FPGA Xilinx). Nous avons confronté ce flot à un algorithme de détection de contours (filtre de Canny) afin d'en tester l'efficacité. Les résultats montrent que l'approche proposée permet un raffinement rapide de l'algorithme, de sa définition logique jusqu'à son implémentation. Nous n'avons pu accélérer, comme envisagé initialement, la vitesse d'exécution de l'algorithme, mais nous avançons plusieurs pistes pour expliquer ces résultats. Nous proposons une série de recommandations visant à améliorer à la fois C2Space et le flot proposé. Nous décrivons notamment l'utilisation d'une nouvelle métrique très tôt dans le flot de conception mettant en relation (1) le potentiel de parallélisme d'un segment de code, (2) la portion du temps d'exécution global de ce segment, (3) le coût de communications processeur/coprocesseur pour ce segment et (4) le temps d'exécution logiciel de cette même portion de code.  ABSTRACT: Since the beginning of Electronic System Design, one of the main goals pursued in research has been to provide smarter and faster tools and workflows. This is clearly shown in the gap that separates the number of transistor per chip and the number of transistor that can be integrated by an engineer in a month. Over the years, many methods allowing a designer to abstract more and more his design came to fruition. In addition to those methods, automatization of certain tedious and repetitive tasks in the design process appeared. For instance, the tools of High Level Synthesis allow a high level specification to be automatically translated into a working Register Transfer level design. Finally, numerous workflows arose to provide more definite framework in Electronic System Design. The workflow that we will tackle is the Electronic System Level Flow (ESL), which describe an incremental method that starts from the most abstract specification possible. Abstraction is then released in small increments until a fully hardware specification is obtained. However, there is no comprehensive tool incorporating all stages of the ESL flow. We therefore propose an assisted translation tool for C code in order to complete an ESL design flow as part of creating hardware coprocessors. The proposed tool, C2Space, allows the transition of a sequential C code to a code organized in SpaceStudio modules in a fast and configurable way. This translation tool, based on the transpiler Clang, performs static analysis of the code to perform the appropriate translation choices. C2Space allows the integration, upstream of the flow, of a dynamic code analysis solution for C, called Pareon Profile. Pareon allows a first analysis of the sequential code to quickly identify sections of code that could benefit from a passage on coprocessor (by their potential parallelism and their weight in the sequential execution). Once the translation is done, the rest of the workflow is supported by the co-design environment SpaceStudio, which allows for architectural exploration of the translated code. It is then possible to test different mappings of the modules to the hardware resources (processors, coprocessors). Modules that are allocated material are then synthesized using a high-level synthesis software. The complete system can then be exported to one of the supported hardware platforms (e.g., for Xilinx FPGAs). We compared this flow to an edge detection algorithm (Canny filter) to test its effectiveness. The results show that the proposed approach enables rapid refinement of the algorithm, from the logic definition to its implementation. We have not been able to accelerate, as originally envisioned, the execution speed of the algorithm but we are offering several possible explanations for these results. We provide a series of recommendations to improve both C2Space and the proposed workflow. We describe in particular the use of a new metric early in the design flow linking (1) the potential parallelism of a code segment, (2) the portion of the total execution time of this segment, (3) the cost of communications between processor and coprocessors for this segment and (4) the software runtime of that same piece of code).


identifier: Carmona, J.-P. (2016). Design of Small Structural Titanium Aeronautic Parts Made by Laser Powder Bed Fusion  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire explore à l'aide d'études de cas l'utilisation et l'intégration de la fabrication additive dans l'industrie aérospatiale. La fabrication additive est définie comme étant tous les « procédés de mise en forme d'une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives, en opposition aux procédés par retrait de matière, tel que l'usinage » [1]. Un survol du monde de la fabrication additive est présenté dans ce travail ainsi qu'un état de l'art concernant l'optimisation topologique, un outil mathématique qui « consiste à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à des contraintes » [2]. La fabrication de structures aéronautiques étant majoritairement dominée par les procédés soustractifs comme l'usinage ou de mise en forme comme le forgeage, les méthodes de conception sont peu adaptées aux procédés additifs. En effet, les contraintes des procédés de fabrication conventionnels limitent les géométries innovantes. Une nouvelle méthode de conception est proposée ici qui intègre l'usage de l'optimisation topologique afin de réduire le poids des pièces d'avion. Une revue des solveurs commerciaux disponibles sur le marché est aussi faite avec une évaluation de leur niveau de maturité ainsi que leur potentiel pour à des développements futurs. La configuration des modèles d'optimisation topologiques est explorée et des lignes directrices sont extraites. Subséquemment vient l'interprétation des résultats d'optimisation qui a toujours été un grand défi, spécialement avec la méthode d'optimisation topologique SIMP, utilisée dans ce mémoire. Ici, une approche innovante est présentée qui permet de déterminer le degré d'exactitude d'un résultat d'optimisation topologique et donc éviter l'interprétation de résultats aux performances insatisfaisantes. De plus, comme l'interprétation avec des outils de modélisation avec éléments paramétrés comme CATIA est une étape très longue, une étape d'interprétation partielle a été ajoutée à la méthodologie. À l'aide d'un outil de conception basé sur la déformation du maillage, on est alors capable d'adoucir et de corriger les erreurs numériques d'un résultat d'optimisation. Ceci permet de réduire l'étape d'interprétation de plusieurs heures à quelques minutes. La qualification et la certification des pièces et du procédé est un élément majeur de l'intégration de la fabrication additive en aéronautique. C'est pourquoi une des études de cas sera amenée jusqu'à la qualification dans ce projet.  ABSTRACT: This paper explores through case studies the use and integration of additive manufacturing in the aerospace industry. Additive manufacturing is the “process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies such as machining” [3]. A brief overview of the additive manufacturing industry is resented along with a literature review of a design simulation technology called topology optimization. “Topology optimization is a mathematical approach that optimizes material layout within a given design space, for a given set of loads and boundary conditions such that the resulting layout meets a prescribed set of performance targets” [4]. Manufacturing of aeronautics structures is mostly dominated by subtractive processes such as machining or by forming processes such as forging. Thus, design methodologies are not well adapted to additive methods. Therefore, a new design methodology is proposed with the use of topology optimization as a design tool to potentially minimize weight of the parts. Review of available commercial solvers is done with comprehensive insights from their maturity level and their potential. Configurations of optimization models is explored and general guidelines are extracted. Interpretation of optimization results always represented a great challenge, especially with SIMP method. An innovative approach is presented here that helps to determine if an optimization result is worth being interpreted. As well, interpreting with feature-based tools being a lengthy process, a partial interpretation step has been added in the methodology. With help of mesh-based tool from the video game industry we are now able to smooth surfaces and correct numerical discrepancies from optimization results. This helped reducing interpretation stage from hours to minutes. Qualification and certification of the parts and processes is also a major milestone in the integration of additive manufacturing in aerospace. That's why one of the design case studies will pushed into qualification in this project. A small titanium part of the primary structure in the aft of a business aircraft was designed for laser powder-based fusion. Its strength was numerically analyzed and a test campaign with 88 coupons and 18 full size parts replica was launch. Experimental results won't be presented in this report due to schedule problem.


