identifier: Lavoie, J. (2012). Biodégradabilité et propriétés énergétiques d'élastomères azoturés  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis plusieurs décennies, l'utilisation de matériaux polymères n'a cessé de croître. Ces derniers sont utilisés dans une vaste gamme de domaines tant dans le civil que dans le militaire (Colclough et al., 1994; Nair & Laurencin, 2007; Sansone et al., 2012). Cette demande a entraîné le développement de matériaux polymères aux propriétés variées selon l'application désirée. Dans le domaine des propulsifs, cette demande pour des polymères énergétiques s'est traduite par le développement du polyazoture de glycidyle (PAG), un polymère énergétique générateur de gaz ainsi que d'autres polymères ayant des structures similaires. De plus, en raison des préoccupations environnementales grandissantes, la demande pour des polymères plus « verts » n'a cessé d'augmenter. Cette demande vient entre autre de la problématique de fin de vie des matériaux polymères. En parallèle à cette problématique de fin de vie des polymères, une autre problématique est apparue dans le domaine militaire. Cette problématique se résume à la contamination des sols et conséquemment des cours d'eau avoisinant en raison du ruissellement (Dontsova, Pennington, Hayes, imunek, & Williford, 2009; M. R. Walsh, Thiboutot, Walsh, & Ampleman, 2012). Cette problématique de contamination entraîne des coûts de décontamination élevés ainsi que la nécessité de fermer des champs de tir dans certains cas (Michael R. Walsh, Walsh, & Hewitt, 2010). Les composés responsables de la contamination des sols sont entre autre présents dans des élastomères servant de liants. Ces liants sont non biodégradables. Dans l'optique de minimiser l'impact environnemental des matières propulsives, il est important non seulement de remplacer les contaminants, mais aussi de remplacer les élastomères servant de liants par de nouveaux matériaux biodégradables. Le PAG, couramment employé en tant que liant ou plastifiant, est non biodégradable et les résidus imbrulés s'accumulent dans l'environnement. L'objectif de ce travail est de synthétiser de nouvelles structures de liants énergétiques biodégradables sous forme d'élastomères polyuréthanes pouvant être employés dans la formulation de propulsifs ou en tant que générateurs de gaz. Les élastomères polyuréthanes biodégradables ont déjà recueilli de l'intérêt dans le domaine biomédical (Adhikari et al., 2008; He et al., 2012) et des travaux préliminaires ont été réalisés dans le domaine des matériaux énergétiques (Cossu, 2009). Afin de réaliser l'objectif principal de ce travail, trois pré-polymères, un copoly(éther/ester) et deux polyesters ont été synthétisés à partir de chlorure de sébacoyle, de polyépichlorohydrine, de 3-chloro-1,2-propanediol et de 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol. Ces pré-polymères ont par la suite été azoturés. Afin de confirmer le succès des réactions, des analyses ATR-FTIR, RMN-1H et RMN-13C ont été effectuées. Les analyses ont confirmé le succès des réactions d'azoturation pour le copoly(éther/ester) et le polyester synthétisé à partir de chlorure de sébacoyle et de 3-chloro-1,2-propanediol. La réaction d'azoturation du polyester synthétisé à partir du 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol s'est soldée par un échec. Les analyses ATR-FTIR ont confirmé l'absence de groupements énergétiques et un dégagement de gaz a été observé lors de la réaction d'azoturation. Le contenu des pré-polymères azoturés a été caractérisé par décomposition des azotures en DSC et évalué à 1724 J/g pour le copoly(éther/ester) et 614 J/g pour le polyester. Des élastomères polyuréthanes ont par la suite été synthétisés à partir des pré-polymères azoturés et d'éthyl ester L-lysine triisocyanate puis caractérisés. La Tg et l'énergie de décomposition des azotures ont été évaluées par DSC et s'élèvent à -43oC et 1688 J/g pour le copoly(éther/ester/uréthane) et -50oC et 601 J/g pour le copoly(ester/uréthane). La biodégradabilité des élastomères a été évaluée sur une période allant de 5 à 20 jours. La perte de masse a été évaluée à 5% après 20 jours pour le copoly(éther/ester/uréthane) et à 7% pour le copoly(ester/uréthane) après 15 jours. La fraction soluble des échantillons dégradés a été caractérisée par extraction soxhlet et l'évolution des groupements fonctionnels et liens du polymère ont été évalués par FTIR photoacoustique. Les résultats obtenus quant à la biodégradabilité des élastomères est en accord avec la littérature quant à l'effet des groupements azotures qui ont un effet néfaste sur la biodégradabilité d'élastomères.  ABSTRACT: The interest for polymer materials has steadily increased in the last decades and the use of polymer materials has been increasing ever since. These polymers are used in a vast range of applications from civil to military (Colclough et al., 1994; Nair & Laurencin, 2007; Sansone et al., 2012). This demand for polymer materials resulted in the development of various polymers with a wide range of properties depending on the desired application. In the field of propellants, this interest led to the development of glycidyl azide polymer (GAP) and other similar materials.  Growing environmental concerns has led to a demand for more environmentally friendly polymers. This demand so far has been increasing and shows no sign of following a different trend for the next years. This demand is in part due to the presence of non-recyclable polymers, for which end of life can be problematic. At the same time, another problematic arose: the soil contamination originating from repeated military training as well as the subsequent contamination of water supplies by rain water seeping into the ground absorbing part of the contaminants (Dontsova, Pennington, Hayes, imunek, & Williford, 2009; M. R. Walsh, Thiboutot, Walsh, & Ampleman, 2012). This phenomenon incurs large decontamination costs and can result in the abandonment of training grounds due to contamination (Michael R. Walsh, Walsh, & Hewitt, 2010).  The compounds responsible for the contamination of military training grounds are in part present in elastomers used as binders for propellants. The binders are non-biodegradable as well. In order to make greener propellants, it is not only necessary to replace the contaminants by non-contaminant materials, but also necessary to replace the binder by using new biodegradable materials. Glycidyl azide polymer, a commonly used energetic polymer in binders is non-biodebradable and as such unburned residue will accumulate in the environment.  The main objective of this work is to develop new biodegradable energetic binders in the form of polyurethane elastomers. These elastomers could be used as binders for propellants or as a gas generator. Biodegradable polyurethane elastomers have already garnered much attention in the field of biomedical research (Adhikari et al., 2008; He et al., 2012) and some preliminary work has been done towards the development of biodegradable energetic binders (Cossu, 2009).  In order to fulfil this objective, three pre-polymers have been synthesised from sebacoyl chloride by polycondensation with polyepichlorohydrin, 3-chloro-1, 2-propanediol and 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol respectively. These pre-polymers were subsequently azided in order to add or increase the energetic content of the pre-polymers. ATR-FTIR, 1H-NMR and 13C-NMR were used to verify the success of the azidations. Success of the azidation reaction was confirmed for the pre-polymers synthesized from polyepichlorohydrin and 3-chloro-1,2-propanediol while the reaction did not occur properly for the pre-polymer made from 2-propanediol and 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol. The lack of energetic groups was confirmed and the reaction product was a solid powder rather than a viscous liquid. DSC was performed on the pre-polymers in order to evaluate the energetic content of the pre-polymers that were successfully azided. The degradation energy of the azide group measured are 1724 J/g for the pre-polymer derived from polyepichlorohydrin and 614 J/g for the pre-polymer synthesized from 3-chloro-1,2-propanediol.  Polyurethane elastomers were synthesized from the azided pre-polymers using ethyl ester L-lysine triisocyanate and subsequently characterized. The glass transition temperature of the copoly(ether/ester/urethane) was evaluated at -43oC through DSC and DMA while the Tg of the copoly(ester/urethane) was evaluated at -50oC through DSC. The decomposition energy of the azide groups of the elastomers was also evaluated through DSC and the copoly(ether/ester/urethane) was found to have an azide degradation energy of 1688 J/g while this parameter was evaluated at 601 J/g for the copoly(ester/urethane). Preliminary assessment of the biodegradability was also performed on a period ranging from 5 to 20 days. Weight loss for the copoly(ether/ester/urethane) was evaluated at 5% after 20 days and weight loss for the copoly(ester/urethane) was evaluated at 7% after 15 days. The soluble fraction was characterized through soxhlet extractions and photoacoustic FTIR was performed on the degraded samples in order to observe the evolution of the various chemical bonds presents in the elastomers. The biodegradability results obtained are in accordance with the literature pertaining to the limiting effect of azide groups on the degradation time.


