identifier: Ma, T. (2017). Practical Terahertz Waveguides for Advanced Light Management  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec la demande croissante de bandes passantes plus larges et de taux de transfert de données plus élevés, l'utilisation des térahertz (THz) pour les communications sans fil a connu un regain d'attention ces récentes années. En raison de ses faibles absorption et dispersion, le gaz est souvent vus comme les meilleurs médium pour transmettre la radiation THz. Aujourd'hui, de nombreux systèmes de communication THz se basant sur propagation à l'air libre ont été développés et étudiés, démontrant des taux de 100 Gbit/s pour des fréquences de porteuses sous 0.6 THz. Cependant, l'application de ces systèmes sont encore limités en raison des défis inhérents posés par une propagation en espace libre, tels qu'une forte dépendance aux conditions atmosphériques, une divergence rapide du faisceau THz (spécialement à basses fréquences) et le besoin de matériel optique distinct et d'alignement parfait. De plus, en raison de la forte directionalité des faisceaux THz, l'accès aux zones partiellement bloquées peut être compliqué et requiert des solutions additionnelles de manipulation des THz pour une communication fiable. D'un autre côté, les guides d'ondes diélectriques offrent des solutions aux limitations d'une propagation à l'air libre. En particulier, la propagation dans les fibres THz scellés permet d'éviter les problèmes de communication liés à l'influence des conditions atmosphériques. De plus, ces fibres sont flexibles et permettent ainsi d'accéder à des zones physiquement obstruées. Finalement, la taille de ces fibres est comparable à la longueur d'onde, permettant des liens de communication compacts. Cependant, aucun système de communication basés sur les fibres n'existe actuellement. Les principales raisons sont les fortes absorptions et la dispersion dans ces guides d'onde. Au cours de la dernière décennie, plusieurs fibres THz ont été proposées pour réduire les pertes. On peut donc considérer que ce problème est résolu. Cependant, la gestion de la dispersion est encore très peu étudiée dans la littérature. Dans cette thèse, j'explore différents types de guides d'onde diélectriques pour réduire à la fois les pertes et la dispersion dans le spectre des THz. Premièrement, je présente un guide d'onde THz à coeur creux à bande interdite qui utilise des réflecteurs positionnés suivant une distribution hyperuniforme. La motivation première de ce guide d'onde est d'explorer la possibilité d'utiliser le design à coeur creux qui possède des larges bandes interdites potentiellement plus grandes que celle atteignables avec des structures simplement périodiques.  ABSTRACT: With the demand of wider bandwidths and higher bit rates, the use of terahertz frequencies for wireless communications has experienced a surge of attention in recent years. Due to its low absorption and low dispersion, dry gas has been proven to be the best medium to deliver terahertz radiation. To date, various THz communication systems with carrier frequencies smaller than 0.6THz and data transmission rates of 100Gbit/s have been developed and investigated based on free-space propagation (FSP). However, applications of these THz communication systems are still limited due to inherent challenges posed by the free space propagation modality, such as strong dependence on atmospheric conditions, rapid divergence of the THz beams especially at lower frequencies, and demand of professional alignment and optic hardwares. Additionally, due to strong directionality of the THz beams, wireless communications access to partially blocked areas can be problematic, thus, requiring additional THz steering solutions for reliable communications. On the other hand, dielectric fibers and waveguides offer solutions to the limitations caused by free-space propagation. Particularly, light propagates through sealed THz fibers, thus, influence of the atmospheric conditions on the communication link quality is minimized. Additionally, THz fibers are flexible, hence, allowing access to even physically obstructed areas. Finally, THz fiber size is typically comparable to the wavelength of light, thus enabling highly compact communication links with small footprint. However, no such waveguide-assisted THz communication system currently exists. The main culprits are high absorption and dispersion of THz waveguides. In the past decade, various THz fibers have been proposed for low loss guidance, and hence the loss reduction in THz fibers can be considered as a solved problem. However, dispersion management in THz fibers has been rarely studied and remains unsolved. In this thesis, I will explore several types of dielectric waveguides for both loss and dispersion reduction in terahertz frequency range. First, I present a novel hollow-core terahertz PBG waveguide that uses hyperuniform disordered reflectors. The main motivation of the proposed waveguide is to explore the possibility of designing hollow-core waveguides that feature spectrally broad bandgaps which are potentially superior to those attainable with purely periodic structures.


identifier: Filliot, L. (2017). Calcul des paramètres électriques des câbles avec la dépendance fréquentielle par la méthode des moments et l'opérateur d'admittance surfacique (MoM-SO)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif du projet de maîtrise est de calculer les paramètres de résistance et d'inductance par unité de longueur des câbles électriques en utilisant la nouvelle méthode MoM-SO (Method Of Moments and Surface admittance Operator). Ces paramètres doivent être calculés pour une large bande de fréquences afin de pouvoir simuler les réseaux électriques lors de transitoires électroma-  gnétiques. La simulation des réseaux lors des transitoires électromagnétiques est d'importance cruciale car ces transitoires sont une des sources principales de fautes dans les réseaux électriques. Le calcul de ces paramètres se fait actuellement en utilisant des formules analytiques venant de l'intégrale de Pollaczek. C'est cette méthode qui est implémentée dans l'interface Cable Data présente dans EMTP-RV. Cependant, cette méthode ne prend pas en compte les effets de proximité. La méthode des éléments finis (FEM), quant à elle, prend en compte les effets de proximité mais requiert un temps de calcul très important et une bonne maîtrise de la procédure de calcul des paramètres par méthode des éléments finis. La méthode MOM-SO, au lieu de discrétiser l'intégralité de l'espace comme la méthode des éléments finis, discrétise seulement les surfaces des conducteurs, tuyaux et gaines. Elle serait ainsi bien plus rapide, tout en étant aussi précise grâce à la prise en compte des effets de proximité et de peau. Après avoir rappelé les équations utilisées dans la méthode MoM-SO telles que décrites dans l'état de l'art, on les adapte pour le cas des conducteurs aériens en prenant en compte le retour par la terre. Quelques cas particuliers sont également explicités afin d'être capable d'utiliser la méthode pour toutes configurations de câbles. Pour les câbles souterrains, on montre d'abord la méthode « complète » prenant en compte le retour par la terre par MoM-SO, on verra alors les problèmes numériques que présente cette méthode et on présentera donc une méthode hybride utilisant des formules analytiques.  ABSTRACT: The objective of the thesis is to compute the per-unit-length parameters of cables using the new MoM-SO method (Method of Moments and Surface admittance Operator). These parameters, the series impedance and shunt admittance matrices, must be computed for any value of the frequency spectrum, enabling us to simulate the network during electromagnetic transients. These transients being one of the main sources of failures in power systems, accurate and trustworthy simulations are a crucial need for power engineers. These parameters can be obtained by analytic formulas derived from Pollaczek's equation. This method is implemented on the Cable-data plug-in of the network simulation software EMTP-RV. However, this method doesn't account for proximity effects. As for finite elements methods (FEM), they take into account proximity effects but they require long computation time and are not fit for non-expert users. The MoM-SO method, instead of discretizing the entire space as FEM do, only discretize the surface of conductors, holes and sheaths, making it faster to compute while being a proximity effect aware method as accurate as FEM. After a recall of MoM-SO theory as described on state of the art, the equations are adapted for the case of overhead conductors, accounting for the ground return effect. A few particular cases are also detailed in order to cover any cable configurations. For underground cables, we first present the full method accounting for ground return effect with MoM-SO explaining the numerical issues encountered. To palliate these difficulties, a hybrid method is presented and used. This method consists in computing the parameters with any analytic method and adding afterwards the proximity effects contribution computed with MoM-SO. This process goes with the following advantages compared to the full method: as any analytic method can be used, it can be improved more easily and the shunt admittance matrix can also be directly obtained, it is simpler to implement, faster to compute and accurate thanks to the taking into account of proximity effects. Several cables and lines configurations are studied, allowing us to evaluate the influence of proximity effects depending on the distance separating conductors.