identifier: Deschênes, P.-A. (2016). Comportement des fissures de fatigue dans un champ de contraintes résiduelles de tension  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une étude expérimentale et numérique du comportement d'une fissure se propageant sous l'influence d'un champ de contraintes résiduelles de tension. L'étude comporte deux objectifs principaux. La mesure et le calcul d'un champ de contraintes résiduelles produit par le soudage. La quantification de l'effet du champ de contraintes résiduelles (CR) sur la vitesse de propagation des fissures de fatigue. Cette étude estmotivée par la problématique de fissuration observée dans certaines turbines Francis exploitées par Hydro-Québec. Il existe une incertitude reliée à l'influence qu'a un champ de contraintes résiduelles sur la vitesse de propagation des fissures dans les assemblages mécano-soudés. Les articles disponibles dans la littérature traitant du sujet n'ont pas démontré hors de tous doutes l'influence des contraintes résiduelles sur le comportement en fatigue-propagation. En effet, les conclusions proposées sont tirées de résultats pour lesquels l'effet de la microstructure, modifiée lors de l'introduction des contraintes résiduelles, se superpose potentiellement à l'effet des contraintes résiduelles Il devient donc difficile d'isoler l'influence des contraintes résiduelles pour confirmer que leur effet est équivalent à la simple superposition d'une contrainte monotone à la sollicitation cyclique. Dans le but d'isoler l'effet des contraintes résiduelles, une nouvelle géométrie d'éprouvette a été développée à l'Institut de Recherche d'Hydro-Québec (IREQ). Cette éprouvette originale, nommée CT-RES, permet d'étudier la propagation des fissures sous l'influence d'un champ de contraintes résiduelles dans une microstructure homogène. De plus, elle représente mieux l'état de contrainte d'une roue d'eau assemblée par rapport aux éprouvettes de laboratoires utilisées pour caractériser le comportement d'un matériau en fatigue-propagation. En effet, l'éprouvette CT-RES est un assemblage mécano-soudé permettant de reproduite le bridage d'une aube soudée à la ceinture et à la couronne. Un médaillon représentant l'aube est inséré puis soudé dans un cadre rigide. Le bridage est obtenu par l'opposition du cadre au retrait thermique de la soudure. Cette configuration n'est pas retrouvée dans les éprouvettes de laboratoire normalisées utilisées dans la littérature. Suite à la fabrication de l'éprouvette CT-RES, le champ de contraintes résiduelles a été mesuré à l'aide de la méthode du contour. Cette méthode étant destructive, deux éprouvettes ont été fabriquées à l'aide du bras robotisé Scompi®. La première éprouvette a été utilisée pour mesurer le champ de contraintes résiduelles.  ABSTRACT: This master thesis presents an experimental and numerical study concerning the behaviour of a propagating crack under the influence of a residual stress field in tension. The study is composed of two main objectives: 1) The measurement and assesment of a welding residual stress field and 2) The evaluation of the residual stress field influence on the fatigue crack growth rate (FCGR). This study is motivated by the cracking problem observed in some Francis turbines operated by Hydro-Québec. There is an uncertainty related to the influence of a residual stress field on FCGR in welded assemblies. Numerous papers related to the subject have not demonstrated beyond all doubt the influence of residual stress field on FCGR. Indeed, the proposed conclusions are drawn from the results for suggesting that the effect of microstructure alteration during the introduction of residual stresses, is potentially superimposed on the effect of residual stresses. It is therefore becomes difficult to isolate the influence of residual stresses to assess their equivalence to the simple superposition of a monotonic load to cyclic loading. In order to isolate the influence of residual stresses, a novel specimen geometry was developed at the Institut de Recherche d'Hydro-Québec (IREQ). This original specimen, called CT-RES, allows the study of crack propagation under the influence of a residual stress field in a homogeneous microstructure. Moreover, it represents more accurately the stress state of a water wheel assembly, relative to laboratory test specimens used to characterize the fatigue behaviour of materials. Indeed, the CT-RES specimen is a welded assembly that reproduced the clamping effect of a welded blade to the belt and crown. A medallion, that represents the blade, is inserted and welded into a rigid frame. The clamping effect is obtained by the opposition of the frame to the heat shrinkage of the weld. This configuration is not found in standardized laboratory test specimens used in the literature. Following the fabrication of the CT-RES specimen, the residual stress field was measured using the contour method. This method being destructive, two specimens were fabricated using the Scompi® robotic arm. The first specimen was used to measure the residual stress field. The contour method revealed that the stress component


identifier: Tariq, S. A. M. (2016). Characterization and Modelling of Scattered Wireless Channel at 60 GHZ in an Underground Mine Gallery  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis plus d'une décennie, les applications du système de communication sans fil sont exigeantes et augmentent rapidement pour fournir des services multimédias au public. De nos jours, la recherche se concentre sur la conception de communication sans fil à haute vitesse (i.e., 1 Gbps) en particulier dans des zones denses telles que des salles de conférence, des centres commerciaux,des stades et des lieux d'événements publics ouverts. Des réseaux locaux sans fil (WLAN) et des réseaux cellulaires utilisent des hauts potentiels pour réussir les haut débit de données en utilisant différentes technologies de pointe telles que la coexistence entre l'évaluation à long terme non autorisé (LTE-U) et les canaux Wi-Fi. En outre, la faisabilité d'utiliser le spectre à haute fréquence (i.e,> 6 GHz), une couche physique à 60 GHz pour les réseaux denses sont mis en évidence lorsque des liens de communication à courte distance (par exemple, <10 m) sont nécessaires aussi bien dans WLAN (i.e, WiGig) et le réseau cellulaire (i.e, 5G petite cellule). Cependant, les applications à 60 GHz se dirigent vers la communication sans fil souterraine pour une meilleure géolocalisation, les applications haute définition (HD) de streaming vidéo dans une galerie plus grande longueur (i.e,> 100 m) en raison de sa capacité de formation de faisceau et de plus grande capacité. Pour aider le concepteur du système, il est nécessaire de connaître les informations de propagation du canal sans fil diffusé puisque le plancher de la galerie, le plafond et le mur ont différentes rugosités (i.e.,> 5 mm). Cette thèse présente les résultats de la caractérisation du canal sans fil et la modélisation statistique à 60 GHz d'une mine souterraine à CANMET ayant des galeries dont la profondeur varie entre 40 m et 70 m. Depuis plus d'une décennie, les applications du système de communication sans fil sont exigeantes et augmentent rapidement pour fournir des services multimédias au public. Les résultats montrent que l'écart angulaire de la propagation par trajets multiples est inversement proportionnel à la distance entre l'émetteur et le récepteur. Un phénomène de dispersion solide est également observé dans le canal en observant l'angle de propagation des différents trajets. Des polarisations horizontales (H) et verticales (V) ont été utilisées puisque les diagrammes de rayonnement sont différents et peuvent fournir des comportements de dispersion temporelle différents. Les résultats montrent que l'antenne à polarisation verticale fournit un plus grand nombre de trajets multiples par rapport à polarisation horizontale et une valeur plus élevée de moyenne quadratique (RMS) par rapport à une horizontale. Par ailleurs, les mesures du coefficient de réflexion ont été effectuées pour étudier l'effet de dispersion de la surface rugueuse. Étant donné qu'aucun effet de regroupement sur le canal multitrajets n'a été observé, une approche de modélisation statistique a été considérée en tenant compte des différents trajets parcourus et leur amplitude. Par insertion des paramètres de hauteur de la surface de mesure, les modèles de diffusion connus ont également été analysées pour permettre la mise en oeuvre d'une approche de modélisation du canal dispersif.  