identifier: Chagnon, D. (2012). Anisotropie magnétique du La2NiMnO6 multiferroïque par magnétométrie statique et spectroscopie de résonance ferromagnétique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette recherche, le comportement magnétique de couches minces épitaxiales composées de double-pérovskite (La2NiMnO6 ou LNMOo) et de simple-pérovskite (LaNi0.5Mn0.5O3 ou LNMOd) est étudié. Cette phase mixte (LNMOm) possède deux transitions magnétiques,soit une pour chaque phase la composant. Il a été démontré précédemment que cette phase possède une température de Curie plus élevée que celle du LNMOo, s'approchant de la température de la pièce. Cette propriété rend possibles des mesures de résonance ferromagnétique à température de la pièce. Des mesures de spectroscopie FMR angulaires ont d'ailleurs été effectuées préalablement, mais l'anisotropie magnétique en résultant n'est pas très bien comprise. Cette étude a donc pour objectif d'améliorer notre compréhension de cette anisotropie et d'en déduire des informations sur la structure des échantillons. Pour ce faire, des échantillons ont été fabriqués par PLD sur trois substrats différents, soit du LSAT(001), LSAT(011) et LSAT(111). Le LSAT a été choisi pour ses propriétés isolantes limitant les pertes dans les cavités micro-ondes de la spectroscopie FMR, ainsi que pour sa surface plus lisse que le LAO. Un échantillon de LNMOm sur LAO(001) a été également fourni par Mangala Singh du laboratoire de matériaux quantiques dans le cadre d'un stage d'été de l'auteur. Certains résultats obtenus sur cet échantillon ont été utilisés dans ce travail. Les échantillons ont d'abord été caractérisés par magnétométrie statique. Tous les échantillons possèdent deux transitions de phase magnétiques, soit celle de la phase desordonnée à basse températre et celle de la phase ordonnée à haute température. Ces tempéeratures de transition ont été déterminées avec précision à l'aide de la méthode du point d'inflexion. La valeur obtenue pour la phase ordonnée a ensuite été vérifiée à l'aide de la méthode de l'effet magnétocalorique, qui a donné exactement les mêmes valeurs. Les résultats obtenus pour tous les échantillons sont une transition de la phase ordonnée entre 268 et 271 K, et une transition de la phase désordonnée entre 60 et 110 K. Une troisième transition à très basse température a également été observée pour certains échantillons. Le volume et la fraction volumique des phases ordonnée et désordonnée ont été estimés en comparant les valeurs d'aimantation à saturation des échantillons avec les valeurs attendues à différentes températures. Des effets thermomagnétiques semblent montrer une texture plus importante dans l'échantillon sur LSAT(111) et moins importante dans l'échantillon sur LSAT(011), ce qui concorde avec les mesures de spectroscopie FMR. Une caractérisation par spectroscopie FMR a ensuite été effectuée. L'anisotropie magnétique des différents échantillons a été étudiée à 24 GHz à température de la pièce. Tous les échantillons ont deux groupes de pics qui semblent être produits par les différentes régions  ABSTRACT: In this research, magnetic properties of thin films composed of both double- (La2NiMnO6 or LNMOo) and simple-perovskites (LaNi0.5Mn0.5O3 ou LNMOd) are studied. This mixt phase (LNMOm) possesses two magnetic transitions; one for each phase present. It has previously been shown that this phase possesses a higher Curie temperature than LNMOo,approaching room temperature. This property makes room temperature ferromagnetic resonance measurements possible. Angular FMR measurement has already been achieved, but the magnetic anisotro y resulting isn't completely understood. The goal of this study is to increase our understanding of this anisotropy to get new informations on the structure of the samples. To achieve this goal, thin films of LNMOm have been deposited by PLD on three different substrates; LSAT(001), LSAT(011) and LSAT(111). LSAT has been chosen for his insulating properties limiting the losses in the microwave cavities used for FMR measurements and for his very smooth surface. One sample of LNMOm on LAO(001) was also fabricated by Mangala Singh from the laboratoire des mat´eriaux quantiques during a summer internship of the author. Some of the results obtained on this sample were used in this work.The samples were first characterized using static magnetometry. All samples possess two magnetic transitions, one at low temperature corresponding to the disordered phase and one at high temperature corresponding to the ordered phase. The temperature of these transitions were obtained with precision using the inflection point method. The high temperature transition was then confirmed using magnetocaloric effect, which gave the exact same values. The transition temperature of the ordered phase of all samples was between 268 and 271 K, while the transition of the disordered phase was between 60 and 110 K. A third transition at really low temperature was observed on some samples. The volume and volumic fraction of the ordered and disordered phases were approximated by comparing the saturated magnetization of each sample with the expected values at different temperatures. Finally, thermomagnetic processes were observed in all samples. These measurements suggests a more complex microstructure in the sample on LSAT(111) than in the sample on LSAT(011) which is consistent with the anisotropy observed by FMR spectroscopy. FMR characterization has then been performed. The magnetic anisotropy of the different samples was studied at 24 GHz and at room temperature. All samples possess two groups of peaks wich are attributed to different parts of the thin film, a wetting film and a region in which the strains are relaxed. The dominant source of anisotropy seems to be magnetostatic, produced by the shape of ordered clusters in the disordered matrix. Four anisotropy axis were observed on the sample grown on LSAT(001), which is consistent with a monoclinic


identifier: Madore, W. J. (2012). Fabrication et caractérisation d'hybrides optiques tout-fibre  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire traite de la fabrication et de la caractérisation de composants en fibres optiques comportant trois ou quatre fibres. On s'intéresse plus spécifiquement aux composants permettant de retrouver de façon non ambigüe l'amplitude et la phase d'une onde par rapport à une référence connue. Ce type de composant est souvent nommé hybride optique. Les composants à trois fibres placées en triangle sont étudiés de façon théorique pour réaliser un hybride optique, fabriqués, puis caractérisés en transmission et en phase. Les composants à quatre fibres placées en carré sont également étudiés théoriquement pour réaliser un hybride optique, puis fabriqués et caractérisés en transmission et en phase. L'objectif de ce mémoire est, dans un premier temps, de montrer qu'il est possible de réaliser des hybrides optiques avec les structures tout-fibre proposées. Dans un deuxième temps, des prototypes d'hybrides ont été réalisés et leurs caractéristiques évaluées et comparées à celles d'hybrides optiques idéaux, soit l'équipartition des signaux de sortie et les relations de phases spécifiques entre eux. Les prototypes d'hybrides sont fabriqués avec la méthode par fusion-étirage de fibres et la source de chaleur employée est une flamme à base de propane. Cette méthode est privilégiée car elle s'est avérée efficace et reproductible pour réaliser des coupleurs en fibres optiques. Ce procédé permet de contrôler les paramètres expérimentaux et peut ainsi s'adapter aux composants à plusieurs fibres. Les coupleurs à trois fibres réalisés ont une transmission totale en longueur d'onde de 85 % (-0,7 dB), le croisement est typiquement situé autour de 1 550 nm avec une transmission de 33 % (-4 dB) par branche. De plus, les phases relatives entre les signaux de sortie sont de 120 9°. Les coupleurs à quatre fibres réalisés ont une transmission de 89 % (-0,5 dB) avec un croisement typiquement situé autour de 1 550 nm avec une transmission autour de 25 % (-6 dB) sur chaque branche. Enfin, les phases relatives entre les signaux de sortie sont de 90 3°. Les applications possibles de tels composants sont dans le domaine de la détection cohérente.En télécommunications, il est intéressant de procéder au décodage de l'information de façon optique. Puisque dans certains systèmes actuels l'information est encodée en phase («Phase-Shift Keying»), il faut, pour effectuer le décodage, être en mesure de détecter sans ambiguïté la phase du signal, ce que l'hybride permet de faire. Étant donné que les composants sont réalisés dans des fibres standards, ils sont compatibles avec les montages fibrés et les appareils courants. Une autre application possible est en imagerie biomédicale avec des techniques de tomo  ABSTRACT: In this thesis, we present the fabrication and characterization of optical hybrids made of all fibre 3 x 3 and 4 x 4 couplers. The three-fibre components are made with a triangular cross section, while the four-fibre components are made with a square cross section. All of these couplers have to exhibit equipartition of output amplitudes and specific relative phases of the output signals to be referred to as optical hybrids. These two types of couplers are first modelled to determine the appropriate set of experimental parameters to make hybrids out of them. The prototypes are made in standard telecommunication fibres and then characterized to quantify the performances in transmission and in phase. The objectives of this work is first to model the behaviour and physical properties of 3 x 3 and 4 x 4 couplers to make sure they can meet the requirements of optical hybrids with an appropriate set of fabrication parameters. The next step is to make prototypes of these 3 x 3 and 4 x 4 couplers and test their behaviour to check how they fulfill the requirements of optical hybrids. The experimental set-up selected is based on the fusion-tapering technique to make optical fibre components. The heat source is a micro-torch fuelled with a gas mix including propane and oxygen. This type of set-up gives the required freedom to adjust experimental parameters to suit both 3 x 3 and 4 x 4 couplers. The versatility of the set-up is also an advantage towards a repeatable and stable process to fuse and taper the different structures. The fabricated triangular-shape couplers have a total transmission of 85 % (-0,7 dB), the crossing is typically located around 1 550 nm with a transmission of around 33 % (-4 dB) per branch. In addition, the relative phases between the output signals are 1209°. The fabricated square-shape couplers have a total transmission of 89 % (-0,5 dB) with a crossing around 1 550 nm and a transmission around 25 % (-6 dB) per branch. The relative phases between the output signals are 90 3°. As standard telecommunications fibres are used to make the couplers, the prototypes are compatible with all standard fibered set-ups and benches. The properties of optical hybrids are very interesting in coherent detection, where an unambiguous phase measurement is desired. For instance, some standard telecommunication systems use phase-shift keying (PSK), which means information is encoded in the phase of the electromagnetic wave. An all-optical decoding of signal is possible using optical hybrids. Another application is in biomedical imaging with techniques such as optical coherence tomography (OCT), or to a more general extend, profilometry systems. In state-of-the-art techniques, a conventional interferometer combined with Fourier analysis only gives absolute