identifier: Chen, J. (2017). Mechanical Pretreatment of Lignocellulosic Biomass to Increase the Yield of Enzymatic Hydrolysis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sucre est une matière première importante qui est issue d'opérations de bioraffinage. Sa conversion en biocarburants ou en produits chimiques représente une alternative aux produits dérivés de ressources fossiles. Cependant, la biomasse lignocellulosique fait preuve de résistance à l'hydrolyse enzymatique, ce qui rend difficile sa conversion en sucres. Le développement d'un procédé de prétraitement efficace préalable à cette opération de saccharification représente un défi pour d'en augmenter l'efficacité. Le raffineur à disques qui'était utilisée dans les usines de pâtes mécaniques, la baisse de la demande en la matière en a provoqué l'inactivité forcée. La technologie de raffinage à disques serait intéressante pour le prétraitement de la biomasse lignocellulosique car elle permet d'en augmenter la digestibilité enzymatique grâce à la réduction de la taille de ses particules et à l'augmentation de la surface de ses fibres. Son application dans des bioraffineries permettrait de diminuer considérablement les coûts d'investissement et les risques associés. Un système de raffinage à disques (à échelle pilote) a été modifié dans le cadre de ce projet en vue d'obtenir de hauts rendements en sucres et de faibles consommations énergétiques lors de la saccharification de différents types de biomasse lignocellulosique par hydrolyse enzymatique. La première étape de ce projet vise à étudier un traitement thermique avec ajout de NaOH (5% massique par-rapport à la biomasse) sur de copeaux de bois. Les résidus issus de cette étape sont assujettis à différentes étapes de raffinage à disques (leur consistance varie alors de 5 à 15%, l'écart entre les disques de 0.15 à 1.00 mm) et subissent une hydrolyse enzymatique. Les résultats alors obtenus sont les suivants : - Le traitement thermique à 140°C avec ajout de NaOH permet l'extraction partielle de la lignine et l'augmentation significative des rendements en sucres lors de l'étape de saccharification tout en diminuant la quantité d'énergie consommée lors du prétraitement mécanique. - Le raffinage à faible consistance permet de réduire les coûts en énergie tout en diminuant le rendement en sucres de l'hydrolyse; un faible écart entre les disques augmente le rendement en sucres mais provoque une augmentation significative des coûts d'énergie.  - Le procédé de prétraitement à disques est constitué de deux étapes : un prétraitement thermochimique (TCP) suivie d'un prétraitement de raffinage à disques (DRP). Les conditions optimales déterminées consistent en l'ajout de 5% massique (par-rapport à la biomasse) de NaOH, d'un traitement à la vapeur à 140°C pendant 30 minutes, d'une consistance de raffinage de 8% et d'un écart de 0.80 mm entre les disques. - Le procédé TCDR a un rendement en sucres 35% plus importants qu'un procédé de mise en pâte mécanique non-modifié et consomme 62% moins d'énergie. La seconde phase de ce projet est une étude de l'application du traitement TCDR à différents types de biomasse lignocellulosique (bouleau, pin noir, tiges de maïs et luzerne). Les compositions chimiques et structures physiques sont déterminées pour chacune d'entre-elles, ainsi que les courants de sucres et les quantités d'énergies associées à leur passage dans le procédé de traitement. Les résultats alors obtenus sont les suivants: - Le procédé de prétraitement à la vapeur permet d'extraire la lignine et les hémicelluloses pour tous les types de biomasse. Parmi tous les types de biomasses prétraitées, les tiges de maïs sont celles contenant la plus faible quantité de lignine. - Parmi tous les types de biomasses prétraitées, pour un même écart entre les disques, les fibres issues du pin noir sont les plus longues alors que celles des tiges de maïs sont les plus courtes. - L'opération de prétraitement a un effet plus important sur les tiges de maïs et sur la luzerne que sur le bouleau et le pin noir. Plus particulièrement, les rendements en sucres pour les tiges de maïs prétraitées sont les plus importants (97.3%), et sa consommation énergétique est de 196 kWh par tonne de biomasse.  ABSTRACT: Sugar is a core transitional biofeedstock produced in a biorefinery process that can be further converted into biofuels or chemicals thus offering a sustainable alternative to fossil fuel-based chemicals. However, one challenge of sugar production from lignocellulosic biomass is to develop an efficient pretreatment process to improve the efficiency of enzymatic hydrolysis, due to its unique lignocellulosic biomass recalcitrances.    Disk refiners usually used in mechanical pulping mills might have become idled industrial machines because of the low demand for traditional products. The disk refining technology has attracted attention for the lignocellulosic biomass pretreatment in a biochemical conversion process, since it can improve enzymatic digestibility by removing biomass recalcitrances. Also, using existing highly commercialized disk refining equipment into a biorefinery mill would significantly lower investment cost and reduce associated risks. In this thesis, an existing disk refining system (pilot plant scale) utilized as a pretreatment process has been modified to obtain a high sugar yield by enzymatic hydrolysis with a low energy consumption for different lignocellulosic biomasses.  In the first phase, a thermal treatment with NaOH addition (5% w/w biomass) before disk refining was studied for hardwood chips. The residues were the feedstocks of the disk refining system at various disk refining gap sizes from 0.15 mm to 1.00 mm and consistency from 5% to 15%. The solid residues then were used for enzymatic hydrolysis.  - The results showed that the thermal treatment (140˚C) with NaOH addition can partially remove lignin and significantly increase sugar yield. It also reduces energy consumption of mechanical pretreatment.  - Low consistency refining can reduce energy cost and slightly decrease sugar yield. Small refining gap size increases sugar yield while results in significantly higher energy cost.  - The strategy of the thermochemical disk refining pretreatment (TCDRP) process consists of a two-step treatment:  a thermochemical pretreatment (TCP) and a disk refining pretreatment (DRP). The optimum condition of TCDRP is NaOH addition of 5% (w/w dry biomass), steaming at 140˚C for 30 minutes, refining consistency at 8% and refining gap at 0.80 mm.  - Compared to a non-modified typical mechanical pulping process, the TCDRP pretreatment has higher sugar yield by 35% with an energy saving of 62%.  The second phase of this work focused on the investigation of the TCDRP on different lignocellulosic biomasses including white birch, black spruce, corn stover and alfalfa. It consists of the characterizations of chemical composition and physical structure, and analysis of energy consumption and sugar streams.  - The results revealed that there is a removal of lignin and hemicelluloses by the TCDRP for all biomasses. The corn stover pretreated by the TCDRP had the lowest lignin content versus the other biomasses pretreated by the TCDRP.  - At the same refining gap size, the TCPRP treated corn stover had the lowest fiber length while the TCDRP treated black spruce had the highest fiber length.  According to energy consumption and sugar yield, this TCDRP had more effect on corn stover and alfalfa than on white birch and black spruce. In particular, the sugar yield of the TCDRP treated corn stover is the highest (97.3%) compared to other biomasses; its energy consumption is 196 kWh/ton.


identifier: Lavallée, M. (2017). La gestion de la connaissance des équipes de développement logiciel  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Contexte : Le développement logiciel est un travail d'équipe manipulant un produit essentiellement invisible. En conséquent, le développement logiciel nécessite des échanges de connaissances importants entre développeurs afin que l'équipe effectue une résolution de problème adéquate. Cette résolution de problème résulte en une prise de décision qui aura un impact direct sur la qualité du produit logiciel final. Objectif : Ce travail doctoral a pour objectif de mieux comprendre ces interactions entre développeurs et comment ces interactions peuvent être liées à des problèmes de qualité logicielle. Cette meilleure compréhension du phénomène permet d'améliorer les approches actuelles de développement logiciel afin d'assurer une meilleure qualité du produit final. Méthodologie : Premièrement, des revues de littérature ont été effectuées afin de mieux comprendre l'état actuel de la recherche en gestion de connaissance dans le génie logiciel. Deuxièmement, des analyses de code source et des discussions avec les développeurs ont été faites afin de mieux cerner les causes de problèmes classiques de qualité logicielle. Finalement, des observations faites dans l'industrie ont permis de comprendre la prise de décision collective, et comment cette prise de décision impacte la qualité logicielle. Résultats : Les observations effectuées ont démontré que la qualité logicielle n'est pas qu'un problème d'éducation ; l'essentiel des problèmes de qualité ont été introduits par les développeurs en toute connaissance de cause afin de répondre à d'autres impératifs plus urgents au moment de la prise de décision. Améliorer la qualité des logiciels demande de revoir la manière dont les projets de développement logiciel sont gérés afin d'assurer que les décisions prises sur le terrain n'auront pas de conséquences négatives trop coûteuses à long terme. Conclusions : Il est recommandé que les organisations se dote d'un nouveau palier décisionnel faisant la jointure entre besoins techniques (i.e. qualité logicielle) et administratifs (i.e. ressources disponibles). Ce nouveau palier décisionnel se situerait au niveau de la base de code (« codebase »), soit entre le palier organisationnel et le palier de gestion de projet. Une base de code étant modifiée de manière concurrente par plusieurs projets en parallèle, il devient nécessaire d'avoir un meilleur contrôle sur les modifications effectuées sur celle-ci. Ce nouveau palier serait le gardien des connaissances en lien avec la base de code, selon le principe « you build it, you run it » favorisé dans certaines organisations. Ce nouveau palier serait responsable d'assurer que la base de code reste d'une qualité suffisamment bonne pour supporter les activités de l'organisation dans l'avenir.  ABSTRACT: Context: Software development is a process requiring teamwork on an essentially invisible product. Therefore, software development requires important knowledge exchanges between developers in order to ensure a proper problem resolution. This problem resolution affects the decision making process, which will have a direct impact on the software quality of the final product. Objective: This thesis work aims to better understand these interactions between developers and how they can be linked to software quality problems. With a better understanding of the relation, it will be possible to improve the current software development management practices in order to ensure a better quality of the final software product. Method: First, literature reviews were made with the objective to understand the current state of the research in knowledge management in software engineering. Second, source code analyzes and discussions with the developers were executed in order to better understand the causes of typical software quality issues. Finally, observations were made in an industrial context in order to observe collective decision making in the field, and to understand how these decisions impacts software quality. Results: The bservations made demonstrated that software quality is not only an educational problem; most of the quality problems found were introduced voluntarily by the developers in order to answer a more urgent requirement at the time. Improving software quality therefore requires a review of how software development projects are managed in order to ensure that the decision made in the field do not have overly costly consequences in the long term. Conclusions: It is recommended that organization assign a new decision level linking the technical requirements (i.e. software quality) with administrative requirements (i.e. available resources). This new decision level would be situated at the codebase level, between the organizational strategy level and the project management level. A codebase being modified concurrently by multiple projects, it is therefore necessary to have a better control of the modifications made on it. The people at this new decision level would be the knowledge repository related to the codebase, under the “you build it, you run it” principle popular in some organizations. This new decision level would be responsible of ensuring that the codebase remains of a sufficient quality in order to support the future activities of the organization.