ABSTRACT: More than a decade, there is a surge in demand and development of wireless communication system applications to deliver multimedia services. Nowadays the research is focused on the design of high speed (i.e., 1 Gbps) wireless system particularly in dense areas such as conference room, shopping mall, stadium and open public events. Wireless local area network (WLAN) and cellular network are making high potential approaches to fulfill high data rate by using different advanced technologies such as coexistence between Long Term Evaluation Unlicensed (LTE-U) and Wi-Fi Wireless channels. Moreover, the feasibility to use high-frequency spectrum (i.e., > 6 GHz), a physical layer research at 60 GHz for dense networks are highlighted where short-distance communication links (i.e., < 10 m) are required both in WLAN (i.e., WiGig) and cellular network (i.e., 5G small cell). However, the applications of 60 GHz bands is driven into underground wireless communication for higher precision geolocation, a High Definition (HD) video streaming applications in a larger gallery length (i.e., > 100 m) due to its beamforming capability and higher capacity. To assist the system designer, it is necessary to know the scattered wireless channel propagation information since the gallery floor, ceiling and walls consist of the different magnitude of the roughness (i.e., > 5 mm). This thesis presents the results of wireless channel characterization and statistical modeling at 60 GHz where the measurements were carried out in CANMET underground mine (40 m and 70 m gallery depths). Several measurements were conducted with different antenna configurations and polarizations. Results show that angular and temporal dispersion are proportional to the mine gallery dimensions. Results also show that the angular spread of the multipath is inversely proportional to the transmitter receiver separation distance. A strong scattering phenomenon is also observed in the channel by observing multipath angle of arrivals. The use of Horizontal (H) and vertical (V) polarizations were performed due to its different radiation pattern can provide a different temporal dispersion behavior. The results show that a vertically polarized antenna provides a lower value of path loss exponent and a higher value of root mean square (RMS) delay spread compared to a horizontal one. Since no clustering effect was observed, a statistical modeling approach with the multipath arrivals and amplitudes was considered. In addition, the reflection coefficient measurements were conducted to investigate the scattering effect from the rough surface. By inserting measured surface height parameters, the known scattering models were also analyzed to have an idea to implement a modeling approach of the scattered channel.


identifier: Ebrahimi Kahou, S. (2016). Emotion Recognition with Deep Neural Networks  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La reconnaissance automatique des émotions humaines a été étudiée pendant des décennies. Il est l'un des éléments clés de l'interaction homme-ordinateur dans les domaines des soins de santé, de l'éducation, du divertissement et de la publicité. La reconnaissance des émotions est une tâche difficile car elle repose sur la prédiction des états émotionnels abstraits à partir de données d'entrée multimodales. Ces modalités comprennent la vidéo, l'audio et des signaux physiologiques. La modalité visuelle est l'un des canaux les plus informatifs. Notons en particulier les expressions du visage qui sont un très fort indicateur de l'état émotionnel d'un sujet. Un système automatisé commun de reconnaissance d'émotion comprend plusieurs étapes de traitement, dont chacune doit être réglée et intégrée dans un pipeline. Ces pipelines sont souvent ajustés à la main, et ce processus peut introduire des hypothèses fortes sur les propriétés de la tâche et des données. Limiter ces hypothèses et utiliser un apprentissage automatique du pipeline de traitement de données donne souvent des solutions plus générales. Au cours des dernières années, il a été démontré que les méthodes d'apprentissage profond mènent à de bonnes représentations pour diverses modalités. Pour de nombreux benchmarks, l'écart diminue rapidement entre les algorithmes de pointe basés sur des réseaux neuronaux profonds et la performance humaine. Ces réseaux apprennent hiérarchies de caractéristiques. Avec la profondeur croissante, ces hiérarchies peuvent décrire des concepts plus abstraits. Cette progrès suggèrent d'explorer les applications de ces méthodes d'apprentissage à l'analyse du visage et de la reconnaissance des émotions. Cette thèse repose sur une étude préliminaire et trois articles, qui contribuent au domaine de la reconnaissance des émotions. L'étude préliminaire présente une nouvelle variante de Patterns Binaires Locales (PBL), qui est utilisé comme une représentation binaire de haute dimension des images faciales. Il est commun de créer des histogrammes de caractéristiques de PBL dans les régions d'images d'entrée. Toutefois, dans ce travail, ils sont utilisés en tant que vecteurs binaires de haute dimension qui sont extraits à des échelles multiples autour les points clés faciales détectées. Nous examinons un pipeline constitué de la réduction de la dimensionnalité non supervisé et supervisé, en utilisant l'Analyse en Composantes Principales (ACP) et l'Analyse Discriminante Fisher Locale (ADFL), suivi d'une Machine à Vecteurs de Support (MVS) comme classificateur pour la prédiction des expressions faciales. Les expériences montrent que les étapes de réduction de dimensionnalité fournissent de la robustesse en présence de bruit dans points clés. Cette approche atteint, lors de sa publication, des performances de l'état de l'art dans la reconnaissance de l'expression du visage sur l'ensemble de données Extended Cohn-Kanade (CK+) (Lucey et al, 2010) et sur la détection de sourire sur l'ensemble de données GENKI (GENKI-4K, 2008). Pour la tâche de détection de sourire, un profond Réseau Neuronal Convolutif (RNC) a été utilisé pour référence fiable.  La reconnaissance de l'émotion dans les vidéos semblable à ceux de la vie de tous les jours, tels que les clips de films d'Hollywood dans l'Emotion Recognition in the Wild (EmotiW) challenge (Dhall et al, 2013), est beaucoup plus difficile que dans des environnements de laboratoire contrôlées. Le premier article est une analyse en profondeur de la entrée gagnante de l'EmotiW 2013 challenge (Kahou et al, 2013) avec des expériments supplémentaires sur l'ensemble de données du défi de l'an 2014. Le pipeline est constitué d'une combinaison de modèles d'apprentissage en profondeur, chacun spécialisé dans une modalité. Ces modèles comprennent une nouvelle technique d'agrégation de caractéristiques d'images individuelles pour permettre de transférer les caractéristiques apprises par réseaux convolutionnels (CNN) sur un grand ensemble de données d'expressions faciales, et de les application au domaine de l'analyse de contenu vidéo. On y trouve aussi un ``deep belief net'' (DBN) pour les caractéristiques audio, un pipeline de reconnaissance d'activité pour capturer les caractéristiques spatio-temporelles, ainsi qu'modèle de type ``bag-of-mouths'' basé sur k-means pour extraire les caractéristiques propres à la bouche. Plusieurs approches pour la fusion des prédictions des modèles spécifiques à la modalité sont comparés. La performance après un nouvel entraînement basé sur les données de 2014, établis avec quelques adaptations, est toujours comparable à l'état de l'art actuel. Un inconvénient de la méthode décrite dans le premier article est l'approche de l'agrégation de la modalité visuelle qui implique la mise en commun par image requiert un vecteur de longueur fixe. Cela ne tient pas compte de l'ordre temporel à l'intérieur des segments groupés. Les Réseau de Neurones Récurrents (RNR) sont des réseaux neuronaux construits pour le traitement séquentiel des données. Ils peuvent résoudre ce problème en résumant les images dans un vecteur de valeurs réelles qui est mis à jour à chaque pas de temps. En général, les RNR fournissent une