identifier: Vandromme, N. (2014). Modélisation conséquentielle de la consommation d'énergie d'un groupe de serveurs générant un nuage informatique et attributionnelle des bénéfices de la virtualisation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'électricité est actuellement un élément essentiel des sociétés modernes, utilisée dans la vie de tous les jours par l'ensemble de la population. Cependant, sa production contribue à certains dégâts environnementaux, dont le dégagement de gaz à effet de serre (GES), reconnu par une très grande majorité de la communauté scientifique comme étant à l'origine du réchauffement climatique. Les centres de données, pouvant être considérés comme des superordinateurs, représentent 1,3 % de la consommation mondiale d'électricité, ce qui est très impressionnant, en considérant la jeunesse de cette technologie. Pour diminuer leur consommation, différentes stratégies d'optimisation existent, il est notamment possible de citer la virtualisation. Celle-ci permet la création de machines virtuelles (VM), c'est-à-dire l'équivalent virtuel d'un système d'opération possédant toutes les fonctionnalités d'un serveur physique. Les serveurs, pouvant héberger plusieurs VM, sont dès lors capables de répondre simultanément aux demandes de plusieurs clients, permettant ainsi une augmentation de l'utilisation des ressources (par rapport à un serveur par client). Cependant, la virtualisation a un coût lié à l'utilisation d'un « hypervisor », c'est-à-dire d'un programme liant les VM au matériel physique des serveurs. Pour pouvoir choisir adéquatement quelle stratégie d'optimisation à mettre en oeuvre, il est nécessaire de posséder des outils d'évaluation environnementale permettant une comparaison équitable des différentes approches d'optimisation, pour ainsi permettre la quantification de leurs impacts et de leurs bénéfices environnementaux. L'analyse du cycle de vie (ACV) semble satisfaire l'ensemble de ces critères, car c'est une méthodologie permettant de quantifier les impacts environnementaux potentiels de l'ensemble du cycle de vie d'un produit, d'un procédé ou d'un service. Néanmoins, l'ACV est encore une approche en développement, car de nombreux aspects méthodologiques doivent être améliorés. Le cadre de ce mémoire est la quantification des impacts environnementaux liés à l'installation de centres de données, au Canada, ainsi que l'évaluation des bénéfices environnementaux de la virtualisation. La problématique se divise ainsi en deux parties : premièrement, comment modéliser la consommation électrique future de centres de données implantés au Canada, et deuxièmement, comment quantifier les bénéfices environnementaux de la virtualisation? Deux objectifs principaux ont ainsi été fixés pour répondre aux deux parties de la problématique développée ci-dessus : modéliser, en combinant l'ACV conséquentielle à un modèle vii économique, les impacts environnementaux de la consommation d'énergie de la phase d'utilisation d'un groupe de serveurs implanté au Canada et réaliser une ACV permettant l'évaluation des bénéfices environnementaux potentiels de la virtualisation. Deux méthodologies sont utilisées pour remplir les deux objectifs du mémoire. La première, pour évaluer l'impact de l'implantation de centres de données au Canada sur le système énergétique nord-américain, développe une approche conséquentielle et prospective combinant l'ACV et le modèle économique, E3MC (celui-ci décrit le système énergétique nord-américain). Une ACV est dite prospective et conséquentielle lorsqu'elle étudie respectivement des systèmes futurs et des impacts environnementaux liés à des changements dans un système. Cette analyse est réalisée en 5 étapes. Premièrement, des scénarios, décrivant l'évolution de la consommation des centres de données au cours du temps, sont développés avec un scénario de référence dans lequel aucun centre de données n'est implanté. Deuxièmement, les scénarios sont implémentés dans le modèle E3MC. Troisièmement, les technologies marginales, c'est-à-dire les technologies répondant à la demande électrique supplémentaire des nouveaux centres de données, sont identifiées à partir des résultats obtenus avec le modèle E3MC. Quatrièmement, les impacts environnementaux de chaque scénario sont calculés en utilisant le mix de technologies marginales fourni à l'étape précédente, la base de données ACV ecoinvent et la méthode d'impact « IMPACT2002+ ». Finalement, les résultats obtenus sont interprétés et comparés à ceux obtenus à partir d'une approche attributionnelle. La deuxième méthodologie est une ACV préliminaire, c'est-à-dire utilisant des données approximatives, d'un service de vidéoconférences. Le système étudié est ainsi composé de quatre éléments principaux : les ordinateurs et les équipements d'accès à internet des clients utilisant le service de vidéoconférences, la consommation d'énergie des infrastructures permettant le transfert de l'information et le système de serveurs contenant