identifier: Zaglam, N. (2017). Analyse automatique de radiographies pulmonaires pour le diagnostic précoce du syndrome de détresse respiratoire aiguë  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA) est une maladie pulmonaire qui représente la forme la plus grave de l'insuffisance respiratoire aiguë. Elle consiste en une atteinte inflammatoire aiguë des poumons et se manifeste au niveau de la radiographie pulmonaire sous forme d'opacités bilatérales. Le diagnostic de cette maladie est effectué à partir de données sur l'hypoxémie et de l'analyse de la radiographie pulmonaire. L'interprétation de la radiographie pulmonaire par des experts souffre d'une variabilité inter-observateurs élevée, ce qui peut entraîner un diagnostic tardif. Cela est problématique, car un diagnostic retardé d'un patient atteint du SDRA rend son traitement moins efficace et peut, par conséquent, grever son pronostic. D'où l'intérêt de développer un système d'aide à la décision clinique (SADC) pour aider le médecin à établir un diagnostic précoce de la maladie. Les SADC pour le diagnostic automatique de maladies à partir des radiographies sont devenus des outils très importants. Ils consistent à analyser automatiquement les radiographies pour identifier les anomalies et procurer un deuxième avis diagnostic aux médecins. Même si plusieurs SADC ont été déjà développés, il n'existe aucun SADC pour le diagnostic du SDRA. La difficulté principale est due à la superposition de structures osseuses telle que la cage thoracique, dont la propriété de radio-opacité rend leur apparence très similaire à celle des opacités diffuses liées au SDRA dans la radiographie pulmonaire. Une segmentation préalable des côtes entières est requise dans le but de les exclure de l'analyse et de focaliser sur l'étude des opacités diffuses due au SDRA. Pour pouvoir valider un SADC pour le diagnostic du SDRA, la création d'une base de radiographies pulmonaires diagnostiquées avec précision est aussi indispensable. La première partie de cette thèse propose un SADC original pour le diagnostic du SDRA à partir de radiographies pulmonaires. Comme il n'existe actuellement aucun système dédié pour cette pathologie, il a fallu le construire de novo. Le SADC développé consiste à analyser une radiographie du thorax après soustraction des côtes entières (postérieures et antérieures) pour pouvoir extraire des régions d'intérêt (ROI) intercostales qui se composent de tissus pulmonaires et analyser uniquement ces régions. Des caractéristiques statistiques et spectrales sont extraites pour chaque ROI. Ensuite, une méthode de transformation des caractéristiques est appliquée en utilisant l'analyse discriminante linéaire (Linear Discriminant Analysis). Les ROI sont ensuite classifiées comme normales ou anormales en utilisant un classifieur SVM. Finalement, le pourcentage des ROI anormales est calculé pour chaque cadran (chaque poumon est divisé en deux parties appelées cadrans). Si ce pourcentage est supérieur à 34%, le cadran donné est alors considéré comme touché. Et si au moins un cadran du poumon gauche et un cadran du poumon droit sont touchés, alors la radiographie pulmonaire est considérée comme un cas de SDRA. Le SADC proposé a été évalué en utilisant une base de radiographies pulmonaires diagnostiquées avec consensus entre plusieurs experts et des mesures de performance telles que la sensibilité et la spécificité ont été calculées. Le système automatisé développé pour le diagnostic du SDRA a permis d'obtenir une bonne sensibilité et une bonne spécificité (sensibilité = 90.6% et spécificité = 86.5%). La deuxième partie de cette thèse présente une étude sur la variabilité inter-observateurs pour le diagnostic du SDRA à partir de radiographies pulmonaires en utilisant notre système, soit individuellement, soit comme deuxième avis. Cette étude a été réalisée en calculant le coefficient Kappa, d'abord entre les experts, ensuite en utilisant le système d'analyse développé. Notre système d'analyse automatique a permis d'améliorer le coefficient Kappa et d'obtenir une bonne concordance de diagnostic en l'utilisant individuellement (Kappa = 0.77) ainsi qu'une meilleure concordance ou une concordance presque parfaite de diagnostic en l'utilisant comme deuxième avis (Kappa = 0.79-0.86). La troisième partie de cette thèse est consacrée à une analyse des besoins pour un SADC déployable en clinique. Dans cette étude, nous avons remarqué que peu de SADC pour l'interprétation de radiographies pulmonaires ont été commercialisés. Aussi, nous avons montré que plusieurs facteurs doivent être considérés pour développer un SADC en soins intensifs. Ces facteurs incluent : la segmentation interactive pour l'extraction des régions d'intérêt (ROI) afin d'améliorer la performance; le choix des caractéristiques devrait être basé sur les différents aspects qui caractérisent l'apparence de la pathologie sur les radiographies pulmonaires et devraient être combinées pour atteindre une meilleure performance; et la construction de la base de données pour la validation du système joue un rôle très important dans la performance de tout SADC. Ce dernier facteur implique que la base des radiographies pulmonaires doit être construite avec précaution en considérant les facteurs suivants: le nombre de radiographies normales et anormales à utiliser ainsi que la représentativité de la diversité des anomalies; la méthodologie à utiliser pour élaborer l'interprétation des radiographies pulmonaires; et la qualité des images à utiliser. Finalement, la création de bases de radiographies pulmonaires publiques permettrait de comparer différents SADC et de choisir celui ayant la meilleure performance, et par conséquent celui qui doit être testé en premier en clinique. En conclusion, ce projet propose un SADC pour le diagnostic précoce du SDRA à partir de radiographies pulmonaires. Son évaluation a permis de confirmer qu'il peut être utilisé par les médecins pour fournir un deuxième avis afin d'élaborer un diagnostic plus précis. En perspective, pour utiliser notre système tout au long du traitement d'un patient atteint du SDRA, une fusion multimodale d'images (RX/ CT/ TIE) permettrait de visualiser à la fois l'information fonctionnelle et l'information morphologique, ainsi que de connaître l'état actuel du patient. Ceci donnerait lieu à un suivi clinique plus efficace au chevet du patient, entre autres en choisissant les paramètres optimaux pour la ventilation mécanique.  ABSTRACT: Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is a lung disease which represents the most severe form of acute respiratory failure. It consists of an acute inflammation of the lungs and manifests as bilateral opacities in chest radiographs. The diagnosis of this disease is done using the chest X-ray and hypoxemia criteria. However, interpretation of chest X-ray by medical experts suffers from high inter-observer variability, which can lead to a delayed diagnosis. This is problematic because any delay in diagnosing ARDS makes its treatment less effective and may, therefore, burden the patient's prognosis. Hence, there is a clear clinical motivation to develop a computer-aided diagnosis (CAD) system to help the doctor establish an early chest X-ray diagnosis of the disease. CAD systems using X-rays for automatic diagnosis of diseases have become very important tools. They consist in automatically analyzing radiographs to identify abnormalities and providing a second diagnostic opinion to physicians. Even though several CAD systems have already been developed, there is currently no such system for the diagnosis of ARDS. The main difficulty is due to the superposition of bone structures such as the rib cage, whose radiopacity makes their appearance very similar to that of diffuse opacities associated with ARDS in chest radiographs. A preliminary segmentation of the whole ribs is thereby required in order to exclude them from the analysis and to focus on studying only the diffuse opacities linked with ARDS. To validate a CAD system for diagnosing ARDS, the creation of a database of chest X-rays diagnosed accurately is also essential. The first part of this thesis proposes a novel CAD system for the diagnosis of ARDS from chest radiographs. As there is currently no dedicated system for this disease, it was necessary to build it de novo. The CAD system we developed consists in analyzing a chest radiograph by first subtracting the whole ribs (anterior and posterior) from the image, and subsequently extracting intercostal patches and analyzing these regions of interest only, which are made up of lung tissues. Statistical and spectral features are extracted from each patch. A feature transformation method is then applied using Linear Discriminant Analysis (LDA). The patches are then classified as either normal or abnormal using an SVM classifier. Finally, the rate of abnormal patches is calculated for each quadrant (each lung is divided into two parts called quadrants). If this rate is greater than 34%, the given quadrant is then considered as affected. And if at least one quadrant of the left lung and one of the right lung are affected, then the chest radiograph is considered as an ARDS case. The proposed CAD system was evaluated using a database of chest radiographs diagnosed with consensus among several experts, and performance measurements such as sensitivity and specificity were calculated. The automated system developed for diagnosing ARDS achieved a sensitivity and specificity that are both good (sensitivity = 90.6% and specificity = 86.5%). The second part of this thesis presents a study of the inter-observer variability for the diagnosis of ARDS from chest radiographs using our system either by itself or as providing a second opinion. This study was carried out by calculating the Kappa coefficient, first between the medical experts, then by using the proposed CAD system. Our automatic analysis system improved the Kappa coefficient and showed a good diagnostic agreement when used individually (Kappa = 0.77) and a better diagnostic agreement or an almost perfect agreement diagnosis using it to give a second opinion (kappa = 0.79-0.86). The third part of this thesis is devoted to a requirements analysis for a CAD system to be used in the clinical setting. In this study, we noticed that only a few CAD systems for chest X-ray interpretation are commercially available. Thus, we showed that several factors must be considered when developing a CAD system for use in intensive care. These factors include: interactive segmentation for extracting regions of interest (ROI) to improve performance; the choice of features should be based on the different aspects that characterize the appearance of the pathology in chest X-rays and should be combined to achieve better performance; and the construction of a validation database, which plays a very important role in the performance of any CAD system. The latter implies that the database must be carefully constructed by considering the following factors: the number of normal and abnormal chest X-rays to be used and the representativeness of the diversity of abnormalities, the methodology used to interpret the chest X-rays, and the quality of the images to use. Finally, the creation of public databases of pulmonary radiographs would make it easier to compare different CAD systems and to choose the one that performs best and therefore the one to be tested first in the clinical setting. In conclusion, this project proposes a CAD system for the early diagnosis of ARDS from chest X-rays. Its evaluation allowed us to confirm that it can be used by doctors to provide a second opinion with the aim of elaborating a more accurate diagnosis. In future work, to utilize our system throughout the treatment of an ARDS patient, a multimodal image fusion approach (RX / CT / EIT) would allow the visualization of both functional and morphological information, as well as knowing the patient's current condition. This would give rise to more efficient monitoring at the patient's bedside, in particular by choosing the optimal settings for mechanical ventilation.


identifier: Belmekki, T. (2017). Analyse des accidents graves et mortels engendrés par les machines mobiles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les machines mobiles sont massivement utilisées dans plusieurs secteurs économiques majeurs tels que la construction, l'exploitation forestière, l'exploitation minière et l'agriculture. Elles sont impliquées dans des accidents causant des dommages humains et matériels considérables aussi bien en utilisation normale que durant les opérations de maintenance. L'objectif du présent travail est de déterminer les causes principales des accidents engendrés par les machines mobiles sur la base d'un échantillon de 309 accidents graves et mortels au Québec et d'estimer la probabilité ou la sévérité de ces accidents à l'aide de techniques statistiques et de fouille des données (data mining). Chaque rapport décrit chronologiquement et en détails toutes les circonstances entourant l'accident. Deux méthodes d'analyse sont développées et appliquées. La première méthode est l'analyse manuelle de chaque rapport d'accident. Le but est d'extraire les données, sous forme de vecteur d'informations libellé par accident grave ou mortel et résumant les circonstances et les causes retenues pour cet accident. Les principales causes d'accidents sont déterminées sur la base de leurs récurrences dans l'échantillon et une liste de vérification des éléments importants à vérifier pour une utilisation sécuritaire des machines mobiles est proposée. La seconde méthode est l'analyse quantitative de l'ensemble des vecteurs d'informations en faisant appel à des techniques statistiques et de fouille de données : modèles de régression logistique et de régression linéaire multiple, modèle d'analyse logique des données (LAD) et modèle de risque proportionnel de Cox. Chacun de ces modèles a permis d'estimer la probabilité et la sévérité d'un accident d'une façon différente. Les résultats de chaque modèle sont discutés.  ABSTRACT: In Quebec, mobile machinery is frequently used in several major economic sectors such as construction, forestry, mining and agriculture. They cause a considerable amount of human and material damage during exploitation as well as maintenance operations. The study aims to determine the main causes of mobile equipment related accidents based on the analysis of 309 accidents reports in Quebec, and to estimate the probability and the severity of accidents using statistical methods and a data mining technique. Each report provides a detailed and chronological description of all circumstances surrounding the accident. Two analysis methods are developed and applied. The first one consists of analysing manually all the accidents reports to extract the most significant information. The main causes are determined according to their frequencies in the studied sample, lastly a chek-list was elaborated to verify the most important points for a safe use of mobile equipment. The second method consists of performing a quantitative analysis of mobile equipment related accidents. For this part, four statistical and data mining technics were applied: logistic regression, multiple linear regression, logical analysis of data (LAD) and proportional hazard model of Cox (PHM). Each model allows a different way to estimate the probability or the severity of accidents. The results of the models are discussed.