façon d'apprendre une approche d'agrégation d'une manière axée sur les données. Le deuxième article analyse l'application d'un RNR sur les caractéristiques issues d'un réseau neuronal de convolution utilisé pour la reconnaissance des émotions dans la vidéo. Une comparaison de la RNR avec l'approche fondée sur pooling montre une amélioration significative des performances de classification. Il comprend également une fusion au niveau de la caractéristiques et au niveau de décision de modèles pour différentes modalités. En plus d'utiliser RNR comme dans les travaux antérieurs, il utilise aussi un modèle audio basé sur MVS, ainsi que l'ancien modèle d'agrégation qui sont fusionnées pour améliorer les performances sur l'ensemble de données de défi EmotiW 2015. Cette approche a terminé en troisième position dans le concours, avec une différence de seulement 1% dans la précision de classification par rapport au modèle gagnant. Le dernier article se concentre sur un problème de vision par ordinateur plus général, à savoir le suivi visuel. Un RNR est augmenté avec un mécanisme d'attention neuronal qui lui permet de se concentrer sur l'information liée à une tâche, ignorant les distractions potentielles dans la trame vidéo d'entrée. L'approche est formulée dans un cadre neuronal modulaire constitué de trois composantes: un module d'attention récurrente qui détermine où chercher, un module d'extraction de caractéristiques fournissant une représentation de quel objet est vu, et un module objectif qui indique pourquoi un comportement attentionnel est appris. Chaque module est entièrement différentiables, ce qui permet une optimisation simple à base de gradient. Un tel cadre pourrait être utilisé pour concevoir une solution de bout en bout pour la reconnaissance de l'émotion dans la vision, ne nécessitant pas les étapes initiales de détection de visage ou de localisation d'endroits d'intérêt. L'approche est présentée dans trois ensembles de données de suivi, y compris un ensemble de données du monde réel. En résumé, cette thèse explore et développe une multitude de techniques d'apprentissage en profondeur, complétant des étapes importantes en vue de l'objectif à long terme de la construction d'un système entraînable de bout en bout pour la reconnaissance des émotions.  ABSTRACT: Automatic recognition of human emotion has been studied for decades. It is one of the key components in human computer interaction with applications in health care, education, entertainment and advertisement. Emotion recognition is a challenging task as it involves predicting abstract emotional states from multi-modal input data. These modalities include video, audio and physiological signals. The visual modality is one of the most informative channels; especially facial expressions, which have been shown to be strong cues for the emotional state of a subject. A common automated emotion recognition system includes several processing steps, each of which has to be tuned and integrated into a pipeline. Such pipelines are often hand-engineered which can introduce strong assumptions about the properties of the task and data. Limiting assumptions and learning the processing pipeline from data often yields more general solutions. In recent years, deep learning methods have been shown to be able to learn good representations for various modalities. For many computer vision benchmarks, the gap between state-of-the-art algorithms based on deep neural networks and human performance is shrinking rapidly. These networks learn hierarchies of features. With increasing depth, these hierarchies can describe increasingly abstract concepts. This development suggests exploring the applications of such learning methods to facial analysis and emotion recognition. This thesis is based on a preliminary study and three articles, which contribute to the field of emotion recognition. The preliminary study introduces a new variant of Local Binary Patterns (LBPs), which is used as a high dimensional binary representation of facial images. It is common to create histograms of LBP features within regions of input images. However, in this work, they are used as high dimensional binary vectors that are extracted at multiple scales around detected facial keypoints. We examine a pipeline consisting of unsupervised and supervised dimensionality reduction, using Principal Component Analysis (PCA) and Local Fisher Discriminant Analysis (LFDA), followed by a Support Vector Machine (SVM) classifier for prediction of facial expressions. The experiments show that the dimensionality reduction steps provide robustness in the presence of noisy keypoints. This approach achieved state-of-the-art performance in facial expression recognition on the Extended Cohn-Kanade (CK+) data set (Lucey et al, 2010) and smile detection on the GENKI data set (GENKI-4K, 2008) at the time. For the smile detection task, a deep Convolutional Neural Network (CNN) was used as a strong baseline. Emotion recognition in close-to-real-world videos, such as the Hollywood film clips in the Emotion Recognition in the Wild (EmotiW) challenge (Dhall et al, 2013), is much harder than in controlled lab environments. The first article is an in-depth analysis of the EmotiW 2013 challenge winning entry (Kahou et al, 2013) with additional experiments on the data set of the 2014 challenge. The pipeline consists of a combination of deep learning models, each specializing on one modality. The models include the following: a novel aggregation of per-frame features helps to transfer powerful CNN features learned on a large pooled data set of facial expression images to the video domain, a Deep Belief Network (DBN) learns audio features, an activity recognition pipeline captures spatio-temporal motion features and a k-means based bag-of-mouths model extracts features around the mouth region. Several approaches for fusing the predictions of modality-specific models are compared. The performance after re-training on the 2014 data set with a few adaptions is still competitive to the new state-of-the-art. One drawback of the method described in the first article is the aggregation approach of the visual modality which involves pooling per-frame features into a fixed-length vector. This ignores the temporal order inside the pooled segments. Recurrent Neural Networks (RNNs) are neural networks built for sequential processing of data, which can address this issue by summarizing frames in a real-valued state vector that is updated at each time-step. In general, RNNs provide a way of learning an aggregation approach in a data-driven manner. The second article analyzes the application of an RNN on CNN features for emotion recognition in video. A comparison of the RNN with the pooling-based approach shows a significant improvement in classification performance. It also includes a feature-level fusion and decision-level fusion of models for different modalities. In addition to the RNN, the same activity pipeline as previous work, an SVM-based audio model and the old aggregation model are fused to boost performance on the EmotiW 2015 challenge data set. This approach was the second runner-up in the challenge with a small margin of 1% in classification accuracy to the challenge winner. The last article focuses on a more general computer vision problem, namely visual tracking. An RNN is augmented with a neural attention mechanism that allows it to focus on task-related information, ignoring potential distractors in input frames. The approach is formulated in a modular neural framework consisting of three components: a recurrent attention module controlling where to look, a feature-extraction module providing a representation of what is seen and an objective module which indicates why an attentional behaviour is learned. Each module is fully differentiable allowing simple gradient-based optimization. Such a framework could be used to design an end-to-end solution for emotion recognition in vision, potentially not requiring initial steps of face detection or keypoint localization. The approach is tested on three tracking data sets including one real-world data set. In summary, this thesis explores and develops a multitude of deep learning techniques, making significant steps towards a long-term goal of building an end-to-end trainable systems for emotion recognition.