identifier: Beausoleil, A. (2012). Étude de phénomènes cinétiques à longue portée lors de la croissance épitaxiale à l'aide de la méthode Monte Carlo cinétique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de cette these est d'etudier les phénomènes cinétiques à longue portée lors de la croissance épitaxiale à l'aide de la méthode Monte Carlo cinétique (KMC). Nous étudions d'abord l'impact des sauts à longue portée et du régime d'agrégation réversible sur la croissance d'une surface singulière. Nous présentons ensuite une variante de la méthode KMC qui permet de réduire les temps de simulations. À l'aide de cette nouvelle méthode, nous analysons finalement l'impact de la germination sur la croissance de surfaces vicinales. Dans une étude de l'impact de l'agrégation réversible et de la loi de Meyer-Neldel sur la croissance épitaxiale, nous observons que la densité d'atomes, de même que la densité de petits îlots est telle que la distribution de taille des îlots est bimodale. Les fréquents événements de détachement font ainsi croître le nombre d'atomes non liés aux ilots et cette grande densité augmente par le fait même la probabilité de germination, menant à une importante densité de petits îlots. Dans un tel cas, ces petits îlots sont métastables en ce sens qu'ils ont une grande probabilité de se fragmenter suite à un événement de détachement. Les sauts à longue portée accentuent la distinction entre les deux modes de cette distribution en permettant aux atomes détachés de s'éloigner davantage des îlots. Ainsi, les sauts à longue portée font augmenter le coefficient de diffusion effectif des atomes qui présente alors un comportement supra-Arrhenius d'autant plus important que la portée maximale des sauts est grande. Ce comportement ne peut être compensé par la modiffication de la température de croissance puisque les taux d'activation de tous les événements varient de façon non linéaire avec cette température. Puisque les événements les plus fréquents dans nos simulations sont les événements de diffusion simple (alors qu'un atome n'est pas encore incorporé à un îlot), qui comptent pour près de 80% de la totalité des événements simulés, nous développons une variante de la méthode KMC qui permet de réduire le temps de calcul requis pour de tels événements. Pour ce faire, nous catégorisons les atomes en deux groupes, l'un contenant les atomes assez loin des autres pour pouvoir être considérés comme exempts d'interaction (en lien avec le modèle utilisé dans nos simulations KMC) et l'autre contenant tous les atomes liés. Cette condition de "non interaction" permet alors de réduire le nombre de mises à jour requises lors de la diffusion des atomes concernés sans nécessiter d'approximation par rapport à la méthode KMC. Nous présentons alors une nouvelle méthode qui porte le nom de LAUKMC pour low adatom update KMC. Nos simulations appliquant une telle stratégie sont jusqu'à environ  ABSTRACT: The main objective of this thesis is to study long range kinetic phenomena during epitaxial growth with the kinetic Monte Carlo (KMC) method. We begin by studying the impact of long jumps and the reversible aggregation regime on singular surface growth. We then present an alternative KMC method which allows to decrease the simulation time. With this new method, we finally analyze the impact of nucleation on vicinal surface growth. In a study on the impact of the reversible aggregation regime combined to the Meyer-Neldel rule on submonolayer epitaxial growth, we observe that atom and small island densities are such that the island size distribution is bimodal. The frequent detachment events are responsible for an increase of the number of unattached atoms and the probability of nucleation increases due to this large density of atoms, resulting in an important small island density. In such a case, those small islands are metastable because of their large probability to fragment following a detachment event. Long jumps accentuate the distinction between the two modes of the bimodal island size distribution by allowing detached atoms to diffuse far away from islands. Long jumps increase the eective diffusion coefficient of atoms, which show a supra-Arrhenius behavior especially important for a large maximum long jump extent. Since the most frequent events in our simulations are simple diffusion events (that is, when an atom is not attached to an island), which account for nearly 80% of the number of performed events, we develop an improved KMC method which allows to reduce the simulation time for such events. To do so, we partition the atoms in two groups, the first one containing the atoms far enough from each other to be considered interaction free (with respect to the KMC model used) and the other one containing all bonded atoms. This non-interacting condition allows to reduce the number of updates required after the diffusion of an atom without any additional approximation compared to the KMC method. This strategy results in the elaboration of a new method, the LAUKMC (for low adatom update KMC) method. The LAUKMC simulations are approximatively four times faster than equivalent KMC simulation in a step  ow regime, and six times faster when the reattachment procedure is applied. The speed-up is especially important when the number of atoms out of interaction range from other atoms is large and when the aggregation regime is strongly reversible. For limited diffusion and irreversible aggregation regime conditions, the LAUKMC method behaves as KMC simulations and little speed-up is observed.


identifier: Gorgutsa, S. (2012). Smart Textiles for Tactile Sensing and Energy Storage  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Durant ma maîtrise, j'ai surtout travaillé sur 2 sujets dans le domaine des textiles intelligents électroactifs. Mon premier projet portait sur la fabrication d'un pad textile sensible au toucher utilisant des fibres capacitives en polymères. Les fibres capacitives, présentent une grande capacité et résistance, ont été fabriquées utilisant des techniques de fibrage. Pour permettre une connectivité facile, un mince fil de cuivre a été intégré dans le coeur de la fibre durant l'extrusion. Ces fibres (soft-capacitor) ont des une capacité par unité de longueur typiques de 69 nF/m, et des résistances de 5 kΩ•m. Nos mesures et nos modèles théoriques montrent que la capacité est un paramètre très stable déterminé par la géométrie utilisée, qui ne dépend pas du diamètre de la fibre ni de ses paramètres de fabriquation. La resistivité de la fibre, quant à elle, a un important coefficient thermique (positif), est très sensible aux contraintes de tension et dépend grandement des paramètre d'extrusion. Il a aussi été démontré qu'une fibre capacitive individuelle peut servir de capteur de glissement qui permet de déterminer, sur sa longueur, la position du contact tactile en mesurant la réponse AC de la fibre à un point donné sur sa surface. La réponse électrique d'un senseur de ce type est décrite par le modèle de réseau RC, qui est en accord avec les résultats expérimentaux. Les fibres capacitives développées sont souples, de faible diamètre, légères et n'utilisent pas d'électrolyte liquide, donc elles sont idéales pour l'intégration dans les produits textiles. À la fin du chapitre, nous avons démontré qu'en tissant un ensemble de fibres capacitives en 1 dimension (fibres parallèles), il est possible de tisser un senseur tactile en 2 dimensions. Les performances de ce senseur ont été caractérisées et une bonne isolation entre les canaux a été démontrée. Un tel senseur possède aussi des fonctionnalités multi-touch. Mon deuxième projet portait sur l'assemblage de cellules Li-ion flexibles et étirables, leur intégration dans un textile et leur caractérisation électrique dans un contexte de «textiles intelligents». L'aspect chimique de ces cellules a été développé par mon collègue Y.Liu, qui a réussi à intégrer la cathode (LiFePO4), l'anode (Li4Ti5o12) et l'électrolyte solide (PEO) dans un système de cellule électrochimique souple. J'ai démontré de façon expérimentale que des batteries de cellules flexibles peuvent être fabriqués en grande feuilles, puis coupées en fines  ABSTRACT: During my master's I have mainly worked on two subjects in the research area of electroactive smart textiles. My first project involved building a touch sensitive textile pad using original home-made allpolymer soft capacitor fibers. The capacitor fibers featuring relatively high capacitance and resistance were fabricated using fiber drawing technique. For the ease of connectorization, a thin copper wire was integrated into the fiber core during drawing procedure. Soft-capacitor fibers have a typical capacitance per unit length of 69 nF/m, and a typical resistivity parameter of 5 kΩ•m. Our measurements and theoretical modeling show that the fiber capacitance is a very stable, geometry defined parameter independent of the fiber diameter, and fiber fabrication parameters. In contrast, fiber resistivity has a very strong positive temperature coefficient, it is highly sensitive to stretching, and it is strongly dependent on the fiber drawing parameters. Next, an individual capacitor fiber was demonstrated to act as a slide sensor that allows determining the touch position along its length by measuring the fiber AC response at a single point at the fiber surface. Electrical response of such a sensor was described by the RC ladder model, with the modelling data in excellent agreement with experimental observations. Developed capacitor fibers are soft, small diameter, lightweight and do not use liquid electrolytes, thus they are ideally suited for the integration into textile products. At the end of the chapter, we have demonstrated that by weaving a one dimensional array of capacitor fibers (in parallel to each other) a fully woven 2D touchpad sensor could be build. Performance of a touchpad sensor was then characterised and the absence of the inter-channel crosstalk was confirmed. We also note that a 2D touchpad has a partial multi-touch functionality. My second project involved assembly of flexible and stretchable Li-ion batteries, their integration into a textile, and their electric characterization in a view of smart textile applications. The chemistry for the battery was developed by my colleague Y. Liu who has combined the relatively conventional Li battery materials including LiFePO4 cathode, Li4Ti5O12 anode and PEO solid electrolyte into a non-conventional soft electrochemical battery system. I have experimentally demonstrated that flexible batteries can be first cast as sheets, and then cut into thin strips, and finally integrated into textile using conventional weaving techniques. The


identifier: Richelet, P. (2012). Source laser accordable fondée sur la génération de supercontinuum dans une fibre microstructurée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous démontrons la possibilité de rendre les sources laser accordable fondées sur la génération de supercontinuum (SC) dans les fibres microstructurées plus efficaces que celle actuellement sur le marché. Bien qu'elles soient déjà plus avantageuses du fait quelles ne nécessitent pas de refroidissement, soient compactes et puissent opérer sur une large plage de longueur d'onde, elles sont présentement fondées sur un mécanisme où la majeure partie de la lumière est perdue. Une fois le SC généré dans une fibre à cristaux photoniques, il est dirigé vers un élément sélectif qui en éjecte une fraction de puissance à la longueur d'onde sélectionnée. Le reste du SC n'est pas réutilisé et donc perdu, ce qui rend de telles sources relativement peu efficaces. A l'aide d'un mécanisme de recirculation de la lumière normalement perdue, nous montrons la possibilités d'augmenter l'efficacité d'une telle source de 23%. C'est en réinjectant le SC auquel nous avons prélevé une fraction de puissance autour d'une longueur d'onde donnée dans la fibre l'ayant créé que le spectre du SC se " rebouche " par effets nonlinéaires. Les mécanismes qui élargissent le spectre de la pompe permettent de prélever de la puissance au SC pour la redistribuer à la longueur d'onde d'intérêt. Une pompe à 1064 nm est couplée (par un réseau de Bragg en volume) à une fibre microstructurée dont le zéro de dispersion est située entre 1 et 1.06 m pour générer un SC plat entre 1 et 1.7 m. La longueur d'onde d'intérêt est ensuite éjectée par un second réseau de Bragg en volume. Le reste du SC passe à travers le premier réseau (qui extrait la pompe de la même manière qu'il l'avait préalablement injectée dans la cavité) et est dirigé vers la face d'entrée de la fibre. Une fois recouplé à la fibre, il génère un gain nonlinéaire à la longueur d'onde d'intérêt, rendant la source plus efficace par design que les sources pour lesquelles il n'y a pas de cavité.  ABSTRACT: We investigate the possibility to recycle the supercontinuum (SC) generated by a photonic crystal fiber (PCF) to increase the efficiency of actual SC based laser sources.We demonstrate that by recycling the SC, one can convert power from the broad spectrum to the selected wavelength, increasing the laser source efficiency. The pump laser is injected into the loop by a volume Bragg grating (VBG) and then coupled to the PCF fiber. This solid core fiber broadens the pump spectrum into a SC, from which a wavelength is selected and extracted out of the loop by a second VBG. The remaining light is transmitted and recoupled to the fiber. The remaining SC spectrum, in which there is now a "hole", is then attened by the same mechanism that created it, giving rise to a net increase in optical output power at the desired wavelength. The gain of such a mechanism is actually shown to reach 23% at certain wavelength when a 1064 nm pump is broaden by a PCF with a zero dispersion wavelength between 1 and 1.06 m.