identifier: Béliveau, P. (2017). Texture Analysis of Late Gadolinium Enhanced Cardiac Magnetic Resonance Images for Characterizing Myocardial Fibrosis and Infarction  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le tiers de la population aux États-Unis est affecté par des cardiomyopathies. Lorsque le muscle du coeur, le myocarde, est altéré par la maladie, la santé du patient est détériorée et peut même entrainer la mort. Les maladies ischémiques sont le résultat d'artères coronariennes bloquées (sténose), limitant l'apport sanguin vers le myocarde. Les cardiomyopathies non-ischémiques sont les maladies dues à d'autres causes que des sténoses. Les fibres de collagène (fibrose) s'infiltrent dans le muscle cardiaque dans le but de maintenir la forme et les fonctions cardiaques lorsque la structure du myocarde est affectée par des cardiomyopathies. Ce principe, nécessaire au fonctionnement du coeur en présence de maladies, devient mal adapté et mène à des altérations du myocarde aux conséquences négatives, par exemple l'augmentation de la rigidité du myocarde. Une partie du diagnostic clinique lors de cardiomyopathies consiste à évaluer la fibrose dans le coeur avec différentes modalités d'imagerie. Les fibres de collagène s'infiltrent et s'accumulent dans la zone extracellulaire du myocarde ou peuvent remplacer progressivement les cardiomyocytes compromises. L'infiltration de fibrose dans le myocarde peut possiblement être réversible, ce qui rend sa détection particulièrement importante pour le clinicien.  Différents tests diagnostiques existent pour aider le clinicien à établir l'état du patient en présence de cardiomyopathies. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité d'imagerie qui offre une haute résolution pour la visualisation du myocarde. Parmi les séquences disponibles avec cette modalité, l'imagerie par rehaussement tardif (RT) augmente le contraste du signal existant entre les tissus sains et les tissues malades du myocarde. Il s'agit d'images en pondération T1 avec administration d'agent de contraste qui se propage dans la matrice extracellulaire et résulte en un rehaussement du signal à cet endroit. Les images IRM RT permettent d'évaluer la présence et l'étendue des dommages au myocarde. Le clinicien peut évaluer la sévérité des cardiomyopathies et poser un pronostique à l'aide de ces images. La détection de fibrose diffuse dans ces images peut informer le clinicien sur l'état du patient et est un important marqueur de cardiomyopathies.  Il est important d'établir l'occurrence de l'infarctus en présence de maladies ischémiques. En effet, l'approche interventionnelle varie selon que le clinicien fait face à une ischémie aigue ou chronique. Lors du diagnostic, Il serait donc bénéfique de différencier les infarctus du myocarde aigu de ceux chronique. Ceci s'est avéré difficile à l'aide des images IRM RT où l'intensité du signal ou la taille des régions sont similaires dans les deux types d'ischémie.  Le but de la présente thèse est donc d'appliquer les méthodes d'analyse de texture à des images IRM RT afin de détecter la présence de fibrose diffuse dans le myocarde et de plus de déterminer l'âge de l'infarctus du myocarde. La première étude portait sur la détection de fibrose diffuse dans le myocarde à l'aide de l'analyse de texture appliquée à des images IRM RT afin d'établir si un lien existe entre la variation du signal d'intensité et la structure sous-jacente du myocarde. La présence de collagène dans le myocarde augmente avec l'âge et nous avons utilisé un modèle animal de rats jeunes et âgés. Nous avons fait une étude ex-vivo afin d'obtenir des images IRM RT de haute résolution avec absence de mouvement et ainsi permettre une comparaison des images avec des coupes histologiques des coeurs imagés. Des images IRM RT ont été acquises sur vingt-quatre animaux. Les coupes histologiques ont été traitées avec la méthode utilisant un marqueur ‘picrosirius red' qui donne une teinte rouge au collagène. La quantification de la fibrose obtenue avec les images IRM RT a été comparée à la quantification obtenue sur les coupes histologiques. Ces quantifications ont de plus été comparées à l'analyse de texture appliquée aux images IRM RT. La méthode de texture a été appliquée en créant des cartes de texture basées sur la valeur de Contraste, cette mesure étant obtenue par des calculs statistiques sur la matrice de cooccurrence. Les régions montrant une plus grande complexité de signal d'intensité sur les images IRM RT ont été rehaussées avec les cartes de textures. Un calcul de régression linéaire a permis d'étudier le lien entre les différentes méthodes de quantification. Nous avons trouvés que la quantification de fibrose dans le myocarde à l'aide de l'analyse de texture appliquée sur des images IRM RT concordait avec le niveau de collagène identifié avec les images IRM et avec les coupes histologiques. De plus, nous avons trouvés que l'analyse de texture rehausse la présence de fibrose diffuse dans le myocarde.  La seconde étude a pour but de discriminer les infarctus aigus du myocarde de ceux qui sont chroniques sur des images IRM RT de patients souffrant de cardiomyopathies ischémiques. Vingt-deux patients ont subi l'imagerie IRM (12 avec infarctus aigu du myocarde et 12 avec infarctus chronique). Une segmentation des images a permis d'isoler les différentes zones du myocarde, soit la zone d'infarctus, la zone grise au rebord de l'infarctus et la zone du myocarde sain, dans les deux groupes de patients. L'analyse de texture s'est faite dans ces régions en comparant les valeurs obtenues dans les deux groupes. Nous avons obtenu plus de valeurs de texture discriminantes dans la zone grise, en comparaison avec la région du myocarde sain, où aucune valeur de texture n'était significativement différente, et à la zone d'infarctus, où seule la valeur de texture statistique Moyenne était différentes dans les deux groupes. La zone grise a déjà fait l'objet d'études ayant établis cette région comme composée de cardiomyocytes sains entremêlés avec des fibres de collagène. Notre étude montre que cette région peut exhiber des différences structurelles entre les infarctus aigus du myocarde et ceux qui sont chroniques et que l'analyse de texture a réussi à les détecter.  L'étude de la présence de collagène dans le myocarde est importante pour le clinicien afin qu'il puisse faire un diagnostic adéquat du patient et pour qu'il puisse faire un choix de traitement approprié. Nous avons montrés que l'analyse de texture sur des images IRM RT de patients peut différencier et même permettre la classification des ischémies aigues des ischémies chroniques, ce qui n'était pas possible avec uniquement ce type d'images. Nous avons de plus démontrés que l'analyse de texture d'images IRM RT permettait d'évaluer le contenu de fibrose diffuse dans un modèle animal de haute résolution avec validation histologique. Une telle relation entre les résultats d'analyse de texture d'images IRM RT et la structure sous-jacente du myocarde n'avait pas été étudiée dans la littérature.  Notre méthode pourra être améliorée en effectuant d'autres calculs statistiques sur la matrice de cooccurrence, en testant d'autres méthodes d'analyse de texture et en appliquant notre méthode à de nouvelles séquences d'acquisition IRM, tel les images en pondération T1. D'autres améliorations possibles pourraient porter sur une évaluation de matrice de cooccurrence avec voisinage circulaire suivant la forme du myocarde sur les tranches d'images IRM RT. Plusieurs matrice de cooccurrence pourraient aussi être évaluées en fonction de la position dans l'espace du voisinage afin d'intégrer une composante directionnelle dans les calculs de texture. D'autres études sont nécessaires afin d'établir si une analyse de texture des images IRM RT pourrait différencier le stade de la fibrose pour un même patient lors d'une étude de suivi. De même, d'autres études sont nécessaires afin de valider l'utilisation de texture sur des scanners IRM différents. Établir l'âge de l'infarctus du myocarde permettra de planifier les interventions thérapeutiques et d'évaluer le pronostique pour le patient.  ABSTRACT: A third of the United States population is affected by cardiomyopathies. Impairment of the heart muscle, the myocardium, puts the patient's health at risk and could ultimately lead to death. Ischemic cardiomyopathies result from lack of blood (ischemia) reaching the myocardium from blocked coronary arteries. Non-ischemic cardiomyopathies are diseases from other etiology than ischemia. Often collagen fibers infiltrate the heart (fibrosis), as a means to maintain its shape and function in the presence of disease that affects the myocardial cellular structure. This necessary phenomenon ultimately becomes maladaptive and results in the heart's impairment. Part of the heart's involvement in disease can be assessed through the analysis of myocardial fibrosis. Cardiomyopathy diagnosis involves the investigation of the presence of myocardial fibrosis, either infiltrative, defined as the increased presence of collagen protein in the extracellular space, or replacement fibrosis, when collagen fibers progressively replace diseased cardiomyocytes. The infiltrative fibrosis is believed to be reversible in some instances and consequently, myocardial fibrosis analysis has decisional impact on the interventional procedure that would benefit the health of the patient. The heart contracts and relaxes as it pumps blood to the rest of the body, an action directly impaired by myocardial damage. Any myocardial involvement should be assessed by the clinician to identify the severity of the myocardial damage, establish a prognosis and plan therapeutic intervention.  Different diagnostic tests are required to image the myocardium and help the clinician in the diagnostic process. Cardiac magnetic resonance (CMR) imaging has emerged as a high resolution imaging modality that offers precise structural analysis of the heart. Among the different imaging sequences available with CMR, late gadolinium enhancement (LGE) shows the myocardium and enhances any impairments that may exist with the use of a contrast agent. It is a T1-weighted image with extracellular contrast agent (CA) administration. Increased signal intensity in the infarct scar is created from the CA dynamics. LGE CMR imaging offers information on the scar size and its location. The clinician can estimate the severity of the disease and establish prognosis with LGE CMR images.  In ischemic cardiomyopathy, it is important to establish the occurrence of the infarction and know the age of the infarct to plan surgical intervention. Differentiation of acute from chronic MI is therefore important in the diagnostic process. In LGE CMR the level of signal intensity or the size of infarction are both similar in acute or in chronic MI. It has therefore been challenging to distinguish acute MI from chronic MI scars with LGE CMR images alone.  The aim of this thesis was to investigate texture analysis of LGE CMR images to determine if acute MI could be distinguished from chronic MI and to detect increased presence of diffuse myocardial fibrosis in the myocardium. The first study was performed to investigate if texture analysis of LGE CMR images could detect variations in the presence of diffuse myocardial fibrosis and if the underlying myocardial structure could be related to the texture measures. Collagen content increased with aging and we used an animal model of young versus old rat. An ex-vivo animal model was necessary to allow for higher image resolution in LGE CMR images and to perform validation of our texture measures with histology images. Twenty four animals were scanned for LGE CMR images and texture analysis was applied to the heart images. Histology slices were stained with picrosirius red and collagen fibers were isolated based on their color content. LGE CMR quantification was compared to histological slices of the heart stained with the picrosirius red method. Texture analysis of LGE CMR images was also compared to the original LGE CMR image quantification and to histology. Texture analysis was done by creating contrast texture maps extracted from Haralick's gray level co-occurrence matrix (GLCM). Regions of complex signal intensity combination were enhanced in LGE CMR images and in contrast texture maps. Regression analysis was performed to assess the level of agreement between the different analysis methods. We found that LGE CMR images could assess the different levels of collagen content in the different aged animal model, and that moreover texture analysis enhanced those differences. The location of enhancement from texture analysis images corresponded to location of increased collagen content in the old compared to the young rat hearts. Histological validation was shown for texture analysis applied to LGE CMR images to assess myocardial fibrosis.  Our second study aimed at discriminating acute versus chronic MI from LGE CMR patient images alone through the use of texture analysis. Twenty two patients who had LGE CMR images were included in our study (12 acute and 12 chronic MI). Regional segmentation was performed and texture features were compared in those regions between both groups of patient. Texture analysis resulted in significantly different values between the two groups. More specifically the peri-infarct zone had the most number of discriminative features compared to the remote myocardium which had none and to the infarct core where only the mean features was significantly different. The border zone has been shown to be composed of healthy cardiomyocytes intermingled with the scar's collagen fibers. Our study indicates this region might exhibit structural differences in the myocardium in acute from chronic MI patients that texture analysis of LGE CMR images can detect.  Characterization of myocardial collagen content is important while clinicians analyze the state of the patient since it influences the course of action required to treat cardiomyopathies. LGE CMR images have been thoroughly used and validated to characterize focal myocardial scar, however it was limited in characterizing the age of infarction or quantifying diffuse collagen content. We have shown texture analysis of LGE CMR images alone can differentiate and even classify, acute from chronic MI patients, which was not previously possible. Characterization of myocardial infarction according to age will prove important in planning therapeutic interventions in clinical practice. Moreover, we have established texture analysis as a means to characterize the myocardium and detect variation in fibrosis content from high resolution LGE CMR images with histology validation. To our knowledge, such a relation between texture analysis of LGE CMR images and the underlying myocardial structure had not been done previously.  Improvements could be done to our method, as we can increase the number of texture features that were analyzed from the GLCM, include other texture analysis methods such as the run-length matrix, and apply our method to other CMR imaging sequences such as T1 mapping. Adapting the GLCM to the heart could also be investigated, such as considering circular GLCM computation to consider the round shape of the myocardium in the short axis LGE CMR image slices. Directional GLCM could also be computed individually and analyzed for any myocardial or collagen fiber orientation indication. Further analysis is also required to establish if texture analysis could differentiate the age of MI in the same individual through a follow-up study. The measures of texture analysis from LGE CMR images obtained through different CMR scanners remains to be investigated as well. Knowing the age of infarct and evaluating the presence of diffuse myocardial fibrosis will help the clinician plan therapeutic interventions and establish a prognosis for the patient.