identifier: Kaouane, C. (2016). Polarisation provoquée spectrale pour la caractérisation géotechnique des sols compactés : Évaluation pratique en laboratoire  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail s'inscrit dans la recherche d'alternatives aux méthodes nucléaires pour le contrôle du compactage des sols de terrassement. La mesure de la conductivité complexe par la polarisation provoquée spectrale (PPS) présente un certain potentiel de par sa sensibilité à l'interface minéral/électrolyte, au réseau poreux, à l'état de saturation et à la composition de l'électrolyte. La mise au point d'un montage expérimental atteignant une précision sur la phase inférieure à 1 mrad s'est faite en deux étapes. On a tout d'abord expliqué les effets parasites causés par les électrodes sur le passage du courant dans la première cellule de mesure. Ces effets sont reproduits par modélisation en considérant la contribution de l'impédance de surface. Un second porte-échantillon simple et pratique d'utilisation est ensuite conçu pour réaliser les mesures sur des échantillons de sol non saturés. Les électrodes de potentiel non polarisables Ag-AgCl, fabriquées avec une solution de KCl saturée gélifiée par l'agar, montrent un potentiel propre faible et stable sur plusieurs semaines. Du gel d'agar, un matériau non-polarisable aux propriétés physiques peu connues, assure la conduction du courant dans l'échantillon, ce qui permet l'espacement nécessaire entre les électrodes de courant et les électrodes de potentiel, sans perturber le degré de saturation des échantillons. On évalue son comportement électrique dans le temps et sa contribution à la mesure. Le porte-échantillon ainsi caractérisé est alors utilisé pour réaliser des mesures PPS sur un limon naturel (groupe N) et son équivalent traité avec 1% de chaux et 5% de ciment (groupe T), compactés à différents degrés. Les deux milieux montrent des spectres de conductivité complexe très distincts. La réponse PPS en phase du groupe N est comprise entre 0.1 Hz et 100 Hz alors que le groupe T montre aussi une réponse aux plus basses fréquences (<100 mHz). Alors que la phase augmente avec la saturation pour le groupe N, elle diminue pour le groupe T. Le gel d'agar semble modifier le degré de saturation du groupe N, et non celui du groupe T. La chargeabilité obtenue par la décomposition de Debye (DD) augmente avec la saturation pour les échantillons N et diminue pour les échantillons T. La fréquence moyenne obtenue décroit avec la désaturation pour le groupe T et ne montre aucune dépendance pour le groupe N. Le groupe N ne suit aucun modèle décrit dans la littérature. Le spectre des échantillons T varie avec la durée de cure et l'observation de la distribution des temps de relaxation semble permettre le suivi de l'évolution du réseau poreux. Bien qu'on ne distingue pas de relations évidentes entre le compactage et la réponse PPS, la PPS semble être un outil envisageable pour le suivi des réactions et de la stabilisation des sols traités  ABSTRACT: This work aims to propose an alternative to nuclear probes for the quality control of soil compaction when implementing road foundations. Spectral Induced Polarization (SIP) shows a great potential because of its sensitivity to the mineral/electrolyte properties, the porous network, the degree of saturation and the electrolyte composition. We made two attempts to set up an experimental design with phase accuracy below 1 mrad on the measurements. Our first sample holder led us to explain parasitic effects introduced by metal ring electrodes located on the current path. We could reproduce those effects using numerical modeling by considering the contribution of the surface impedance of the electrodes. Then, we designed a simple sample holder to perform SIP measurements on unsaturated soils samples. Potential electrodes are non-polarizable Ag-AgCl electrodes. Build with jellified KCl saturated solution; their self-potential is low and stable in time. We used agar gel as a non-polarizable electrical buffer to allow the separation of potential and current électrodes and to ensure the current conduction in the sample, without increasing its degree of saturation. We evaluated the electrical behaviour of the gel with time and its contribution to the measurements. Once we characterized the sample holder, we performed SIP measurements on two groups of samples at different compaction levels. Group N is made from a silty loam and group T is from the same loam treated with 1% lime and 5% cement. Groups show distinct complex conductivity spectrums. SIP phase responses of group-N samples are observable between 0.1 Hz and 100 Hz, while group-T samples also show a low frequency effect (<100 mHz). The phase increases with an increase in saturation for group N and with a decrease in saturation for group T. The gel affects the degree of saturation of group-N samples during the measurements, which is not the case for group-T samples. Debye decomposition is applied. Group-N samples show an increase of total chargeability M with an increase in saturation and no dependence of the mean frequency on saturation, while group-T samples show a decrease of M and an increase of the mean frequency with an increase in saturation. Group-N Spectrum does not correspond to any model describes in the literature. Group-T sample spectrum varies with time and the observation of the relaxation time distribution seems to allow the monitoring of the porous network evolution. We could not observe obvious elationships between the compaction degree and the SIP response. Nevertheless, we believe SIP could help monitoring reactions and stabilization in the treated soils.