identifier: Taobane, M. (2012). Utilisation de la simulation pour améliorer les horaires des médecins et des équipements dans un département de Radio-Oncologie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En 2000, le cancer est devenu la première cause de mortalité au Québec. Depuis, le nombre de mortalités liées au cancer ne cesse de croître. À ce facteur s'ajoute le vieillissement de la population, la pénurie des spécialistes et les coûts croissants des opérations, représentant des défis de taille pour les départements de Radio-Oncologie. Ces derniers, malgré ces différents facteurs, ont l'obligation d'offrir un service de qualité à la population. À ce titre, la radiothérapie est de plus en plus utilisée comme traitement contre le cancer. Cependant, la réussite de ce type de traitement dépend du délai d'attente des patients avant de recevoir leur traitement, délai encadré par le ministère de la santé et des services sociaux, et de la capacité à réaliser des sessions de traitements aux patients sans interruptions. Ce dernier point est un enjeu majeur pour les départements de Radiothérapie qui y parviennent difficilement. Une des causes de cette difficulté réside dans la gestion des priorités des patients. Les départements traitent principalement des patients palliatifs et des patients curatifs. Les patients palliatifs, prioritaires, ont un délai court pour recevoir les sessions de traitement. Ceci conduit souvent à des bouleversements importants dans la planification des traitements engendrant même des reports de début de traitement pour des patients curatifs et énormément d'activités à non-valeur ajoutées sans compter les frustrations au sein des équipes. Cette présente recherche s'applique à résoudre les problèmes d'organisation des départements de Radio-Oncologie afin d'optimiser le nombre de patients traités et maximiser l'utilisation des ressources humaines et matérielles tout en fournissant un haut niveau de service dans le respect des différentes normes. L'analyse touche aux différents aspects du processus de traitement des patients atteints de cancer, à commencer par une rencontre avec le radio-oncologue, spécialisé selon le type de cancer, pour déterminer la pertinence de suivre un traitement de radiothérapie. Si le traitement est approuvé, les étapes qui suivent sont la localisation de la zone à traiter à l'aide d'un CT-Scan, la planification du traitement par l'unité de dosimétrie et les vérifications du traitement par une simulation. La complexité de ce processus pousse à l'utilisation d'outil avancé tel que la simulation à évènement discret. Le modèle développé dans cette recherche a permis de tester divers scénarios « What-if » afin d'étudier les façons de réduire au maximum le délai entre l'approbation du médecin lors de la consultation et le premier traitement du patient. Plusieurs défis ont été rencontrés durant le développement du modèle. Ce dernier est basé sur le fonctionnement futur d'un département de Radio-Oncologie situé à Laval mais qui n'était pas encore fonctionnel. La stratégie de collecte de données a permis de pallier à ce problème grâce à des rencontres avec divers spécialistes du milieu et des analyses de données en provenance d'autres hôpitaux. D'un point de vue technique, les frontières larges du modèle pour représenter toute la chaîne des opérations, soit depuis la consultation jusqu'au dernier traitement, ont poussé à développer une réflexion importante sur les stratégies de modélisation. Au final, le modèle inclut 4 accélérateurs linéaires et plus de 30 professionnels de la santé ayant divers spécialités. Or la clé du succès dans la gestion des opérations est la coordination entre ces différents professionnels. Ces derniers ont le choix de réaliser à un moment donné différentes tâches. Au niveau du simulateur, les prises de décisions ont été modélisées sous forme d'arbre de décision permettant de prioriser les différentes tâches selon plusieurs conditions en utilisant l'approche « agent-based model ». Le modèle offre trois applications majeures. D'abord, une analyse des flux de patients qui, pour le département de radio-oncologie en question, a permis de cibler avec précision le goulot dans le processus, comme par exemple le manque de dosimétristes, et d'amener des solutions viables. Des résultats sur le respect de la norme provinciale et de la grille de classification des types de cancer ont permis à l'administration d'ajuster leur stratégie de gestion et ceci avant l'ouverture du département. Une autre application de ce modèle consiste en la standardisation des tâches des médecins qui a également été testée pour le département étudié. Le principal bénéfice de cette standardisation est de pouvoir préparer un patient en 5 jours versus 20 jours. Finalement, pour que les traitements palliatifs n'interfèrent pas sur les traitements curatifs, le modèle a permis d'analyser la faisabilité de réserver des plages des accélérateurs linéaires exclusivement aux traitements palliatifs.  Il est à souligner qu'une validation des résultats obtenus par la simulation a été effectuée après l'ouverture du département. Cette validation a permis de constater la robustesse du modèle. La principale faiblesse réside dans le nombre de plages à réserver pour les patients palliatifs. Le modèle a sous-évalué ce nombre mais la taille de l'échantillon reste encore faible pour conclure.  Enfin, des recommandations génériques sont proposées pour l'ensemble des départements de Radio-Oncologie sur le calcul de capacité des accélérateurs en prenant en compte la variabilité des traitements, sur la gestion des ressources humaines en considérant leur productivité et sur la politiques des rendez-vous pour les CT-Scan et sur les accélérateurs linéaires. La première recommandation est la détermination du nombre de patients pouvant être traité annuellement. L'approche actuelle est une moyenne du nombre de traitements pour les patients curatifs et les patients palliatifs conduisant à une surestimation de la capacité des accélérateurs. L'approche proposée considère la variabilité du nombre de traitements donnant un portrait plus juste de la capacité des accélérateurs linéaires.  La deuxième recommandation est la gestion des rendez-vous pour les patients curatifs. L'approche actuelle est de réserver la première plage disponible aux patients. Cette approche pose des problèmes sur la priorisation au sein des patients curatifs. Deux solutions sont proposées mais non testées. La première est de systématiquement retarder le rendez-vous des patients curatifs moins prioritaires pour assigner des plages libres aux patients plus prioritaires et la deuxième solution est de développer un modèle de recherche opérationnelle. La troisième recommandation est de réserver au moins 3 plages par accélérateur linéaire pour les patients palliatifs pour une proportion de 27% de patients palliatifs demandant un traitement de radiothérapie. La quatrième recommandation est la standardisation des tâches des médecins en développant un calendrier hebdomadaire pour 7 médecins. Ceci permettrait de préparer un patient en 5 jours. La cinquième recommandation est le balancement des ressources pour 4 accélérateurs linéaires. Différents scénarios ont permis de déterminer le nombre idéal de ressources pour les différentes tâches. Au final, le modèle ainsi développé peut servir d'outil stratégique de planification pour les administrations, afin d'analyser par exemple l'impact des différentes arrivées de patients à partir des données collectées, ce qui permettra de prendre rapidement des décisions stratégiques sans requis d'investissements pour la mise en place de tests pilotes.  ABSTRACT: In 2000, cancer became the leading cause of death in Quebec and the number of cancer-related deaths has since been increasing.  In addition to this fact, the aging of the Canadian population, the shortage of specialists and the increase of costs of operation represent significant challenges for Radio-Oncology treatment centers throughout the country. The latter, despite these factors, have an obligation to provide quality service to the public. As such, radiation therapy is increasingly used as a form of treatment against cancer. However, the success of this type of treatment depends on the delay before patients start receiving their treatment, delay regulated by the Ministry of Health and Human Services. The success of the radiotherapy session depends also on the ability to conduct sessions with patients without treatment interruptions which is a major issue for radio-oncology departments who deal with the complex issue of patient prioritization. Two main types of patients are treated in a radio-oncology department: palliative and curative patients. For palliative patients, who have to be treated in priority, the delay before receiving treatment has to be short as prescribed by the Minsitry of Health and Human Service. This constraint often leads to major upheavals in treatment planning generating postponements of curative treatment start for some patients in addition to creating a significant amount of non value-added activities within the process as well as frustration within the team. The present research aims to solve organizational challenges that Radio-Oncology departments are facing in order to maximize the number of patients and the use of human and material resources while providing a high level of service in respect to governmental standards. An analysis is also made of the various key processes relating to the treatment of cancer patients, beginning with a start-off consultation with the specialized radiation oncologist to determine which treatment is best suited for the patient. If treatment is approved, the following step is the localization of the affected area by CT-Scan, followed by the planning of the treatment by the dosimetry unit and finally a validation of the success of the treatment. The complexity of this process leads to the use of advanced tools such as discrete event simulation. The model developed in this research was used to test various "what-if" scenarios in order to study ways to minimize the waiting period between the moment the physician approves the radiotherapy treatment during the start-off consultation and the moment the patient actually receives his first treatment. Several challenges were encountered during the development of this model. Indeed, this model is based on the future running of a Radio-Oncology department located in Laval which was not yet functional at the time it was developed. The data collection strategy has made it possible to overcome this problem through validation meetings with various specialists in the field and analysis of records coming from established hospitals. From a technical standpoint, the broad boundaries of the model to represent the entire chain of operations led to an important reflection on modeling strategies. Ultimately, the model includes four linear accelerators and more than 30 health professionals with various specialties. The key to success in operations management is the coordination between the different professionals who have to attend to multiple tasks. In the simulator, the decisions have been modeled as a decision tree to prioritize tasks according to several conditions using the approach “agent-based model.” The model has three major applications. First, flow analysis of patients which, for the department of radio-oncology in question, allowed precise targeting of bottlenecks in the process, such as the lack of dosimetrists, and proposal of viable solutions. Results on the compliance with regulations have allowed the administration to adjust their management strategy before the opening of this department. Another application of this model is the standardization of physicians' tasks which was also tested for the department studied. The main benefit of this standardization has been the reduction of patient waiting time from 20 to 5 days in the preparation process. Finally, to make sure that palliative treatments do not interfere with curative treatments, the model was used to analyze the feasibility of dedicating slots in the use of the linear accelerators for palliative treatments only. It is noteworthy that a validation of the results of the simulation was performed after the creation of the department. This validation showed the robustness of the model, the main weakness, however, lying in the number of slots to be reserved for palliative patients. The model underestimated the count but the sample size remains too small to conclude. Finally, general recommendations are offered for Radio-Oncology departments when determining the capacity of accelerators and managing their resources.  