identifier: Greganti, A. (2017). Validation of an Isotope Evolution Model for Apollo3 Calculations in SFR Core  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cadre du développement du code déterministe multi-filières APOLLO3, il est nécessaire de mettre au point et valider les nouveaux schémas de calcul permettant d'améliorer la prédiction des grandeurs neutroniques d'intérêt. Les études neutroniques du coeur CFV du futur prototype ASTRID (RNR refroidi au sodium) demandent notamment un calcul précis des concentrations isotopiques tout au long de son évolution sous irradiation. Le schéma ECCO/ERANOS utilisé actuellement pour les calculs des coeurs de RNR est constitué des deux étapes classiques réseau et coeur. Les sections efficaces microscopiques autoprotégées et condensées à 33 groupes sont déterminées une seule fois en début de vie à partir de calculs 2D ECCO de cellules ou assemblages en réseau infini (avec une concentration infinitésimale pour les noyaux lourds et les produits de fission non présents en début de vie). Elles sont ensuite utilisées dans une modélisation 3D ERANOS pour réaliser les calculs du coeur complet en évolution microscopique. Ce schéma fait l'hypothèse que les sections efficaces microscopiques n'évoluent pas avec l'irradiation et la modification de composition des différents milieux fissiles. La mise en place de nouveaux schémas de calcul avec le code multi-filières APOLLO3 est l'occasion de revenir sur cette hypothèse puisque d'autres possibilités utilisées jusqu'à présent dans les schémas APOLLO2/CRONOS2 des REL sont dorénavant disponibles. Elles reposent sur un paramétrage des sections efficaces autoprotégées, macroscopiques comme microscopiques, en fonction du taux de combustion, obtenues en faisant évoluer les motifs 2D élémentaires cellules ou assemblages. Ces sections sont stockées dans des bibliothèques dites "évoluantes" permettant une interpolation à l'étape coeur. L'évolution coeur peut alors être menée de 2 façons : • macroscopique : le code coeur extrapole les taux de combustion locaux pour chaque pas d'évolution et récupère, via une interpolation linéaire, les sections efficaces macroscopiques de la bibliothèque évoluante pour calculer le pas suivant. • microscopique : le code coeur résout les équations d'évolution isotopiques en temps (équations de Bateman) suivant des stratégies plus ou moins précises (simple extrapolation ou méthodes de type prédicteur-correcteur) en interpolant les sections efficaces microscopiques en fonction du taux de combustion local.  ABSTRACT: In the frame of the development of the new multi-purpose deterministic code APOLLO3, it is necessary to develop and validate the new calculation schemes capable of improving the prediction of the neutronic quantities of interest. The neutronic studies on the CFV core of the new prototype ASTRID (sodium cooled FNR) notably demand an accurate calculation of the isotopic concentrations during its evolution under irradiation. The ECCO/ERANOS scheme, currently used for FNR core calculations, is constituted by the two classic steps: lattice and core. Microscopic cross sections, self-shielded and condensed into 33 energy groups, are determined only one time at the beginning of life from 2D ECCO cell or assembly calculations in infinite lattice (with an infinitesimal concentration of heavy nuclei and fission products not initially present). They are, then, used for 3D ERANOS modelization of the whole core in micro-depletion. This scheme makes the hypothesis that microscopic cross sections do not evolve during the irradiation and the composition change of the different fissile materials. The development of the new APOLLO3 calculation schemes is an opportunity to re-discuss this hypothesis, because other possibilities, currently used in PWR APOLLO2/CRONOS2 calculation schemes, are available. They lie on the parametrization of self-shielded cross  sections, both macroscopic and microscopic, as a function of the burn-up. These cross sections are obtained performing 2D cell or assembly depletion calculations. They are, then, stored in “evolving” libraries which allow their interpolation at core step. Core depletion can be performed in two ways: • macroscopic: the core code extrapolates the local burn-up for each evolution step and interpolate the macroscopic cross sections from the “evolving” library in order to evaluate the following time step. • microscopic: the core code solves the Bateman equations with a more or less accurate strategy (simple extrapolation or predictor-corrector methods), interpolating the microscopic cross sections as a function of the local burnup. This model is, a priori, more accurate than the ECCO/ERANOS one, because it takes into account self-shielding and spectrum changes during the evolution.