identifier: Nematollahi, H. (2016). Études sur la reconfigurabilité d'antennes à réflecteur basée sur l'utilisation de réseaux transmetteurs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nombreuses applications civiles et militaires des communications par satellite nécessitent des antennes à faisceau reconfigurable (dépointage de faisceau, faisceau formé, formation de zéros). La possibilité de changement de la forme du faisceau donnerait aux satellites une flexibilité de couverture, et la possibilité de se protéger contre certaines sources de brouillage. La reconfiguration n'est normalement possible qu'avec des sources multiples et des réseaux complexes et couteux de formation de faisceau. Le principal objectif de cette thèse est de démontrer la faisabilité de formation de faisceau par l'ajout de réseaux transmetteurs (RTs) passifs à une configuration traditionnelle d'antenne à réflecteur illuminé par une seule source. Bien que les concepts proposés ne soient pas restreints à une plage de fréquence particulière, les prototypes présentés sont conçus pour la bande Ka car celle-ci est envisagée pour de nombreuses applications de communication. Le réseau transmetteur est constitué de cellules élémentaires, illuminées par une source primaire. Chaque cellule applique un déphasage au rayon reçu. Le contrôle de la phase de l'onde transmise permet de former la distribution en phase et en amplitude sur le réflecteur parabolique. Le désavantage des réseaux transmetteurs est leur largeur de bande limitée. Dans le but de pouvoir utiliser les RTs dans des systèmes à large bande, il convient donc de concevoir des cellules élémentaires à large bande. Une méthode de conception de cellules de transmission est proposée qui permet une grande flexibilité sur le choix des géométries des éléments. Des cellules élémentaires à 4 couches ont ensuite été développées avec une largeur de bande améliorée. Les cellules choisies ont des comportements inductifs et capacitifs. Elles sont imprimées sur des couches de substrat flexibles, séparées par des couches d'air d'un quart et d'un huitième de longueur d'onde. La susceptance de chaque couche dépend de ses paramètres géométriques. Une base de données avec la susceptance de chaque élément pour différents paramètres géométriques, incidences et fréquences est formée. Un nombre limité d'états de phase des cellules (quantification de phase) a été utilisé afin de réduire la complexité de la conception. Ces cellules sont ensuite utilisées pour la conception de réseaux transmetteurs à focalisation de faisceau et à formation de faisceau. Un bon accord entre mesures et simulation a été trouvé et la largeur de bande visée a été obtenue. Nous avons présenté une étude approfondie sur les erreurs de phases et les tolérances de fabrication et leurs effets sur le diagramme de rayonnement et l'efficacité de l'antenne. Finalement, comme preuve de concept d'une configuration d'antenne avec cornet-sous réseau transmetteur-réflecteur parabolique, plusieurs prototypes de réseau transmetteurs ont été conçus et simulés pour l'obtention de faisceau focalisé, dévié et elliptique.  ABSTRACT: The increase of on-orbit lifetime of telecommunication satellites combined with the rapid development of services offered in larger geographical areas creates a need for antenna systems which allow in-flight changes of radiation performances, such as beam re-pointing, beam shaping and nulling for interference canceling. The antenna system should have some flexibility to adapt to the changing performance requirements during the satellite lifetime, for the maximum use of the satellite's capacity. Phased array antennas and horn clusters connected to beamforming networks have usually given a satisfactory performance for reconfigurable beam applications. However, for applications where a limited number of reconfigurations are needed, these solutions are too costly, power consuming and bulky. This thesis presents a new configuration for in-flight changes of antenna radiation performances such as beam re-pointing, beam shaping and null forming in satellite applications. The hybrid solution combines mechanically reconfigurable phase filtering, namely replaceable transmitarrays (TA) with a parabolic reflector. The main drawback of transmit arrays being their limited bandwidth, a study is conducted on the sensitivity of TA unit cells made of multiple layers of printed circuit on a flexible substrate to frequency and spacing variations, using a very simple and effective analysis method. Wideband 4-layer unit cells are designed. These high performance novel transmitarray cells are then used in the design of a focused beam transmitarray antenna and demonstrate wider bandwidth and better efficiency than previously published designs made of printed circuit elements. We also demonstrate a shaped beam TA for the first time. A study on the effect of fabrication errors on performance degradation is also conducted. For the design of the proposed horn-TA-parabolic reflector setup for beam forming, first, an analysis based on physical optics surface current integration is used for the validation of the concept and the establishment of some guidelines as for the minimum distance of the TA with the horn and the minimum quantification to be applied. A center fed reflector was used for this preliminary analysis and blockage effects from the feed were not taken into consideration.


identifier: Naserbakht, N. (2016). Impact of University–Industry Collaboration on the Quality of Biotechnology and Nanotechnology Patents in Canada  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse vise à explorer le rôle et l'impact de la collaboration au niveau des activités liées à la protection de la propriété intellectuelle par le biais de brevets sur la « qualité » de ces derniers dans les domaines de la biotechnologie et de la nanotechnologie au Québec. Nous examinons ici plusieurs mesures ou proxy normalement associés à la « qualité » des brevets. La thèse vise à répondre à la question suivante : Existe-t-il des associations possibles entre les attributs de la collaboration université/industrie et la qualité d'un brevet? Le réseau de collaboration regroupe des scientifiques œuvrant au sein des universités et des industries (Motohashi & Muramatsu, 2012). De plus, la propriété de brevets d'origine “universitaire” par les entreprises est souvent considérée comme l'un des canaux essentiels des liens université-industrie (Bray & Lee, 2000; Bulut & Moschini, 2009; Y. Wang, Hu, Li, Li, & Li, 2015; Y. Wang, Huang, Chen, Pan, & Chen, 2013; Y. Wang, Pan, Chen, & Gu, 2013). Selon des études exploratoires antécédentes en matière de brevets et de propriété intellectuelle, on recense relativement peu d'articles portant sur l'impact des réseaux de collaboration sur les activités de brevetage et sur la « qualité » des brevets au Canada. Dans cette thèse, nous examinons l'impact de ces réseaux, représentés par les liens entre des inventeurs et détenteurs de brevets avec les universités et les entreprises. Des facteurs tels le financement, le nombre d'années d'expérience de l'inventeur, les caractéristiques des réseaux de co-invention et de co-publication sont considérés afin d'estimer la « qualité » des brevets issus de la collaboration université/industrie au Canada. Sterzi (2013) a constaté que les brevets universitaires appartenant à des entreprises sont d'une qualité supérieure lorsqu'ils sont initialement assignés aux universités. Cette thèse vise donc aussi à mesurer l'impact des divers types de cessionnaires de brevets sur la « qualité » de ceux-ci, tout en considérant les liens université-entreprise. Nos travaux ont étudié la « qualité » des brevets générés par les inventeurs universitaires au Canada et qui ont été assignés à