le serveur lame hébergeant le service de vidéoconférences. Un serveur lame contient tous les équipements électroniques d'un serveur, mais arrangés de manière compacte pour minimiser l'espace nécessaire. Une étude plus approfondie du cycle de vie du système de serveurs est réalisée pour permettre une meilleure description des bénéfices environnementaux que peut réaliser l'opérateur du centre de données. L'évaluation de la virtualisation se fait à l'aide de trois scénarios d'utilisation du serveur lame : dans le premier, le serveur lame hébergeant le service de vidéoconférences n'utilise pas la virtualisation. Dans le second scénario, la virtualisation est utilisée par le serveur lame. Finalement dans le troisième scénario, deux serveurs lames ayant recours à la virtualisation sont utilisés pour héberger le service viii de vidéoconférences, pour ainsi améliorer sa fiabilité. Finalement, pour tester la robustesse des conclusions, différentes analyses de sensibilité sont réalisées. Les résultats obtenus à partir de l'approche combinant l'ACV au modèle E3MC indiquent que les principales sources futures d'électricité marginales sont le gaz naturel et le charbon avec une légère participation de l'hydroélectricité. De plus, la demande électrique des nouveaux centres de données induit une diminution marginale importante des exportations du Canada vers les États-Unis. Cette diminution marginale des exportations provoque une production marginale compensatoire aux États-Unis à base de combustible fossile. Enfin, l'augmentation de la demande électrique des nouveaux centres de données provoque une augmentation de la proportion d'hydroélectricité et une diminution de celle du charbon dans le grid mix marginal. Cependant, bien que l'utilisation du modèle E3MC augmente le nombre de critères considérés à travers l'utilisation de nombreux paramètres économiques, technologiques, démographiques, environnementaux…, elle augmente également les incertitudes et diminue la transparence de l'étude. Effectivement, l'utilisation du modèle E3MC, de par sa complexité, a nécessité la participation d'experts de chez Environnement Canada. Par ailleurs, le modèle et les données utilisées pour le calibrer n'ont pas pu être obtenus pour des raisons de confidentialité. Ainsi, pour développer l'utilisation de modèles économiques en ACV, car ceux-ci permettent de prendre en considération de nombreux phénomènes, il serait nécessaire de faire appel à différents experts pour réaliser un travail multidisciplinaire incluant à la fois la science de l'ACV et de l'économie. Les résultats obtenus à partir de l'ACV préliminaire indiquent clairement des bénéfices non négligeables au niveau des serveurs lorsque la virtualisation est utilisée, mais les bénéfices sont mitigés par la faible participation du système de serveurs aux impacts totaux d'une vidéoconférence. Effectivement, l'ACV préliminaire indique que les impacts d'une vidéoconférence sont majoritairement provoqués par la production de l'ordinateur portable et par la consommation d'électricité du transfert de données et de l'ordinateur portable. Néanmoins, l'application d'une stratégie de virtualisation à plus grande échelle, pour des applications nécessitant une plus grande capacité de calcul, pourrait apporter des gains environnementaux globaux plus importants. Par ailleurs, la virtualisation permet d'augmenter l'utilisation des serveurs existants, évitant ainsi la construction de nouveaux centres de données. Ainsi, l'ACV préliminaire a permis d'apporter une vision plus globale à ce type d'évaluation environnementale, en considérant à la fois l'entièreté du cycle de vie et un grand nombre de critères environnementaux. Cependant, les incertitudes entourant les résultats sont importantes et il serait nécessaire pour améliorer les ACV touchant au secteur des TIC d'augmenter la coopération avec les industries utilisant et produisant les TIC, pour ainsi combler l'important manque de données présent dans la description des TIC en ACV.  ABSTRACT: Nowadays, electricity is an essential element of our modern society, people use it every day in their daily activities. However, its production is responsible for numerous environmental damages accounting for 30% of the global greenhouse gas (GHG) emissions, recognized by the majority of the scientific community to be the origin of the climatic changes. Data center can be considered as supercomputers and represent already 1,3 % of the global electricity consumption. It is a very high portion considering the youth of this technology. To decrease their consumption, different strategies of optimization exist, for example the virtualization, which makes it possible to install several operating systems known as virtual machines (VM) on a single server, increasing its utilization. But virtualization has a cost due to the utilisation of a programme, named “hypervisor”, which connects the VM to the hardware. To choose adequately the strategy to apply, it is necessary