identifier: Sharma, S. D. (2017). Low-Impact System Performance Analysis Using Hardware Assisted Tracing Techniques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications modernes sont difficiles à diagnostiquer avec les outils de débogage et de profilage traditionnels. Dans les systèmes de production, la première priorité est de minimiser la perturbation sur l'application cible. Les outils de traçage sont très appropriés pour l'étude des performances de tels systèmes car les événements sont enregistrés et l'analyse se fait a posteriori. Une des principales exigences des systèmes de traçage est le faible surcoût. L'activation d'un nombre réduit d'événements aide à respecter cette exigence, mais au prix de la diminution de la granularité de la trace. Dans cette thèse, nous présentons notre travail de recherche qui traite du problème de la granularité limitée des traces en maintenant un faible surcoût sur les applications cibles. Nous présentons de nouvelles techniques et algorithmes qui abordent le problème en se basant d'abord sur une approche de filtrage logiciel et de traçage coopératif, puis en explorant des mécanismes plus avancés de traçage matériel. Nous avons proposé une approche efficace de traçage conditionnel dans l'espace noyau et utilisateur qui se base sur des mécanismes de filtrages compilés en code natif. Afin d'atteindre l'objectif d'avoir une trace détaillée du système, nous expliquons que les processeurs modernes contiennent des blocs de traçage matériel qui n'ont pas encore été entièrement exploités dans le domaine du traçage. Nous caractérisons leur performance et nous analysons les paquets de traces, leur relation avec l'exécution du logiciel, et les possibilités de les utiliser pour une trace détaillée. Nous proposons des techniques à faible surcoût, assistées par le matériel, rendant possible une analyse détaillée permettant la détection des latences d'interruption et des appels systèmes. Nous présentons aussi une nouvelle technique qui se base sur les paquets de trace à bas niveau du processeur pour analyser efficacement les processus et les ressources utilisées dans une machine virtuelle. De plus, nous avons identifié et solutionné des problèmes reliés au traçage matériel en utilisant l'assistance logicielle du système d'exploitation, ouvrant ainsi la voie à des recherches plus approfondies sur les approches coopératives de traçage matériel-logiciel.  Comme nos techniques sont axées sur les exigences du traçage à haute vitesse dans les systèmes embarqués et de production traitant des transactions à haute fréquence, nous avons constaté que nos progrès dans le domaine du traçage matériel-logiciel se sont avérés très utiles pour détecter la contention des ressources et la latence dans les systèmes.  ABSTRACT: Modern applications are becoming hard to diagnose using traditional debugging and profiling tools. For production systems the first priority is to have minimal disturbance on the target application. To analyze performance of such systems, tracing tools are imperative where events can be logged and analyzed post-execution. One of the key requirements for tracing solutions however, is low overhead. A generic solution can be to select only a few events to trace, but at the cost of trace granularity. In this thesis, we present our research work that deals with the problem of lack of high granularity in traces while maintaining a low-overhead on target applications. We present our new techniques and algorithms that approach the problem initially from a software filtering and co-operative tracing approach, and then explore more advanced hardware tracing mechanisms that can be used. We have  proposed an efficient kernel and userspace conditional tracing approach, with an enhanced native compiled filtering mechanism. Continuing towards our goal to have a detailed trace of a system, we further discuss how modern processors contain new hardware tracing blocks that have not yet been fully explored and exploited in the tracing domain. We characterize their performance and analyze the trace packets, their relation with software executions and opportunities to utilize them for a detailed trace.  We therefore propose low-overhead hardware assisted techniques that allow a fine grained instruction based interrupt and system call latency detection mechanism. We also present a new algorithm that shows how such low-level trace packets coming directly from the processor, can be effectively utilized to analyze even the processes or resources consumed inside a VM. We have also identified and improved upon issues related to hardware tracing itself using software assistance from operating systems thus laying out ground for further research in hardware-software co-operative tracing approaches. As our techniques are focused towards requirements of high speed tracing in embedded or production systems, catering high frequency transactions, we have found that our advancements in the hardware-software domain have proved to be invaluable in detecting resource contention and latency in systems.


identifier: Ryskie, S. (2017). Traitement de l'azote ammoniacal dans les effluents miniers contaminés au moyen de procédés d'oxydation avancée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière est celle qui déplace le plus grand volume de matériel. L'utilisation d'explosifs, afin d'extraire le minerai du sol, ainsi que l'utilisation du cyanure, pour l'extraction des métaux précieux tels que l'or, génèrent du N-NH3 qui se retrouve à l'effluent final. Même s'il n'est pas normé, en étant toxique pour les poissons, ce dernier nécessite une bonne gestion et même un traitement afin de pouvoir se conformer aux normes gouvernementales qui exigent de rejeter un effluent non toxique pour les truites et daphnies. Plusieurs types de technologies existent afin de traiter le N-NH3 soit physiques, biologiques et chimiques, mais elles ont toutes leurs avantages et limites. Les froides températures de la région d'Abitibi-Témiscamingue rendent parfois les procédés plus traditionnels moins efficaces, par exemple les procédés biologiques. Ce projet avait pour objectifs de traiter le N-NH3 de plusieurs effluents synthétiques et réels provenant de plusieurs mines avec des procédés d'oxydation avancée soit avec l'utilisation de l'O3, des UV et du H2O2. Les essais ont d'abord été faits en mode batch avec des effluents synthétiques puis avec des effluents réels en utilisant la meilleure méthode. Finalement, un essai en continu avec un des effluents réels a été réalisé pour vérifier la faisabilité du projet. Les essais avec les microbulles et l'O3 ont donné les meilleurs résultats. En effet, plus de 92,6 % de la concentration présente de N-NH3, soit 70 mg/L initialement dans un volume de 100 L, a réussi à être traité à pH 9 avec un effluent synthétique en 90 minutes. L'utilisation du Br comme catalyseur augmente l'efficacité de traitement. La combinaison de H2O2 avec l'O3 n'était pas efficace et a même inhibé le traitement. La combinaison des UV avec l'O3 est moins efficace que l'O3 seul, dans les conditions testées  ABSTRACT: The mining industry is the one that moves the largest volume of material. The use of explosives, to extract ore from the soil, as well as the use of cyanide, for the extraction of precious metals such as gold, generate NH3-N which is found in the final effluent. Although it is not regulated, but being toxic to fish, it requires a good management and even a treatment to comply with government standards that require the discharge of a non-toxic effluent to trout and daphnia. Several types of technologies exist to treat NH3-N as physical, biological and chemical, but all have their advantages and limitations. The cold temperatures in the region of Abitibi-Témiscamingue sometimes make traditional processes less efficient, such as biological processes. The objectives of this project were to treat the NH3-N of several synthetic and real effluents from several mines with advanced oxidation processes either with the use of O3, UV and H2O2. The tests were first performed in batch mode, with synthetic effluents, and then with actual effluents using the best method. Finally, a continuous test with one of the real effluents was carried out to verify the feasibility of the project. Testing with microbubbles and O3 gave the best results. Indeed, more than 92.6 % of the initial concentration of NH3-N, i.e. 70 mg/L in a volume of 100 L, was successfully treated at pH 9 with a synthetic effluent in 90 minutes. The use of Br as a catalyst increased treatment efficiency. The combination of H2O2 with O3 was not effective and even inhibited the treatment. The combination of UV with O3 was less efficient than O3 alone, under the conditions tested.


identifier: Loquai, S. (2017). Durable Thermochromic VO2 Films Deposited by HiPIMS  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le dioxyde de vanadium, VO2, est le matériau thermochromique le plus étudié. Il présente une transmission de la lumière infrarouge élevée à basse température et une extinction de cette dernière au-dessus de sa température critique. Ce changement de propriété est réversible et ne nécessite pas de stimulus externe. De ce fait, le VO2 est un candidat parfait pour les applications de contrôle de transfert d'énergie. L'application la plus directe est celle des vitrages dits ‘intelligents', où la couche mince thermochromique module la transmission du rayonnement solaire infrarouge en fonction de la température. Un tel dispositif contrôle la température du milieu ambiant passivement, limitant la consommation des équipements de chauffage et climatisation. Dans un objectif similaire, les matériaux thermochromiques peuvent aussi être utilisés pour créer des dissipateurs thermiques pour les satellites, appelés ‘Smart Radiative Device' (SRD). Cependant, les dispositifs thermochromiques à base de VO2 sont toujours à l'échelle du laboratoire, principalement à cause de la complexité de synthèse du VO2. Le Vanadium est en effet un métal de transition, possédant de multiple oxydes stoechiométriques dont seul le VO2 présente un intérêt pour ces applications. Un contrôle du niveau d'oxydation lors du dépôt est donc nécessaire, complexifiant l'industrialisation du procédé. De plus, la température de dépôt du matériau pour obtenir la phase cristalline, généralement 400°C, génère un cout prohibitif pour beaucoup d'industriels. Lors de la dernière décade, la communauté scientifique des dépôts physiques en phase vapeur a connu une forte effervescence autour d'une nouvelle technique, la pulvérisation magnétron pulsée de haute puissance (HiPIMS en anglais). Cette dernière combine la flexibilité des procédés de pulvérisation magnétron avec la modulation du temps d'impulsion pour obtenir un plasma de haute densité. Cette technologie est prometteuse pour le dépôt de couches minces. En particulier en mode réactif, le procédé HiPIMS offre un taux de dépôt avantageux comparé au procédé conventionnel de pulvérisations; tout en améliorant les propriétés des couches déposées, telles qu'une plus haute densité, une contrainte mécanique inférieure et un abaissement de la température nécessaire pour obtenir des couches minces cristallines. Les contributions des différents effets de la décharge HiPIMS (haut flux d'ions de basse énergie et le rayonnement du plasma) à la performance des couches ne sont pas encore expliquées, malgré une bonne connaissance du comportement de la décharge HiPIMS. De ce fait, nous avons choisi d'appliquer ce procédé au dépôt de couches minces de VO2 afin d'en améliorer les propriétés et illustrer les aventages du procédé HiPIMS pour le dépôt de ce type d'oxyde.  ABSTRACT: Vanadium dioxide, VO2, is a well-known thermochromic material that exhibits high or low infrared transmittance when its temperature is below or above a critical temperature, respectively. Because this change in properties is reversible, VO2 has long been a candidate for radiative energy control devices. One innovative application is the smart window, in which a thermochromic layer controls the transmission of infrared radiation from the sun as a function of the surrounding temperature. This enables self-controlled temperature regulation, which in turn limits heating and cooling requirements. Similar devices called smart radiator devices (SRDs) are being developed for passive cooling of satellites. However, all these applications remain in the development phase due to VO2 deposition issues. Vanadium is a transition metal that exhibits multiple oxide stoichiometries, of which only VO2 is of interest. Precise control of the oxygen fraction is therefore needed for VO2 synthesis, accompanied by a high deposition temperature, usually around or in excess of 400 °C, in order to obtain the crystalline material. These imperatives currently limit industrial applications of VO2. Over the past decade, high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) has emerged as a newcomer in the magnetron sputtering community. Because HiPIMS combines the versatility of magnetron sputtering with short high power pulses to generate highly ionized plasma, it is a promising technique for thin film material deposition. In reactive sputtering, HiPIMS provides deposition rates similar to or higher than those for conventional sputtering, along with superior film properties such as higher density and lower stress, among others. Furthermore, crystalline films can be obtained at lower deposition temperature. However, the impacts of the high ion flux, plasma radiation, and HiPIMS dynamics on the metal-oxide properties are still unclear, despite a good understanding of the HiPIMS discharge. We therefore chose to apply HiPIMS to thermochromic VO2 to demonstrate the advantages of using HiPIMS to deposit crystalline films. First, the expansion of a reactive-HiPIMS discharge over a vanadium target was investigated using high-speed plasma imaging combined with optical bandpass filtering. The results showed that the reactive discharge operating in an argon–oxygen mixture behaved similarly in “pulse-on” time to discharges in pure argon and oxygen. However, in the post-discharge, the first microsecond after the cathode voltage was removed, strong light emission in the low-energy spectra was observed.