une université ou au gouvernement et les ont comparés à la qualité des brevets détenus uniquement par l'industrie. La première question que cette thèse aborde est la suivante: les brevets qui sont générés par au moins un inventeur issu du milieu universitaire (résidant au Canada) et assignés à une université sont-ils d'une « qualité » moindre que ceux appartenant seulement à une entreprise? Également, en considérant le rôle du gouvernement en tant qu'entité du secteur public, nous posons la seconde question suivante : les brevets qui sont générés par au moins un inventeur issu du milieu universitaire (résidant au Canada) et assignés au gouvernement sont-ils d'une « qualité » moindre que ceux appartenant seulement à une entreprise? Nous posons également des questions similaires afin de mesurer l'impact des cessionnaires gouvernementaux et universitaires sur la « qualité » des brevets, afin de comparer les impacts des cessionnaires publics par rapport aux cessionnaires industriels sur la « qualité » de l'invention. En outre, cette thèse cherche à expliquer comment les caractéristiques spécifiques des inventeurs influencent la qualité des brevets issus de la collaboration université/industrie. Par conséquent, cette thèse vise également à répondre à la question suivante : comment les caractéristiques des chercheurs affectent leur capacité à générer des brevets de meilleure « qualité »? Des variables telles que le nombre d'années d'expérience et la collaboration avec de prestigieux inventeurs détendeurs de brevets sont considérées. De plus, nous avons observé l'impact des caractéristiques du réseau de co-invention et de co-publication sur la « qualité » des brevets. Nous avons donc mesuré si les brevets générés par les inventeurs situés dans des réseaux de co-inventeurs ou de co-auteurs très centraux sont d'une « qualité » supérieure à celle des brevets générés par les inventeurs moins centraux. En outre, cette recherche vise à déterminer si les brevets issus d'une combinaison brevet-article ou d'une combinaison brevet-subvention sont d'une « qualité » supérieure à ceux qui n'ont pas de telles combinaisons, soit des articles et brevets publiés par les mêmes équipes sur les mêmes thèmes de recherche et objets d'application. Pour évaluer l'impact des attributs de la relation université-industrie sur la « qualité » des brevets, notre méthodologie consiste en l'estimation de régressions binomiales négatives classiques et à zéro-augmenté, Tobit, et à variables instrumentales pour les moindre carrés ordinaires (2SLS) afin de prendre en considération l'endogénéité potentielle de nos modèles. Nos mesures ou proxy de la « qualité » des brevets comprennent le nombre de citations, le nombre de revendications, un indice de type Herfindahl des citations en amont, et un indice de type Herfindahl des citations en aval. Ce type d'indice mesure la diversité des documents cités par un brevet en particulier et la diversité des brevets qui citent ce brevet. Nos résultats montrent que les brevets générés par au moins un inventeur universitaire et appartenant au secteur public (gouvernement et université) citent une moins grande diversité de documents et sont moins cités que ceux issus du secteur privé (industriels). Nos résultats montrent aussi que les brevets détenus par les institutions publiques sont moins diversifiés que les brevets détenus par le secteur privé. Par conséquent, les brevets attribués aux firmes sont susceptibles d'avoir obtenu plus de citations que les brevets de sources publiques (Popp, 2006; Popp, Santen, Fisher-Vanden, & Webster, 2013). Nos résultats sont cohérents avec les études antérieures de Popp (2006) and Popp et al. (2013). Nous avons utilisé la méthode « fréquence de termes et fréquence de documents inverse » (TF-IDF) qui est une technique d'exploration de données classique permettant de mesurer la similitude entre les différentes combinaisons de paires de brevets et d'articles, afin d'identifier les paires brevet-article que nous allons utiliser. Nos résultats démontrent que l'impact des paires brevet-article sur la « qualité » des brevets est négatif pour les variables nombre de citations et nombre de revendications. De même, nous avons utilisé la méthode TF-IDF pour mesurer la similitude des brevets et des subventions pour trouver les paires brevet-subvention. Nos résultats suggèrent qu'il n'y a un effet négatif des paires brevet-subvention sur le nombre de citations. Cependant, les paires brevet-subvention affectent positivement l'indice Herfindahl des citations obtenues. Mots clés : collaboration université–industrie, qualité des brevets, propriété des brevets, cessionnaires universitaires, cessionnaires gouvernementaux, cessionnaires industriels, paires brevet-article, paires brevet–subvention, biotechnologie, nanotechnologie  ABSTRACT: This thesis aims to explore the role and impact of collaborative patenting on the “quality” of Biotechnology and Nanotechnology patents in Quebec. We examine a number of measures or proxy measures that are normally associated with the “quality” of patents. This study seeks to answer the following question: Is there any association between university–industry collaboration attributes and a patent's quality? The collaboration network includes university and industrial researchers and scientists (Motohashi & Muramatsu, 2012). Furthermore, the ownership of academic patents by corporations is often addressed as one of the essential channels of university–industry ties (Bray & Lee, 2000; Bulut & Moschini, 2009; Y. Wang et al., 2015; Y. Wang, Huang, et al., 2013; Y. Wang, Pan, et al., 2013). According to prior exploratory studies in patenting and intellectual property, there is a lack of attention given to the impact of the co- patenting network on the patent “quality” in Canada. In this research we explore the impact of these networks, represented by inventors' and assignees' ties to universities and corporations. Furthermore, particular factors including funding, inventors' career age, characteristics of the inventors' co-network, and publications are used to estimate the “quality” of joint patents granted to Canadian inventors and/or organisations. Sterzi (2013) found that academic patents owned by firms are of a higher quality when initially assigned to the universities. This study aims to measure the impact of the patent ownership structure on patent “quality”, when the university–industry linkage is considered. We investigated the “quality” of patents generated by academic inventors in Canada and assigned to the university or the government and compared it with the “quality” of patents privately held by industry. The first question that this research addresses is: Are patents generated by at least one academic inventor (residing in Canada) and assigned to the university of a lesser “quality” than those owned by a firm? Likewise, in regard to the role of government, as an entity of the public sector, we pose the following question: Are patents generated by at least one academic inventor (residing in Canada) and assigned to the government of a lesser “quality” than those owned by an industry firm? To answer the above questions we estimated the impact of government assignees and academic assignees on patent “quality”, in order to compare the impacts of the public assignees and industrial assignees on invention “quality”. Furthermore, this study seeks to explain how the inventors' specific characteristics influence the “quality” of patents that stem from university–industry collaboration. Therefore, this thesis also aims to answer the following question: How do the researchers' characteristics affect their opportunities to generate patents of a higher “quality”? Variables such as career age and collaboration with prestigious patent