to possess an environmental evaluation tool, allowing the quantification of the environmental gains and costs of each optimization approaches. Life cycle assessment (LCA) seems to satisfy these conditions because it is a methodology that quantifies the potential environmental impacts of the entire life cycle of a product or service. However, LCA is a methodological tool still in development and many issues are in discussion. This master thesis aims to quantify the environmental impacts induced by the installation of data centers in Canada and to evaluate the environmental benefits of using virtualization. The problematic is divided in two parts: first, how to model the environmental impacts of new data centers installed in Canada, and second, how to quantify the benefits of virtualization? Two objectives are fixed to solve the two parts of the problematic: evaluate, by combining consequential LCA with an economic model, the environmental impacts of energy consumption of data centers implanted in Canada and evaluate with a LCA approach the environmental benefits of virtualization. The first part of the methodology develops a consequential and prospective approach, combining LCA with the economic model E3MC (which describe the North American energy sector and the Canadian economy), to evaluate the impact on the North American energy sector of datacenters implantation in Canada. A LCA is prospective when a future system is evaluated and it is consequential when impacts from a change due to a decision are evaluated. This analysis is xi divided in five steps. Firstly, scenarios are developed describing the evolution of datacenters consumption between 2015 and 2030, with a reference scenario where no datacenters are installed. Secondly, the scenarios are modeled in the E3MC model. Thirdly, the marginal technologies, those which supply the new datacenters, are identified with the results of the E3MC model. Fourthly, the environmental impacts are calculated with the marginal technologies, the impact method “IMPACT2002+” and the LCA data base ecoinvent. Finally the results are interpreted and compared with those obtained with an attributional approach. The second part of the methodology is a screening-LCA study where approximated data are used to draw a preliminary picture of the environmental impact of a videoconference service with call management servers relying on virtualization. The studied system is composed of four processes: the laptop and the internet access device of the customer, the energy consumption needed for the data transfer and the server hosting the videoconference. A more accurate study of the server impact is done to obtain a better description of the benefits of virtualization. Three scenarios of server utilization are modeled: in the first one the server does not use virtualisation, in the second scenario the virtualisation is used by the server and in the third scenario two servers, using the virtualisation, share the videoconferencing management to increase the reliability of the service. Finely, different sensitivity analysis are performed to test the conclusion strength. The results from the combination of LCA with the E3MC model indicate three major conclusions: first, the marginal technologies are mainly the natural gas and coal with a small participation of hydroelectricity at the end of the simulation. Second, the perturbation induced an important compensatory production from the United-States. Third, an increase of the perturbation induces an increase of the marginal production in Canada resulting in an increase of hydroelectricity and a decrease of the coal in the marginal technologies share. The model allows the consideration of a high number of parameters but increases also the uncertainties and decreases the results transparency. Indeed, the complexity of recent economic models increases the need for economists to create, use and understand them. We recommend to increase the cooperation between economists and LCA analysts in the future when economic models are used to determine marginal technologies. The screening LCA of the videoconferencing service indicates clearly a high decrease of server environmental impacts when virtualization is used, but the importance of these benefits is xii mitigated by the small participation of server to the videoconferencing service total impacts. Indeed, the total impacts are mainly caused by the customer's laptop and the data transfer. But, the application of virtualization to a bigger scale and for applications requiring a higher computing capacity would bring more important environmental benefits. Thus the screening-LCA brought a more global vision to these types of problem by considering the entire life cycle and numerous environmental impacts. However, the uncertainties on the results are high and we recommend to involve industries producing and using ICT for future LCA on the subject to decrease the existing data gap in this sector in LCA.