identifier: Prieur-Drevon, L. (2017). Structures de données hautement extensibles pour le stockage sur disque de séries temporelles hétérogènes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes informatiques deviennent de plus en plus complexes, et les développeurs ont plus que jamais besoin de comprendre comment interagissent les nombreux composants de leurs systèmes. De nombreux outils existent pour instrumenter, mesurer et analyser les comportements et la performance des logiciels. Le traçage est une technique qui enregistre de nombreux points associés à des événements du système et l'estampille de temps à laquelle ils se sont produits. L'analyse manuelle des traces produites permet de comprendre différents problèmes, mais elle devient fastidieuse lorsque ces historiques contiennent de très grands nombres de points. Il existe des logiciels pour automatiser ces analyses et fournir des visualisations, mais ces derniers peuvent aussi montrer leurs limites pour se mettre à l'échelle des systèmes les plus étendus. Dans des travaux précédents, Montplaisir et coll. ont présenté une structure de données sur disque, optimisée pour stocker les résultats des analyses de traces sous forme d'intervalles d'états: <clé, t_{début}, t_{fin}, valeur>. La structure, nommée State History Tree (SHT), est un arbre pour lequel chaque nœud est associée à un bloc de disque, chaque nœud dispose donc d'une capacité fixe pour stocker des intervalles et est défini par un intervalle de temps tel que cet intervalle est inclus dans celui du nœud parent et que les intervalles de deux enfants ne se superposent pas. Cette structure était plus efficace que d'autres solutions génériques, mais pouvait dégénérer, dans des cas avec un très grand nombre de clés, pour une trace avec de nombreux fils par exemple, la profondeur de l'arbre était alors proportionnelle au nombre de fils, et de très nombreux nœuds "vides" étaient écrits sur disque, gaspillant de l'espace. De plus, les requêtes pour extraire les informations de la structure étaient souvent le goulot d'étranglement pour l'affichage des données.  Dans ce travail, nous analysons les limites de la base de données actuelle qui la conduisent à dégénérer et nous étudierons les cas d'utilisation des requêtes. Nous proposons des modifications structurelles permettant d'éliminer les cas de dégénérescence lorsque la trace contient de nombreux attributs, tout en réduisant la taille sur disque de la structure pour tous types de traces. Nous ajoutons aussi des métadonnées aux nœuds de l'arbre pour réduire le nombre de nœuds lus pendant les requêtes. Ceci permet de réduire la durée des requêtes de 50% dans la plupart des cas. Ensuite, nous cherchons à optimiser le processus d'insertion des intervalles dans les nœuds de l'arbre afin de regrouper les intervalles qui seront demandés dans une même requête pour limiter le nombre de blocs de disque à lire pour répondre. Le nombre d'intervalles pris en compte dans l'optimisation peut augmenter avec le nombre de clés par exemple, ce qui permet de maintenir un équilibre entre le temps supplémentaire requis pour l'optimisation et les gains constatés sur les requêtes qui deviennent plus flagrants lorsque l'analyse produit de nombreuses clés. Nous introduirons aussi un nouveau type de requête profitant de ces optimisations et permettant de retourner en une requête un ensemble d'intervalles qui précédemment prenait plusieurs requêtes. De plus cette requête assure que chaque nœud est lu au plus une fois, alors que l'utilisation de plusieurs requêtes impliquait que certains nœuds étaient lus plusieurs fois. Nous montrons que l'utilisation de cette requête dans une des vues principales du logiciel de visualisation augmente considérablement sa réactivité.  Nous profiterons ensuite de ces apprentissages pour faciliter la mise à l'échelle d'une seconde structure de données du logiciel d'analyse de trace, qui stocke des objets nommés "segments", sous la forme de  <t_{début}, t_{fin}, valeur>. Ces objets étaient précédemment stockés en mémoire et donc le nombre que nous pouvions stocker était limité. Nous utilisons une structure en arbre fortement inspirée du SHT. Nous montrons que la structure sur disque est au pire un ordre de grandeur plus lent que les structures en mémoire à la lecture. De plus, cette structure est particulièrement efficace pour un cas d'usage qui demande à retourner des segments triés. En effet, nous utilisons un algorithme réalisant l'évaluation à la demande et un tri partiel entre les nœuds, qui utilise moins de mémoire que le tri de tous les segments.  ABSTRACT: Computer systems are becoming more and more complex, and developers need more than ever to be able to understand how different components interact. Many tools have been developed for instrumenting, measuring and analysing the behavior and performance of software. One of these techniques is tracing, which records data-points and a timestamp associated to system events. Trace analysis can help solve a number of problems, but manual analysis becomes a daunting task when these traces contain a large number of points. Automated trace analysis software has been developed for this use case, but they too can face difficulties scaling up to the largest systems.  In previous work, Montplaisir et al. presented a disk-based data structure, optimized for storing the results of trace analysis as state intervals: <key, t_{start}, t_{end}, value>. This State History Tree (SHT) is a tree for which each node is mapped to a block on disk, such that each node has a fixed capacity to store intervals and is defined by a time range that must be included in its parent's range and must not overlap with its siblings' ranges. This structure was demonstrated to be more efficient that other, generic solutions, but could still degenerate for corner cases with many keys, from traces with many threads for example. The tree's depth would then be proportional to the number of threads and many empty nodes would be written to disk, wasting space. Moreover, queries to extract data from the data structure were often the bottleneck for displaying data.  In this work, we analyse the limitations of the current database which cause it to degenerate and study the different use cases for queries.  We suggest structural changes to the data structure, which eliminate the corner case behavior for traces with many attributes, while reducing the disk usage for all types of traces. We also add meta data to the nodes to reduce the number of nodes searched during queries, speeding them up by 50%.  Then, we look into optimizing the nodes into which intervals are inserted, so that those which will be queried together will be grouped. This helps to reduce the number of disk blocks that must be read to answer the query. The number of intervals and nodes taken into account by the optimization process can increase along with the number of attributes, as they are the main cause of query slowdown. This helps to balance the extra time required for the optimized insertion and the gains provided on the queries. We also introduce a new type of query to benefit from these optimizations and return all desired intervals in a single query instead of the many queries previously required. This single query reads each node at most once, while the previous version with many queries would read some nodes several times. We show that using this query for one of the main views in the trace visualization software makes it considerably more reactive.  We benefit from all these lessons learned to increase the scalability of another internal backend, the segment store, used for the following type of objects: <t_{start}, t_{end}, value>. These were previously stored in memory, which would strongly limit the maximum capacity. We propose a new tree structure similar to the SHT instead. We show that the disk based structure is, in the worst case, only an order of magnitude slower for reads than the in-memory structures. Moreover, this structure is especially efficient for a typical segment store use case, which is a sorted segment query. Indeed by using partial sorts between nodes, memory usage is dramatically reduced compared to sorting all segments in memory.


identifier: Poucin, G. (2017). Urban Activity Patterns Mining in Wi-Fi Access Point Logs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Aujourd'hui la grande majorité des données sont basée sur des enquêtes ou des études appliquées à des échantillons définis de la population. De plus les méthodes traditionnelles de collecte de données en termes de coûts ainsi que de temps tout en ne garantissant pas la représentativité des observations du fait du biais d'échantillonages et de la relative fiabilité des répondants. La disponibilité grandissantes de bases de données collectées passivements couplé à la forte pénétration des smartphones ont ouvert des perspectives intéressantes concernant la collecte et le traitement automatisé de données de mobilité.  ABSTRACT: This thesis proposes a methodology to mine valuable nformation about the usage of a facility (e.g. building), based only on Wi-Fi network connection history. Data are collected at Concordia University in Montreal, Canada, during one week in Febuary 2015. Using the Wi-Fi access log data, we characterize activities taking place within a building without any additional knowledge of the building itself. Such information can be used to monitor the use of a facility automatically, to study human mobility or as an input information for mobility models.