The first one concerns the estimation of the number of patients being treated annually. The current approach is based on an average number of treatments for curative and palliative patients leading in some cases to an overestimation of the ability of accelerators. The proposed approach considers the variability in the number of treatments giving a more accurate picture of the capacity of linear accelerators. The second recommendation is in regards to managing appointments for patients curative. The current approach is to reserve the first track available to patients. This approach generates conflicts in the prioritization among curative patients. Two solutions have been put forward and have yet to be tested. The first is to systematically delay the appointment of curative patients, with a lower priority, to be able to assign empty slots to higher priority cases.  The second solution is to develop an operational research model to improve management of appointments. The third recommendation is to book at least three slots per linear accelerator for palliative patients. The fourth recommendation concerns the standardization of physicians' tasks by developing a weekly schedule for seven doctors. This standardization of tasks would make it possible to prepare a patient in five days. The fifth recommendation is in regards to number of resources needed to operate four linear accelerators. Various scenarios were used to determine the ideal number of resources to assume the different tasks. In conclusion, the model developed can serve as a strategic tool for administrators in order to analyze the impact of patient flow from data collected, which will make it possible to make strategic decisions faster and avoid the cost of investing in pilot tests.


identifier: Duhaime, F. (2012). Mesure de la conductivité hydraulique du dépôt d'argile Champlain de Lachenaie, Québec: théorie et applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des mesures précises de la conductivité hydraulique (K) des argiles Champlain sont nécessaires pour la modélisation et la conception de plusieurs types d'applications en génie civil et en hydrogéologie. La valeur de K permet d'estimer la vitesse d'écoulement de l'eau dans le milieu poreux, la vitesse de migration des contaminants et le taux de déformation de l'argile. Ces phénomènes sont intrinsèquement liés : la déformation volumique de l'argile et la migration des contaminants par advection nécessitent un déplacement d'eau dans les pores de l'argile. Les différents cadres réglementaires favorisent l'emploi d'essais in situ pour mesurer K dans l'argile. On préconise habituellement la réalisation d'essais à niveau variable dans des puits d'observation. On démarre ces essais en changeant le niveau d'eau dans le tuyau du puits. La valeur de K est obtenue à partir du graphique des vitesses, un graphe qui représente la charge hydraulique moyenne en fonction de son taux de variation, ou d'un graphique semi-logarithmique de la différence de charge hydraulique en fonction du temps. La valeur de K dépend de la pente de ces graphiques, de la section du tuyau dans lequel le niveau d'eau varie, et d'un coefficient de forme qui dépend de la géométrie du massif filtrant. Dans l'argile, les essais à niveau variable ont un désavantage principal : ils sont longs. Dans les dépôts d'argile Champlain, la réalisation d'un essai à niveau variable typique peut prendre plus d'un mois. Pour réduire la durée des essais in situ, on peut diminuer la section intérieure du tuyau dans lequel le niveau d'eau varie. On peut aussi utiliser l'essai de choc hydraulique. Avec cet essai, un obturateur est gonflé dans le tuyau du puits d'observation pour isoler le massif filtrant. Un volume d'eau connu est ensuite injecté dans la portion isolée du puits. Cette injection génère une surpression qui se dissipe à mesure que l'eau s'écoule du massif filtrant vers le sol. L'essai de choc hydraulique a une durée beaucoup plus courte que les essais à niveau variable typiques. Dans l'argile Champlain, les essais de choc hydraulique durent environ une heure.  ABSTRACT: In Champlain clays, precise hydraulic conductivity (K) measurements are necessary for the modelling and the design of several civil engineering and hydrogeology applications. The K values is used to estimate the velocity of water in the porous media, and the rates of contaminant migration and clay deformation. These phenomena are linked: both volume changes and contaminant migration by advection require the displacement of a volume of water contained in the clay pores. Regulatory bodies recommend in situ permeability tests to measure K in clay. Variable-head tests conducted in observation wells are usually the preferred testing procedure. This type of test is initiated by changing the water level in the riser pipe of an observation well. The K value is obtained from the velocity graph, a plot of the mean hydraulic head with respect to its rate of change, or from a semi-log plot of the hydraulic head difference versus time. The K value is calculated from the slope of these plots, the inner section of the riser pipe in which the water level varies, and a shape factor determined from the sand filter geometry. In situ variable-head tests in clay have one main disadvantage: their long duration. In Champlain clays, a typical variable-head test can last more than a month. To shorten the duration of in situ tests, the inner section of the pipe in which the water level varies can be reduced. Pulse tests can also be used. With this type of test, a packer is inflated in the riser pipe to isolate the sand filter. A known volume of water is then injected in the isolated portion of the well. This generates a pressure increase which dissipates as water flows from the sand filter toward the soil. Pulse tests have a much shorter duration than the typical variable-head tests. In Champlain clays, pulse tests last approximately one hour.


identifier: Prophete, B. (2012). Développement et évaluation d'un système multipositions pour les chirurgies du rachis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cas de pathologies sévères de la colonne vertébrale telles la scoliose, fractures, tumeurs, etc., une intervention chirurgicale d'instrumentation peut être considérée. Le positionnement du patient sur la table d'opération est important afin d'assurer ses fonctions physiologiques et de le maintenir stable pendant l'intervention. Par ailleurs, le positionnement permet d'améliorer et faciliter l'exécution des manoeuvres chirurgicales et l'instrumentation du rachis. À cet effet, un système de positionnement a été développé à l'École Polytechnique et au CHU Sainte-Justine pour les chirurgies de la colonne vertébrale scoliotique pratiquées dans la position en décubitus ventral le « MultiFunctional Positionning Frame » (MFPF). Ce système comporte plusieurs composantes permettant de manipuler et positionner les membres du patient afin de corriger les déformations du rachis et/ou de le manipuler pour modifier la position relative des vertèbres. Le présent projet de maîtrise avait pour objectif principal de réingénier le système MFPF pour permettre le positionnement et le transfert dans deux positions opératoires, à savoir en décubitus ventral et latéral, et d'étudier les performances de ce nouveau système. Ainsi, les objectifs spécifiques du projet étaient de:- Modifier le design du système de positionnement MFPF afin d'améliorer la cinématique des mouvements des membres inférieurs en décubitus ventral, l'adapter aux chirurgies par abord antérieur et permettre le retournement d'une position à l'autre;- Adapter le design afin de permettre des manipulations du rachis par l'entremise de déplacements des membres inférieurs, soit la flexion en position ventrale et l'inflexion latérale en décubitus latéral; - Modéliser le positionnement et les manipulations du nouveau système de positionnement afin d'évaluer la biomécanique de paramètres de positionnement.  ABSTRACT: In the case of severe pathologies of the spine such as scoliosis, fractures, tumors, etc., instrumentation surgery may be considered. Patient positioning on the operating table is important to ensure physiological functions and conserve stability during surgery. Furthermore, the surgical position can improve and facilitate the execution of surgical manoeuvres and instrumentation of the spine. To this end, a positioning system was developed at École Polytechnique and Sainte-Justine University Hospital for surgery of the scoliotic spine performed in the ventral decubitus position—the "Multi-Functional Positioning Frame" (MFPF). This system has several components that can be used to manipulate and position the patient's limbs in order to correct spinal deformations and/or manipulate the spine in order to change the relative position of the vertebrae. The main objective of this thesis project was to re-engineer the MFPF to allow for positioning and transfer in two operating positions, namely in the ventral and lateral decubitus positions, and to study the performance of this new system. Thus, the specific objectives of the project were to:- Modify the design of the MFPF positioning system in order to improve the kinematics of the lower limbs in the ventral decubitus position, adapt the system for anterior approach surgeries and allow for the transfer from one position to the other;- Adapt the design to allow manipulation of the spine through movement of the lower limbs: flexion in the ventral decubitus position and lateral bending in the lateral decubitus position; - Model the positioning and manipulation of the new positioning system to assess the biomechanics of various positioning parameters;- Experimentally test the functionality of the new design.