identifier: Yu, K. R. (2014). Flow-Induced Vibrations of In-Line Cylinder Arrangements at Low Reynolds Numbers  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les vibrations induites par sillage (Wake-Induced Vibration ou WIV en anglais) est un type d'interactions fluide-structure qui peut se produire quand deux corps ou plus, montés élastiquement, sont disposés l'un derrière l'autre dans un écoulement transverse. Dans cette configuration, le corps situé en aval est soumis non seulement à son propre lâcher tourbillonnaire mais également à celui généré par le cylindre amont. Par conséquent, le corps aval peut osciller fortement avec des amplitudes maximales pouvant atteindre A/D=10 (Paidaussis et al. (2011)). Les WIV sont encore mal connues. Même un leader mondial en classification dans le domaine de l'ingénierie offshore ne sait pas comment traiter les phénomènes d'interférences entre plusieurs colonnes montantes avec WIV (Det Norske Veritas (2009)). La plus part des études effectuées considèrent simplement une configuration en tandem d'une paire de cylindres. Peu d'études ont été réalisées avec plus de deux corps montés élastiquement. En 2009, Etienne at al. ont considéré 3 cylindres arrangés en ligne dans un écoulement uniforme. Pour un nombre de Reynolds de 200 et une vitesse réduite de 8, ils ont montré par simulation numérique que les cylindres pouvaient subir de fortes oscillations. En 2013,Oviedo-Tolentino et al. ont étudié expérimentalement les oscillations de 10 cylindres placés les uns derrière les autres pour un facteur de masse amortissement de m¤³ = 0.13. Ils ont confirmé que le troisième cylindre, c'est-à-dire celui placé derrière les deux premiers, peut subir des oscillations transverses plus importantes encore que celles subies par le deuxième cylindre. Ces grandes oscillations peuvent non seulement causer une fatigue excessive des matériaux mais également provoquer des collisions entre les cylindres. Ainsi, les WIV peuvent poser de sérieux problèmes lors de la conception de nombreux systèmes en ingénierie. À la lumière de ces études récentes, il est donc nécessaire d'approfondir l'étude des comportements de plusieurs corps placés les uns derrière les autres dans un écoulement transverse et montés élastiquement. Mise à part les fortes oscillations observées, de nombreux aspects des WIV de plusieurs cylindres en ligne restent très mal connus : les réponses fréquentielles et les amplitudes maximales produites, l'influence du nombre de Reynolds de l'écoulement, les effets dus à des ratios de masse ou des facteurs de masse amortissement faibles, etc. Cette thèse vise à explorer numériquement les réponses d'oscillations induites par sillage de 3 cylindres circulaires disposés en ligne et ayant un nombre de masse faible et un amortissement nul pour de faibles nombres de Reynolds. Pour atteindre cet objectif de recherche, on procède en trois étapes.  ABSTRACT: Wake-induced vibration (WIV) is a type of fluid-structure interaction (FSI) that may occur when there are two or more elastically mounted bodies, arranged one after the other, in a cross flow. Here, the downstream body is not only affected by the vortices generated behind the body itself, but also is subjected to the influence of the wake developed behind the upstream body. Under these two disturbances, the downstream body can develop severe oscillations with a maximum amplitude as large as A/D = 10 (Paidoussis et al. (2011)). The knowledge of WIV is still so limited that even in the recommended practice for riser interference from a world class leader in offshore engineering classification does not know yet how to consistently incorporate the consideration of WIV (Det Norske Veritas (2009)). Most investigations consider the configuration with a tandem cylinder pair placed in a uniform flow. Very little is known when there are more than two elastically mounted structural bodies. In a brief investigation, Étienne et al. (2009) numerically showed that three freely oscillating cylinders arranged in-line, in a uniform flow at the Reynolds number of Re = 200 and at a fixed reduced velocity of Ur = 8, can develop significant vibrations. A recent original experiment by Oviedo-Tolentino et al. (2013), who studied the oscillation response of ten collinear cylinders with a medium large mass-damping factor (m¤³ = 0.13) placed in a uniform flow, confirmed that the cylinders behind the second one can develop transverse oscillations that are actually larger than those of the second cylinder. These more severe oscillations, not only can cause fatigue of material, but also can potentially lead to collisions among the cylinders. These conditions pose great challenges for engineering design.  