inventors are considered. Moreover, we observed the impact of the co-invention and co-authorship network characteristics on patent “quality”. We therefore measured whether patents generated by inventors that are highly centralized in the co-inventor or co-authorship networks are of a higher “quality” than patents created by inventors that occupy less centralized positions. Furthermore, this research aims to assess whether patents issued from a patent–paper pair or patent–grant pair are of a higher “quality” than those without such a link, i.e. articles and patents published by the same teams and on the same research topics and application objects. To assess the impact of university–industry linkage attributes on patent “quality”, our methodology uses classic and zero-inflated negative binomial regressions, Tobit, and two-stage least-squares regressions (2SLS) to account for potential endogeneity problems. Our measures or proxies of patent “quality” include the number of forward citations, the number of claims, a Herfindahl index of backward citations, and a Herfindahl index of forward citations. This type of index measures the diversity of documents cited by the patent, and the diversity of patents that cite this particular patent. Our findings show that patents generated by at least one academic inventor and owned by the public sector (government and university) are of a lesser “quality” measured by both number of forward citations and a Herfindahl index of backward citations, than those of private (industrial) assignees. Our findings also reveal that patents owned by public institutions are less diversified than privately held patents. Therefore, the patents assigned to the corporations are likely to have obtained more citations than public patents (Popp, 2006; Popp et al., 2013). Our results are consistent with the former studies of Popp (2006) and Popp et al. (2013). We used the Term Frequency and Inverse Document Frequency (TF-IDF) method as a classic data mining technique to measure the similarity between patents and papers, in order to identify the patent–paper pairs. Our results show that the impact of patent–paper pairs on patent “quality” is negative for the number of forward citations and number of claims variables. Likewise, we used the TF-IDF method to measure the similarity of patents and grants to find the patent–grant pairs. Our results suggest there is a negative effect of patent–grant pairs on the number of forward citations. In contrast, patent–grant pairs positively affect the Herfindahl index of forward citations. Keywords: University–Industry Collaboration, Patent Quality, Patent Ownership, Academic Assignees, Government Assignees, Industrial Assignees, Patent–Paper Pairs, Patent–Grant Pairs, Biotechnology, Nanotechnology


identifier: Balosetti, C. (2016). Détection précoce de la cardiotoxicité due à la doxorubicine chez le miniporc par imagerie par résonance magnétique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Objectif : La chimiothérapie est une méthode qui a fait ses preuves quant à l'élimination de différents types de cancers. Cependant la cardiotoxicité associée reste sa plus grande barrière à la bonne santé à long terme des patients. Les jeunes patients recevant un haut dosage sont les plus touchés par cette cardiotoxicité, précoce ou retardée selon les cas. Cette étude vise à examiner la réaction précoce du myocarde à l'injection intraveineuse d'une haute dose de médicament anti-cancéreux chez un large modèle animal par IRM multiparamétrique (mpMRI). Matériel et méthodes : Cinq miniporcs Yucatan femelles prépubères ont reçu 5 doses de doxorubicine (75mg/m2) à trois semaines d'intervalles (dose cumulative totale de 375mg/m2) formant le groupe expérimental appelé groupe Doxo.  Deux miniporcs ont reçu de la saline selon le même protocole, formant le groupe contrôle. Trois acquisitions d'images IRM et échocardiographiques ont été réalisées au cours du projet : la première avant la première injection (A1), la deuxième après la quatrième injection (A2, dose cumulative de 300mg/m2) et la troisième trois semaines après la dernière injection (A3). Des tests d'hématologie ont été réalisés pour vérifier la déficience de l'immunité due au traitement de chimiothérapie. Les données d'IRM ont été comparées entre les acquisitions et les groupes grâce à des ANOVA à une voie sur les rangs et incluaient le déplacement cumulatif de chaque point du contour myocardique, les aires ventriculaires, la longueur des ventricules, l'épaisseur des parois, la torsion du ventricule gauche, les valeurs cumulatives de contrainte et déformations selon von Mises, les temps de relaxation T1 (avant, T1pre, et après, T1post, l'injection d'un agent de contraste) et T2. Résultats : Les miniporcs recevant la chimiothérapie ont souffert d'alopécie et de diarrhée pendant quelques jours après chaque injection. Les taux de globules blancs et de plaquettes ont chuté dans le groupe Doxo restant stable chez les miniporcs sains. Les fractions d'éjection et de raccourcissement ainsi que le flux aortique ont chuté lors de la dernière acquisition dans le groupe Doxo, ce qui n'a pas été noté chez les porcs sains. Les mesures d'aires, de longueurs, d'épaisseurs et de torsions calculées par IRM présentaient des courbes similaires mais dont l'amplitude changeait selon les groupes et les acquisitions. Les valeurs de contraintes et déformations ont diminué lors de la dernière acquisition en systole et fin de diastole.  ABSTRACT: Purpose: Chemotherapy has been proven to be the best way to eliminate several types of cancer. However, the associated cardiotoxicity is an important drawback to the long-term well-being of patients. Young patients receiving a high dosage are the most prone to develop this cardiotoxicity, which can occur either early or late after treatment. This study aims to investigate the early myocardial response to an intravenous injection of a high dosage of anticancer agent, using multiparametric MRI (mpMRI), in a large animal model. Material & Methods: Five young female Yucatan minipigs received five doses of doxorubicine (75mg/m2), one every three weeks (total cumulative dose of 375mg/m2), constituting the experimental group called Doxo group. Two minipigs received saline under the same protocol, constituting the control group. Three MRI and echocardiographic images acquisitions were performed: the first before the first injection (A1), the second after the fourth injection (A2, cumulative dose of 300mg/m2) and the third three weeks after the last injection (A3). Hematologic tests were performed to verify the immune deficiency due to chemotherapy. MRI data were compared between groups and acquisitions using one way ANOVA on ranks and included cumulative displacement of each point on the myocardial contour, ventricular areas, ventricular lengths, wall thicknesses, left ventricle torsion, cumulative values of von Mises stress and strain, relaxation times T1 (before, T1pre, and after, T1post, a contrast agent injection) and T2. Results: Minipigs receiving chemotherapy suffered from alopecia and diarrhoea for some days after each injection. White blood cells and platelets rates decreased in the Doxo group while staying stable in the control group. The ejection fraction, the shortening fraction and the aortic blood flow decreased at A3 in the Doxo group but not in the control group. Similar curves were shown for MRI measurements of areas, lengths, thicknesses and LV torsion but their amplitude was different according to groups and acquisitions. Stress and strain values decreased at A3 in systole and end-diastole. T1 pre-gadolinium values decreased with time in the control group. T1 post-gadolinium values decreased in both groups with time. T2 values decreased in the Doxo group.