identifier: Dubanchet, V. (2012). Contrôle d'attitude d'un lanceur en phase atmosphérique approche par applications gardiennes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un premier temps, la modélisation d'un lanceur spatial met en avant l'importance des variations des paramètres au cours de l'ascension. Ils sont en effet fortement dépendants de la variation de la masse avec la consommation des ergols. Le modèle utilisé prend ainsi en compte cette évolution en linéarisant les équations autour de 6 points de vol principaux, pour obtenir des modèles linéaires invariants dans le temps. Chacun de ces modèles devra être stabilisé par une unique loi de commande, tout en respectant les performances désirées. La considération des modes de flexion du lanceur rend alors la synthèse plus complexe. Une autre conséquence de l'évolution temporelle est le séquencement des gains des contrˆo- leurs obtenus. Il est en effet montré dans le mémoire qu'aucun réglage constant du correcteur adopté ne permet de respecter le cahier des charges sur toute la trajectoire. Ensuite, la complexité de modélisation du lanceur complet amène à considérer les erreurs et les incertitudes de modèle. Elles sont là encore un enjeu majeur du projet puisqu'il faut pouvoir assurer les performances nominales précédentes de façon robuste. Les applications gardiennes, de par leur propriétés, se sont révélées les plus adaptées pour traiter un tel pro- blème de séquencement avec respect de performances robustes. Dans cette optique, un aspect essentiel de la Maîtrise porte sur le développement de méthodes de synthèse basées sur les applications gardiennes. Il est en effet apparu que les quelques travaux portant sur ce sujet développaient essentiellement la théorie, et que la mise en œuvre de ces méthodes pouvait être améliorée. Deux approches sont ainsi développées à travers le projet. La première s'appuie sur une vi- sualisation graphique des lieux d'annulation des applications gardiennes. Un programme basé sur l'analyse d'image permet de vérifier automatiquement les réglages des gains qui satisfont les contraintes. La seconde méthode s'appuie sur une optimisation portant sur les applications gardiennes dans des zones d'intérêt. Par itérations successives, il est alors possible de partir du système en boucle ouverte pour aboutir à un réglage des gains acceptable en boucle fermée. Les méthodes élaborées ont été testées et éprouvées sur le cas du lanceur, avec le cahier des charges fourni par ASTRIUM-ST. Cette application pratique a été motivée par la complexité du système, les contraintes variées à considérer et l'importance de la robustesse pour ce type de commande. Autant de contraintes qui ont permis de valider l'intérêt et l'efficacité des applications gardiennes sur ce type de problème.  ABSTRACT: In a first phase, the modelling process underlines the presence of highly time varying parameters during the ascent, due to a fast mass variation along with propellant consumption. Linearizing the dynamical equations at six main flight instants yields linear time invariant models to be considered during control design. Each of them is to be stabilized by one control law, while respecting given specifications. The synthesis becomes even more complex when the bending modes are taken into account. Moreover, scheduling appears necessary to deal with the time variations. Indeed it is shown that no single gain setting is able to respect all the specifications along the trajectory. Furthermore, increasing complexity when modelling a whole launch vehicle pushes one to consider the model's errors and uncertainties. They represent a major issue in this study since it is asked to ensure the nominal performances in a robust fashion. Owing to their properties, guardian maps appear to be the most suitable tool to deal with such a problem of scheduling with robust performances. In light of this, the development of synthesis methods based on guardian maps is the main contribution of the project. It appears that actual state of the art in this field is focused on theoretical issues, whereas practical ones could be improved. Two approches are presented in the memoire. The first one is based on a graphical ap- proach consisting in drawing the vanishing locus of guardian maps. A program using image analysis techniques is devised to check automatically which gain settings satisfy the con- straints. The second one is based on an optimisation procedure involving guardian maps. Starting with the open loop system, the iterative process proposed ends up with a satisfactory gain setting for the closed-loop. These methods are tried and tested for the launch vehicle, with specifications from ASTRIUM-ST. Their practical application is motivated by the system complexity, the differ- ent kinds of constraints and the essential need for robustness. Many restrictions that finally bring about the interest and the efficiency of guardian maps for such a problem.


identifier: Moradi Larmaei, M. (2012). A Depth-Averaged Numerical Model for Simulating Heat and Fluid Flows in Vegetated Channels  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un modèle numérique complexe moyenné sur la profondeur est développé pour simuler l'hydrodynamique et le transfert de chaleur dans les canaux végétalisés, avec une capacité de simuler les ruptures de barrage et les phénomènes d'inondation. Le modèle est capable de simuler les deux types d'écoulements, laminaires et turbulents, il peut prendre en compte les effets des écoulements secondaires. Il utilise les derniers développements de la science des milieux poreux, afin de simuler l'écoulement dans les zones végétalisées et il est possible d'effectuer des simulations dimensionnelles ou adimensionnelles. Ce modèle moyenné sur la profondeur est capable de commencer une nouvelle simulation ou de reprendre une autre. Il utilise de nombreuses techniques innovantes pour minimiser automatiquement le temps de calcul pour des problèmes ayant un grand nombre de mailles de calcul. Il utilise beaucoup de techniques novatrices pour augmenter la précision des solutions, il offre un choix varié de conditions aux limites, il peut effectuer une solution du 2nd ordre et il supporte plusieurs techniques pour contrôler les erreurs résiduelles. Comme première étape, le code numérique à deux dimensions est développé pour simuler l'écoulement et le transfert de chaleur. Les équations de transport sont résolues avec une méthode de collocation par volumes finis non structurés. Des données numériques et expérimentales sont utiliseés pour valider le code pour différentes conditions d'écoulement. Une technique multi-bloc de triangulation locale (MBLT) est développée et appliquée à plusieurs simulations pour diminuer la magnitude absolue des oscillations du champ de pression. Dans cette technique, une solution pour réduire la magnitude absolue des oscillations de pression est recherchée à travers la grille, de façon innovante, au lieu des équations de transport de masse et de mouvement. La technique de MBLT peut être simplement appliquée à des géométries complexes. Cette propriété la qualifie pour être utilisée dans le génie logiciel.  ABSTRACT: In this thesis, a complex depth-averaged model is developed for simulating heat and fluid flows in vegetated channels, with a capability to simulate dam-break and flooding phenomena. The model is able to simulate both laminar and turbulent flows, it can take the secondary flow effects of any kind into account, it uses the latest developments in porous media science in order to simulate the flow in vegetated zones, and it is able to perform either a dimensional or a dimensionless solution. This depth-averaged model is able to start a solution from scratch or perform a hot start, it uses many innovative techniques to automatically minimize the computational cost for problems which include huge number of computational cells, it uses many innovative techniques for increasing the accuracy of solutions, it supports variety of boundary conditions, it can perform a high-order solution, and it supports several techniques for controlling the residual errors. As the first step, a two-dimensional numerical code is developed for simulating heat and fluid flows. The transport equations are solved using a collocated unstructured finite-volume scheme. Both numerical and experimental data are extensively used in order to validate the code for various flow conditions. A Multi-Block Local Triangulation (MBLT) technique is developed and successfully applied to several simulations for reducing the absolute magnitude of the oscillations in pressure field. In this technique, a solution for reducing the absolute magnitude of pressure oscillation is innovatively looked for through grid rather than the transport equations for mass and momentum. The MBLT technique can be simply applied to complicated geometries. This property makes the MBLT technique desirable to be used in engineering software.