Based on these recent findings, it is therefore important to take a closer look at the behavior of multiple elastically mounted bodies arranged in-line placed in a cross flow. Apart from the more significant oscillations observed, many important aspects about WIV of multiple in-line cylinders, e.g. the low mass ratio, the low mass-damping factor, the maximum oscillation amplitude, the frequency responses, and the effect of Reynolds number, etc., remain essentially unknown. This thesis aims to numerically explore the wake-induced vibration responses of three circular cylinders with low mass ratio and zero damping arranged in-line at low Reynolds number in order to advance the fundamental engineering knowledge regarding multiple elastically mounted in-line bodies placed in a cross flow. To reach this research goal, we have identified three specific objectives.


identifier: Roquebert, B. (2014). Extrusion-gonflage de films de polyéthylène en mousse pour application à une géomembrane : détermination des paramètres optimaux du procédé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les géomembranes sont de grandes bâches polymères utilisées pour isoler les sols de matières pouvant être polluantes ou pour rendre imperméable un milieu qui ne l'est pas naturellement afin de conserver des fluides précieux. Elles sont utilisées par exemple pour la fabrication de bassins de rétention sur site industriel ou minier, pour l'enfouissement des déchets et consistent donc en de très grandes surfaces. Une réduction de densité qui permettrait de maintenir ses propriétés mécaniques et barrières serait donc l'occasion de réduction importante des coûts de production et de transport. La fabrication de polymères moussés présente de nombreux intérêts par rapports aux procédés conventionnels, tout en permettant d'obtenir des produits présentant de meilleures propriétés par rapport aux polymères moussés à masse égale. Ce projet a donc pour objectif de concevoir un procédé permettant de réaliser un film de polyéthylène moussé, en collaboration avec Solmax International, chef de file québécois dans la production de solutions de confinement des fluides. La production de mousse par extrusion consiste à dissoudre un gaz dans le polymère fondu dans le fourreau de l'extrudeuse, puis la chute de pression à la sortie de la filière dé-solubilise ce gaz qui prend la forme de bulles dans le polymère. Dans le cas de la fabrication de films par extrusion-soufflage, le polymère est mis en forme dans une filière annulaire pour produire une gaine qui est ensuite étirée et gonflée pour atteindre les dimensions souhaitées pour le film.  Ce mémoire présente les essais ayant permis la détermination de paramètres optimaux pour la production d'un film de polyéthylène de moyenne densité (MDPE) moussé par l'ajout d'azodicarbonamide en extrusion-soufflage. Les différents tests ont été réalisés avec une filière cylindrique (filament), une filière plate (cast-film) et une filière annulaire (soufflage de gaines). Des essais d'extrusion multicouches ont également été réalisés avec une filière de type pancake. Ce projet a permis de produire des films moussés présentant une densité de bulles jusqu'à 3.05x106 bulles/cm3 pour un diamètre moyen de 40 µm. Les paramètres clés sont le profil de température et le taux de refroidissement de l'extrudât contrôlé par les ratios d'étirement et de gonflage pour la partie soufflage de gaines. Ensuite, l'amélioration de la morphologie de mousse passe par le choix de l'agent gonflant et la détermination de sa quantité optimale. La vitesse d'extrusion est également un facteur important, et elle doit être rapide afin de permettre l'établissement d'une pression suffisamment élevée dans la filière. La dispersion de l'agent gonflant dans le polymère est un paramètre important, et peut être maximisée par la préparation de mélanges préliminaires par extrusion bi-vis. Au cours de l'étude, l'effet de l'ajout d'agents de nucléation sous forme de particules solides (talc, noir de carbone) a été testé. Il a été montré que pour le moussage chimique avec un agent gonflant contenant des charges minérales, ils sont inefficaces. D'autre part, l'amélioration des propriétés en rhéologie élongationnelle par l'ajout de polymères branchés tels que polypropylène branché (BPP) et polyéthylène de basse densité (LDPE) permet l'amélioration de la morphologie de la mousse. Une augmentation de la densité de bulles de 27% a été observée pour l'ajout de 25% en masse de LDPE.  