identifier: Zgaren, M. (2017). Récepteur Sans-Fil à Basse Consommation et à Modulation Mixte FSK-ASK pour les Dispositifs Médicaux  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les émetteurs-récepteurs radiofréquences (RF) offrent le lien de communications le plus commun afin de mettre au point des dispositifs médicaux implantables dédiés aux interfaces homme-machines. La surveillance en continu des paramètres biologiques des patients nécessite un module de communication sans-fil capable de garantir un échange de données rapide, en temps réel, à faible puissance tout en étant implémenté dans un espace physique réduit. La consommation de puissance des dispositifs implantables joue un rôle important dans les durées de vie des batteries qui nécessitent une chirurgie pour leur remplacement, à moins qu'une technique de transfert de puissance sans-fil soit utilisée pour recharger la batterie ou alimenter l'implant a travers les tissus humains. Dans ce projet, nous avons conçu, implémenté et testé un récepteur RF à faible puissance et haut-débit de données opérant entre 902 et 928 MHz qui est la bande industrielle-scientifiquemédicale (Industrial, Scientific and Medical) d'Amérique du Nord. Ce récepteur fait partie d'un système de communication bidirectionnel dédié à l'interface sans-fil des dispositifs électroniques implantables et bénéficie d'une nouvelle technique de conversion de modulation par déplacement de fréquence (FSK) en Modulation par déplacement d'amplitude (ASK). Toutes les phases de conception et d'implémentation de la topologie adoptée pour les récepteurs RF sont survolées et discutées dans cette thèse. Les différents étages de circuits sont conçus selon une étude analytique fondée de la modulation FSK et ASK utilisées, ce qui permettra une amélioration des performances notamment le débit de transmission des données et la consommation de puissance. Tous les circuits sont réalisés de façon à ce que la consommation totale et la surface de silicium à réserver soient le minimum possible. Un oscillateur avec verrouillage par injection (Injection-Looked Oscillator - ILO) de faible puissance est réalisé pour assurer la conversion des signaux ASK en FSK. Une combinaison des avantages des deux architectures de modulation d'amplitude et de fréquence, pour les circuits d'émetteurrécepteur sans fil, a été réalisé avec le système proposé. Un module incluant un récepteur de réveil (Wake up) est ajouté afin d'optimiser la consommation totale du circuit en mettant tous les blocs à l'arrêt. Nous avons réalisé un récepteur de réveil RF compact et à faible coût, permettant de très faible niveaux de consommation d'énergie, une bonne sensibilité et une meilleure tolérance aux interférences. Le design est basé sur une topologie homodyne à détection d'enveloppe permettant une transposition directe du signal RF modulé en amplitude en un signal en bande de base. Cette architecture nécessite une architecture peu encombrante à intégrer qui élimine le problème des fréquences image pour la même topologie avec une modulation de fréquence.  ABSTRACT: ISM band transceiver using a wake-up bloc for wireless body area networks (WBANs) wearable and implantable medical devices is proposed. The system achieves exceptionally low-power consumption and allows a high-data rate by combining the advantages of Frequency-Shift-Keying (FSK) and Amplitude-Shift- Keying (ASK) modulation techniques. The transceiver employs FSK modulation at a data rate of 8 Mbit/s to establish RF link among the medical device and a control unit. Transmitter (Tx) includes a new efficient FSK modulation scheme which offer up to 20 Mb/s of data-rate and dissipates around 0.084 nJ/b. The design of the proposed oscillator achieves variable frequency from 300 kHz to 8 MHz by adjusting the transistors geometry, the on-chip control signal and the tuning capacitors. In the transmitter path, the high-quality LOs Inand Quadrature-phase (I and Q) outputs are produced using a very low-power fully integrated integer-N frequency synthesizer. The architecture of the receiver is inspired from the super-regenerative receiver (SRR) topology which can be used to design a transceiver that is suitable for ASK modulation. In fact, this architecture is based mainly on envelope detection scheme which remove the need to process the carrier phase to reduce the complexity of integrated design. It has been shown too, that the envelope detection scheme is more robust to phase noise than the coherent scheme. The integrated receiver uses on a new FSK-to-ASK conversion technique. The conversion feature that we adopt in the main receiver design is based on the fact that the incident frequency of converter could be differentiated by the amplitude of output signal, which conducts to the frequency-to-amplitude conversion. Thanks to the injection locking oscillator (ILO). the new design of converter is located between the LNA as first part and the envelope detector as second part to benefit from the injection-locking isolation. On-Off-keying (OOK) fully passive wake-up circuit (WuRx) with energy harvesting from Radio Frequency (RF) link is used to optimize the power  issipation of the RF transceiver in order to meet the low power requirement. The WuRx operates at the ISM 902–928 MHz. A high efficiency differential rectifier behaves as voltage multiplier. It generates the envelope of the input signal and provides the supply voltage for the rest of blocks including a low-power comparator and reference generators.


identifier: Sozen, N. (2016). Use of Model-Based Software Product Line Engineering for Certifiable Avionics Software Development  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Tous les systèmes logiciels avioniques sont soumis aux contraintes de certification imposées par les normes DO-178. Les fabricants d'équipements avioniques civils sont très conservateurs dans leur processus de développement de logiciels et la plupart utilisent encore des outils et des méthodes d'ingénierie logicielle éprouvés en raison des contraintes de certification strictes. Les contraintes de certification, avec la taille et la complexité du logiciel des systèmes avioniques modernes qui augmentent continuellement, ont un impact considérable sur le coût du développement de logiciel avionique certifiable. Pour réduire le coût de développement, les fabricants d'équipements avioniques doivent utiliser des méthodes de développement logiciel modernes, ce qui est possible avec la publication de la norme DO-178C. Dans le cadre de ma thèse, nous explorons l'utilisation de l'ingénierie de ligne de produit basée sur des modèles pour le développement de logiciels avioniques certifiables et proposons des solutions au niveau industriel pour utiliser un processus de ligne de produit utilisant des outils commerciaux. Dans le cadre de ma thèse, nous explorons également l'applicabilité de notre processus de development logiciel basé sur le concept de ligne de produit au développement de logiciels avioniques certifiables contrôlés. Nous identifions les contraintes qui limitent la réutilisation des composants logiciels dans les logiciels avioniques sous contrôle d'exportation et proposons des solutions techniques qui facilitent l'application de ligne de produit logiciel basée sur des modèles au développement de logiciels avioniques certifiés et sous contrôle d'exportation. Nous validons nos solutions proposées par des études de cas industriels.  ABSTRACT: All avionics software systems are subjected to certification constraints imposed by DO-178 standards. Civil avionics equipment manufacturers are quite conservative in their software development processes: most still use time-tested software engineering tools and methods, due to strict certification constraints. These certification constraints, along with the increasing size and complexity of modern avionics software-intensive systems, are having a huge impact on the cost of certifiable avionics software development. To cope with this increasing complexity, avionics equipment manufacturers need to use modern software development methodologies. This is possible with the release of DO-178C standard. In my thesis, I have explored the use of model-based software product line engineering for certifiable avionics software development, and have proposed industrial-level solutions for using a model-based software product line process based on commercially available tools. In this thesis, I have also explored the applicability of our model-based software product line process to export-controlled, certifiable avionics software development, identifying constraints that limit the reuse of software components among export-controlled avionics software and proposing technical solutions that facilitate the application of a model-based software product line to export-controlled, certifiable avionics software development. The proposed solutions are validated using industrial case studies.


identifier: Raouafi, H. (2017). Simulation de mécanismes de contrôle de la réactivité inclinés du réacteur SCWR-canadien en utilisant les codes DRAGON-5 et DONJON-3  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le SCWR est un réacteur à tube de force refroidi à l'eau légère à l'état supercritique et modéré par l'eau lourde. Il est alimenté avec des canaux de combustible (62 éléments) de type CANDU-6 (CANada Deuterium Uranium) contenant un mélange d'oxydes de thorium et de plutonium. Du fait que les tubes de force sont verticaux, la face supérieure du réacteur est occupée par les collecteurs d'entrée et de sortie du caloporteur à la pression de 25MPa, il est alors pratiquement impossible d'insérer des barres de contrôle de la réactivité verticales dans le coeur depuis la face supérieure du réacteur. L'insertion de dispositifs de contrôle de la réactivité solides à partir du fond du réacteur est possible, mais cette option a été initialement rejetée parce qu'elle a été jugée peu pratique à cause de la force de gravitation. L'option qui est proposée ici est d'utiliser des barres de contrôle de la réactivité inclinées qui sont insérées à partir du côté du réacteur et qui bénéficient de la force de gravité exercée sur elles comme dans les réacteurs ATUCHA-I. L'objectif de cette thèse est d'évaluer la performance neutronique des barres de contrôle inclinées proposées. Pour atteindre cet objectif, nous développons d'abord un modèle de supercellule tridimensionnel pour simuler une des barres de contrôle inclinées situées entre quatre grappes de combustible verticales. Des simulations sont effectuées avec le code Monte Carlo SERPENT et le code déterministe DRAGON-5 à cinq positions axiales dans le réacteur pour évaluer l'effet de la température et de la densité du caloporteur, qui varie sensiblement avec la hauteur du coeur, sur la valeur de réactivité des barres de contrôle. Comme DRAGON-5 ne peut pas analyser des géométries contenant des cylindres qui ne sont pas parallèles ou perpendiculaires à un axe de la géométrie, une grande partie de ce projet est dédiée à l'implémentation d'un ensemble de routines dans les modules GEO et NXT du code de calcul de cellule DRAGON-5 permettant l'analyse de géométries cylindriques inclinées. Ces implémentations ont assuré l'identification des géométries annulaires inclinées, le calcul de volumes et surfaces générées par l'intersection des régions annulaire inclinées avec la cellule ainsi que leurs numérotations, le calcul de longueurs des segments d'intégrations dans les régions annulaires inclinées. On analyse ainsi avec la nouvelle version de DRAGON-5 l'effet de la modification de l'inclinaison et de la position spatiale des barres de contrôle à l'intérieur de la supercellule. La validation de ces implémentations est assurée par visualisation 3D des lignes d'intégration en utilisant les informations générées par le module TLM. Ensuite, par comparaison des volumes et des surfaces calculées NXT et les volumes et les surfaces calculées par le logiciel de conception assistée par ordinateur AutoCad.  ABSTRACT: The Canadian-SCWR is a heavy-water moderated supercritical light-water-cooled pressure tube reactor. It is fueled with CANada Deuterium Uranium CANDU-6 type bundles (62 elements) containing a mixture of thorium and plutonium oxides. Because the pressure tubes are vertical, the upper region of the core is occupied by the inlet and outlet headers making it nearly impossible to insert vertical control rods in the core from the top. Insertion of solid control devices from the bottom of the core is possible, but this option was initially rejected because it was judged impractical. The option that is proposed here is to use inclined control rods that are inserted from the side of the reactor and benefit from the gravitational pull exerted on them like those used in the ATUCHA-I reactors. The objective of this thesis is to evaluate the neutronic performance of the proposed inclined control rods. To achieve this goal, we first develop a three-dimensional supercell model to simulate an inclined rod located between four vertical fuel cells. Simulations are performed with the SERPENT Monte Carlo code and DRAGON-5 deterministic code at five axial positions in the reactor to evaluate the effect of coolant temperature and density, which varies substantially with core height, on the reactivity worth of the control rods. The current version of DRAGON-5 cannot analyze geometries containing cylinders that are not parallel or perpendicular to an axis of the geometry. Therefore, we upgrade the geometry and tracking modules of DRAGON-5 to make it possible to simulate inclined cylindrical geometries. These upgrades ensured that geometry and tracking modules can now analyze inclined annular geometries, calculate the volumes and the surfaces generated by the intersection of inclined annual regions with cell, calculate lengths of the tracking lines in the inclined annular regions. The effect of the modification of the inclination and the spatial position of the inclined control rods inside the supercell is analyzed with the upgraded DRAGON-5 version. The validation of these upgrades is ensured by 3D visualization of the tracking lines using the information generated by the TLM module, by comparing calculated volumes and surfaces by NXT and the volumes and surfaces computed by the CAO software Autocad and DRAGON-5 neutron transport calculation of supercell model with results of SERPENT code. These validations have shown that DRAGON-5 code is correctly updated to simulate the geometry containing concentric annular regions. The second objective of this thesis is to evaluate the effectiveness of the inclined control rods in the reactor by varying the position and the number of control rods in the reactor in different states of normal operations using the DONJON-3 diffusion code.