identifier: Beaulieu, P. (2012). Développement de nouvelles poudres d'acier à outils pour des applications de résistance à l'usure à haute température  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Bien que la technologie liée à la métallurgie des aciers à outils soit établie depuis plus d'un siècle, la production de poudres d'aciers à outils est relativement récente. La métallurgie des poudres (MP) a même permis l'atomisation de poudres d'aciers à outils qui sont difficiles à produire par le procédé traditionnel de coulé en lingots (ex. : aciers à outils à haute teneur en C et en Cr). En plus des avantages inhérents à la métallurgie des poudres (réduction des opérations d'usinage, pièces près des cotes, moins énergivore, etc.), la microstructure de pièces d'aciers à outils élaborées par MP est relativement fine et homogène. Les poudres d'aciers à outils, initialement mises en œuvre par pressage isostatique à chaud ou par frittage en phase liquide supersolidus, sont maintenant largement mises en œuvre par le procédé traditionnel de pressage et frittage (ex. sièges de soupapes). Les poudres d'aciers à coupe rapide sont utilisées pour la mise en œuvre de sièges de soupapes pour leur dureté à chaud élevée et leur bonne résistance à l'usure. Les aciers à coupe rapide (ex. M2) sont coûteux à cause de leur teneur élevée en éléments d'alliage (Mo, W, Cr, Co et V). La fluctuation importante du prix des matières premières au cours de la dernière décennie a occasionné une augmentation importante du coût de ces poudres d'acier à coupe rapide, ce qui a suscité un intérêt important de la part des fabricants de sièges de soupapes pour l'utilisation de matériaux moins coûteux afin de remplacer les aciers à coupe rapide. Ce projet a pour objectif principal de concevoir un acier à outils dont le coût de production (matières premières et procédé de mise en œuvre) est relativement faible comparativement à celui des aciers à coupe rapide. Le matériau de référence utilisé tout au long de ce projet contient de la poudre M2. Une nouvelle poudre d'acier à outils a donc été conçue dont le coût de mise en œuvre est inférieur à la poudre M2. La nouvelle poudre est moins coûteuse en matières premières que la poudre M2, car elle est principalement alliée avec des éléments d'alliage peu coûteux (ex. : Cr). De plus, la nouvelle poudre n'est pas recuite, comparativement à la M2 qui est typiquement recuite sous vide ou sous H2, ce qui contribue davantage à réduire son coût de mise en œuvre. La nouvelle poudre développée (poudre TS4) contient une teneur élevée en Cr, en V et en C (TS4 : 3.8 %mC, 12.5 %mCr, 1.5 %mMo, 2.5 %mW et 6 %mV). Ce projet présente les différentes étapes liées à la conception de la poudre TS4 et du procédé de mise en œuvre de cette poudre et de sièges de soupapes élaborés à partir de celle-ci. La composition unique de la poudre TS4 permet de l'atomiser à l'eau sans toutefois que les éléments d'alliage, comme le Cr ou le V, ne s'oxydent de façon catastrophique. Grâce à sa teneur élevée en carbone, la poudre contient très peu d'oxydes internes et l'oxydation se produit essentiellement dans une mince couche à la surface des particules de TS4. Toutefois, en présence d'une teneur élevée en carbone, si de l'oxygène est présent dans le bain liquide, les particules de poudres atomisées peuvent contenir une fraction élevée de porosité interne, ce qui peut nuire aux propriétés mécaniques des pièces, car les porosités fermées ne peuvent être éliminées lors du frittage. Ces pores fermés diminuent la section effective des pièces frittées et peuvent agir comme concentrateur de contraintes. Ainsi, les mécanismes de l'effet protecteur du carbone et de la formation de porosité ont été étudiés pour permettre un meilleur contrôle de la microstructure des poudres atomisées. Comme une poudre de composition similaire à l'acier à outil TS4 n'a jamais été étudiée auparavant, une caractérisation détaillée a été effectuée de sa microstructure. Les dimensions nanométriques des phases présentes dans la poudre TS4 telle qu'atomisée ont nécessité l'utilisation de techniques avancées de caractérisation incluant la microscopie à transmission et à balayage, la diffraction électronique, la diffraction rayons X, la spectrométrie rayons X par dispersion des énergies, la spectrométrie Auger et la spectrométrie des pertes d'énergie des électrons transmis à collection parallèle. La microstructure de la poudre TS4, à cause de sa haute teneur en C, en Cr et en V, est constituée de  50 %v d'austénite alliée et de  50 %v de carbures (M7C3 et M8C7), ce qui lui confère une microdureté après atomisation très élevée  1050 HV0.025. La couche d'oxyde de surface, bien que relativement mince, est nuisible au frittage et un procédé de broyage a été développé pour améliorer le frittage de la poudre TS4. La poudre telle qu'atomisée est tout d'abord décapée mécaniquement à l'aide d'un broyeur à tambour et est par la suite broyée à l'aide d'un broyeur à haute énergie (SPEX). De plus, des additifs qui promeuvent le frittage en phase liquide ont été étudiés pour accroître davantage la cinétique de frittage. L'étude de l'effet de ces additifs a montré que le cuivre permet d'obtenir un très bon frittage entre les particules TS4 et les poudres d'acier allié. D'autre part, le MoS2 et le Fe3P ont été étudiés comme additifs et les résultats sont intéressants; formation de sulfures riches en Cr avec le MoS2 (dissociation du MoS2 pendant le frittage) et augmentation de la taille des carbures dans les particules TS4 avec le Fe3P. Cependant, les résultats obtenus sur la qualité du frittage avec ces additifs n'ont pas été aussi concluants qu'avec le cuivre. L'effet des caractéristiques des poudres (dureté, distribution de taille et morphologie) sur la compressibilité a été étudié pour maximiser la fraction massique maximale de poudre TS4 qu'il est possible d'intégrer dans un mélange. La ductilité de la poudre TS4 est trop faible pour qu'elle puisse constituer une fraction élevée d'un mélange et une fraction de 20 %m TS4 a été déterminée comme optimale. En raison de l'étude des caractéristiques des poudres et de l'effet des additifs, un mélange optimisé a été conçu pour la production de sièges de soupapes. Après la conception de la poudre TS4 et d'un mélange optimisé, des échantillons ont été frittés pour évaluer les propriétés après frittage et pour étudier l'évolution microstructurale des particules TS4. La microstructure des particules de TS4, initialement nanométrique, devient principalement micrométrique. La microstructure des particules de TS4 contient, après frittage, environ 50 %v d'austénite et 50 %v de carbures et de carbonitrures (M7C3 et M8(C, N)7). L'évaluation des propriétés mécaniques (limite de rupture transversale, résistance à l'écrasement radial et dureté apparente) a montré que le nouveau mélange conçu à base de TS4 est comparable à un mélange qui contient de la M2 et qui est utilisé industriellement. De plus, l'évaluation de la résistance à l'usure, par le biais d'un banc d'essai spécifique simulant des conditions typiques des sièges de soupapes, et de la dureté à chaud ont été évaluées et montrent également que le nouveau mélange conçu est comparable au mélange de référence industriel. Pour terminer, dû au succès de ce projet, la nouvelle poudre et le procédé de mise en œuvre de la poudre et de mise en œuvre de sièges de soupapes ont été brevetés. De plus, la poudre a été produite industriellement et le nouveau mélange optimisé est offert commercialement aux clients de notre partenaire industriel Federal-Mogul. La conception de la nouvelle poudre TS4 et du procédé de mise en œuvre a permis d'obtenir un acier à outils moins coûteux et tout aussi performant que des aciers à coupe rapide tel le M2 pour des sièges de soupapes. Malgré la fluctuation du coût des matières premières depuis une décennie, la poudre TS4 (6.94 $\$$/kg en 2008; 3.78 $\$$/kg en 2012) demeure plus avantageuse que la poudre M2 (7.66 $\$$/kg en 2008; 5.57 $\$$/kg en 2012), ce qui rend ce projet aussi pertinent aujourd'hui qu'à son début.  ABSTRACT: Although tool steels technology is well established for over a century, the production of tool steel by powder metallurgy (PM) is relatively new. High carbon, high chromium tool steels, which are difficult to process by the traditional tool steel process, can be atomized relatively easily by PM. In addition to the typical benefits associated with the PM process (reduction of machining operations, near-net parts, lean manufacturing, etc.), the microstructure of parts made by PM is relatively fine and homogeneous. The tool steel powders, initially sintered by hot isostatic pressing or by supersolidus liquid phase sintering, are now widely sintered using typical sintering conditions of low alloy steel powders (ex. : valve seat inserts). High speed steel powders (HSS) are used in valve seat inserts (VSI) for their high hot hardness and their good wear resistance. HSS powders (ex. : M2) are expensive because of their high concentration of alloying elements (Mo, W, Cr, Co and V). The important fluctuation of commodity prices during the last decade caused a significant increase of the cost of HSS powders and there is a high demand from VSI manufacturers to replace HSS powders by lower cost materials. The main objective of this project is to design a new tool steel powder, which is less expensive (raw materials and process) than HSS powders. The reference material which will be used throughout this project contains M2 HSS powder. Therefore, a new low cost tool steel powder has been designed to replace expensive HSS powders like the M2 powder. The new low cost tool steel powder (TS4 powder) contains a high concentration of Cr, V and C (TS4: 3.8 %wC, 12.5 %wCr, 1.5 %wMo, 2.5 %wW and 6 %wV). This project presents the different steps involved in the design of the new TS4 powder and the manufacturing process of VSI containing TS4 powder. Due to its unique composition, the TS4 powder can be water atomized without excessive oxidation of the alloying elements such as Cr or V. Because of its high carbon content, the TS4 powder contains few internal oxides; the oxygen is mainly located in a relatively thin surface oxide skin on the powder particles. However, the presence of dissolved oxygen in powders containing a high carbon content, can lead to porous powders, which adversely affect the mechanical properties of the sintered parts. Thus, the mechanisms responsible for the protective effect of carbon and of pore formation were studied to allow a better control of the microstructure of atomized powders. As the composition of the new TS4 powder is unique and has never been studied before, a detailed characterization of its microstructure was carried out. The nanoscaled dimensions of the phases of the as-atomized TS4 powder required the use of advanced characterization techniques, including transmission and scanning electron microscopy, electron diffraction, X-ray diffraction, X-ray energy dispersive spectroscopy, Auger electron spectroscopy and parallel electron energy-loss spectroscopy. The microstructure of the TS4 powder, because of its high concentration of C, Cr and V, consists of  50 %v alloyed austenite and of  50 %v alloyed carbides (M7C3 and M8C7), conferring a very high microhardess ( 1050 HV0.025) to the as atomized TS4 powder. The continuous oxide surface skin, although relatively thin, is detrimental to sintering and a grinding process was designed to improve the sinterability of the TS4 powder. Moreover, additives that promote liquid phase sintering were studied to further improve the kinetics of sintering. The study of the effect of these additives has shown that the bonding between TS4 particles and alloyed steel particles is good with copper addition. In addition, the results obtained with MoS2 and Fe3P additions showed interesting results; the formation of Cr rich sulphides with MoS2 addition (dissociation of the MoS2 during sintering) and an increase of the size of the carbides in TS4 particles with Fe3P addition. However, the results obtained with MoS2 and Fe3P additions are not as conclusive as with copper addition. The effect of the TS4 powder characteristics (microhardness, size distribution and morphology) on the compressibility was studied in order to maximize the weight fraction of TS4 powder that can be added in a mix. The TS4 powder cannot be added in large quantity in a mix because of its low ductility. Therefore, the optimal weight fraction that can be added to a mix was determined at 20 %m TS4. Due to the study of the powder characteristics and the effect of additives, an optimized mix was designed to manufacture VSI. After the design of the new TS4 powder and of an optimized mix with the TS4 powder, samples were sintered to evaluate the properties after sintering and to study the microstructural evolution of the TS4 particles. The nanoscaled microstructure of the as-atomized TS4 powder becomes mainly micrometric in TS4 particles after sintering. The microstructure of TS4 particles after sintering contains about 50 %v alloyed austenite and about 50 %v of carbides and carbonitrides (M7C3 and M8(C, N)7). The evaluation of mechanical properties (transverse rupture strength, radial crushing strength and apparent hardness) showed that the new optimized mix containing the TS4 powder is comparable to that of a reference mix containing M2 HSS powder used industrially. Moreover, measurements of the wear resistance, by using a specialized bench (rig test) which simulates the operating conditions of VSI, and of the hot hardness showed that the new optimized mix is comparable to the industrial reference mix. Finally, due to the success of this project, the composition of the new powder, the powder production process and the manufacturing process of VSI were patented. In addition, the new TS4 powder is currently produced industrially and the new optimized mix is commercially available to customers of our industrial partner Federal-Mogul. The design of the new TS4 powder and of the new process led to a cheaper tool steel powder which performs just as well as HSS powders such as M2 for VSI. Despite the fluctuating cost of raw materials in the last decade, the new TS4 powder (6.94 $\$$/kg in 2008; 3.78 $\$$/kg in 2012) remains more advantageous than M2 HSS powder (7.66 $\$$/kg in 2008; 5.57 $\$$/kg in 2012), which makes this project still relevant.


identifier: Thivierge-Gaulin, D. (2012). Mesh-Derived Image Partition for 3D-2D Registration in Image-Guided Interventions  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les interventions guidées par images effectuées sous modalité 2D bénéficient de la superposition d'images 3D prises en stage préopératoire. La technologie nécessaire pour cette superposition est le recalage 3D-2D, qui consiste à trouver la position et l'orientation de l'image préopératoire 3D par rapport aux images intraopératoires 2D. Une intégration adéquate d'un algorithme de recalage à un processus chirurgical a le potentiel d'avoir un impact positif sur l'issue de la chirurgie et la durée de l'intervention. Cependant, beaucoup de chirurgies sont effectuées sans l'assistance du recalage, car aucune des solutions actuelles n'est applicable dans leur contexte clinique spécifique. Pour remédier à cette situation, cette thèse porte sur la recherche de solutions pratiques applicables à des interventions guidées par images spécifiques. La première chirurgie étudiée est l'ablation par cathéter pour fibrillation atriale/auriculaire (AC pour FA) effectuée sous fluoroscopie rayons X, une procédure électrophysiologique traitant l'arythmie cardiaque. Dans cette chirurgie, une image volumétrique (soit résonance magnétique (RM) ou tomodensitométrie (TDM)) est prise avant l'opération pour définir l'anatomie de l'atrium gauche (AG) et des veines pulmonaires (VP)s. Un maillage segmenté de ce volume est ensuite utilisé pour offrir un support visuel intraopératoire lors du placement du cathéter d'ablation via sa superposition aux images fluoroscopiques. Cependant, les solutions de recalage actuelles sont trop lentes et requièrent des interventions manuelles, ce qui est problématique quand un recalage intraopératoire est nécessaire pour permettre de pallier aux mouvements du patient. Aussi, les solutions automatiques actuelles qui recalent les images 3D et 2D directement, sans passer par l'identification manuelle de points ficudiaux, ne sont pas assez précises pour être cliniquement utilisables. De plus, les solutions qui n'utilisent pas la cartographie électromagnétique ne fonctionnent pas avec les modalités RM/fluoroscopie rayons X. Ceci est un problème, car nous visons les interventions de AC pour FA qui utilisent la modalité RM sans la cartographie électromagnétique. Il y a deux défis principaux pour arriver à une solution utile cliniquement. Premièrement, résoudre le difficile problème du recalage RM/fluoroscopie complexifié dans le cas de AC pour FA à cause de la correspondance partielle entre les modalités au niveau des VPs. Deuxièmement, de faire ce recalage assez rapidement pour permettre une mise à jour intraopératoire en temps réel dans les cas où le patient bouge pendant l'opération. Afin de remédier à cette situation, nous introduisons une nouvelle méthode de recalage basée sur la partition d'image dérivée d'un maillage (recalage PIDM). Cette méthode utilise les projections d'un maillage segmenté de la modalité 3D pour inférer une segmentation des images fluoroscopiques 2D. Ceci est beaucoup plus rapide que de faire des projections volumétriques et, puisque le maillage peut être segmenté d'une image RM ou TDM sans distinction, la même procédure est valide pour les deux modalités. La justesse du recalage est évaluée par des mesures de similarité qui comparent les propriétés statistiques des zones segmentées et incorporent l'information de profondeur des maillages afin de tenir compte de la correspondance partielle au niveau des VPs. Nous validons l'algorithme de recalage PIDM sur des interventions chirurgicales de AC pour FA provenant de 7 patients différents. Quatre mesures de similarité basées sur le principe de la partition à partir du maillage sont introduites et mises à l'épreuve sur 1400 cas biplans chacune. La précision, la portée et la robustesse de la solution sont évaluées en calculant la distribution de l'erreur (distance de projection) en fonction de la justesse de la pose initiale pour chacun des 5600 recalages. La précision est également évaluée de manière visuelle, en superposant les résultats du recalage et les valeurs-vérité sur les images fluoroscopiques. Pour donner une juste appréciation de la performance attendue de notre algorithme, les exemples visuels sont tirés de cas représentant l'erreur moyenne ainsi que d'un écart-type au-dessus et en dessous. Afin d'évaluer l'extension du recalage PIDM à d'autres types de chirurgies, celui-ci est appliqué à des cas de sclérothérapie de malformation veineuse (SdMV). Ce type de chirurgie est particulièrement délicat à recaler car la malformation peut être présente sur toutes les parties du corps, ce qui offre peu de prévisibilité sur les propriétés des images médicales à recaler d'un patient à l'autre. De plus, cette chirurgie est effectuée en imagerie monoplan et les données ne sont pas accompagnées de méta-information permettant la calibration géométrique du système. Nous démontrons que le recalage PIDM est applicable aux cas de SdMV, mais doit être modifié pour être applicable à la grande variété de parties du corps où les malformations veineuses peuvent être présentes. Le protocole développé pour les chirurgies de AC pour FA peut être utilisé dans les cas où une embolisation ou une démarcation intérieure/extérieure d'une partie du corps est proéminente, mais il est nécessaire d'intégrer l'information de gradients dans les mesures de similarité pour recaler les organes où les os sont prédominants.  ABSTRACT: Image-guided interventions conducted under a 2D modality benefit from the overlay of relevant 3D information from the preoperative stage. The enabling technology for this overlay is 3D-2D registration: the process of finding the spatial pose of a 3D preoperative image in relation to 2D intraoperative images. The successful integration of a registration solution to a surgery has the potential for significant positive impact in terms of likelihood of treatment success and intervention duration. However, many surgeries are routinely done without the assistance of registration because no current solution is practical in their clinical context. In order to remedy these issues, we focus on producing practical, targeted registration solutions to assist image-guided interventions.  The first surgery we address is catheter ablation for atrial fibrillation (CA for AF), an electrophysiology procedure to treat heart arrhythmia conducted under X-ray fluoroscopy. In this surgery, a 3D image, either magnetic resonance (MR) or computed tomography (CT), is taken preoperatively to define the anatomy of the left atrium (LA) and pulmonary veins (PV)s. A mesh, segmented from the 3D image, is subsequently used to help positioning the ablation catheter via its overlay on the intraoperative fluoroscopic images. Current clinical registration solutions for CA for AF are slow and often require extensive manual manipulations such as the identification of fiducial points, which is problematic when intraoperative updates of the 3D image's pose are required because of patient movement. The automatic solutions are currently not precise enough to be used clinically. Also, the solutions which do not involve electroanatomic mapping are not suitable for MR/fluoroscopy registration. This is problematic since we target CA for AF interventions where the 3D modality is MR and electroanatomic mapping is not used. There are two principal challenges to overcome in order to provide a clinically useful registration algorithm. First, solving the notoriously hard MR to X-ray fluoroscopy registration problem which is further complicated in cases of CA for AF because of the partial match between modalities at the level of the PVs. Second, solving the registration quickly enough to allow for intraoperative updates required due to the patient's movement. We introduce a new registration methodology based on mesh-derived image partition (MDIP) which uses projections of a mesh segmented from the 3D image in order to infer a segmentation of the 2D X-ray fluoroscopy images. This is orders of magnitude faster than producing volumetric projections and, since the mesh can be segmented from either MR or CT, the same procedure is valid for both modalities. The fitness of the registration is evaluated by custom-built similarity measures that compare the statistical properties of the segmented zones and incorporates mask-depth information to account for the partial match at the level of the PVs. We validate the MDIP algorithm on 7 cases of patients undergoing CA for AF surgery. Four MDIP-based similarity measures are introduced; each one is validated on 1400 biplane registrations. The precision, range, speed and robustness of the solution is assessed by calculating the distribution of projection distance error in function of the correctness of the initial pose for all 5600 biplane registrations. The precision is also evaluated visually by overlaying the ground-truths with results from the registration algorithm. To give a fair appraisal of the expected behavior, the examples are taken from cases exemplifying the average error measured as well as one standard deviation above and under. The registration algorithm is also applied to cases of sclerotherapy for venous malformation (SfVM) in order to assess its portability to other type of surgeries. SfVM are especially challenging because the malformation can be present on any body part, which offers little predictability on the properties of the medical images from one patient to another. Our dataset is sampled from monoplane surgeries and did not come with metadata allowing a geometrical calibration of the system. We demonstrate that MDIP-based registration is applicable to cases of monoplane SfVM, but that modifications are required in order to account for the wide variety of body parts where VMs are common. The protocol developed for CA for AF surgeries can be used for embolizations or when the interior/exterior border of the organ is prominent, but gradient information has to be taken into account by the similarity measures in order to properly register cases where bones are predominant.