ABSTRACT: Geomembranes consist on large polymer sheets that provide containment solutions in order to protect the environment from waste spilling or to store precious fluids such as water and mining resources. They are proven efficient for containment structures in various applications such as the creation of artificial pools and waste landfills, or to minimize impacts of mining operations. Therefore, they cover very large areas, and a density reduction that would not affect their mechanical properties and permeability would be a great improvement in terms of cost reduction and energy saving. Foaming of polymers have numerous advantages over conventional processing, so this project aims at producing a foamed polyethylene geomembrane in film blowing extrusion, with a density reduction in the range of 10 to 20%. The project is a collaboration with Solmax International, a Quebec global leader in the production of polyethylene geomembranes. The production of polymeric foams include two main steps: dissolution of gas molecules in a polymer matrix and then generating bubbles at the die exit by depressurization. In film blowing extrusion, the polymer is shaped into a tube with an annular die, and is taken up and blown with air in order to give it its desired width and thickness.  This thesis presents the different experiments that led to the establishment of optimal parameters for the production of foamed medium density polyethylene (MDPE) blown films, using azodicarbonamide as a chemical blowing agent. Tests were carried using a single-screw extruder with a cast-film die, a circular die and an annular die for film blowing. Co-extrusion of a three-layer film has also been investigated with a pancake co-extrusion die. The experiments led to the production of a foamed blown film with a cell density of 3.05x106 cells/cm3 with an average diameter of 40 µm. Key parameters of the process were the temperature profile and the cooling of the extrudate, which was controlled by the take up and blown up ratio. Then, the foam morphology could be improved by the choice of the blowing agent and its concentration. Extrusion speed was also an important factor. It had to be fast enough in order to build a high pressure into the die. The dispersion of the blowing agent in the polymer matrix could improve the morphology of the foam, and it was improved by premixing of the blowing agent using a twin-screw extruder. Nucleating agents such as talc and carbon black were tested and proven to be useless in the case of chemical foaming investigated in this work. However, the improvement of the elongation rheological properties by adding branched polymers such as low density polyethylene (LDPE) and branched polypropylene (BPP) to the medium density polyethylene was a good method for improving the foam morphology. The cell density of the foam showed a 27% improvement with the use of 25 weight percent LDPE.


identifier: Baydoun, G. (2014). Un modèle de planification tactique avec chevauchement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion de projets est une discipline complexe, qui requiert des outils efficaces pour aider les gestionnaires dans la prise de décision. En construction, cette discipline emploie des techniques de fast tracking, similaires à celles de l'ingénierie simultanée, afin de réaliser les projets en régime accéléré. Une des techniques couramment employées est le chevauchement des lots de travaux, consistant à exécuter en parallèle deux lots normalement séquentiels, en commençant le lot aval tout en se basant sur des informations préliminaires du lot amont. Des outils de planification de projet avec chevauchement existent mais concernent uniquement le niveau opérationnel. À notre connaissance, les praticiens ne disposent pas d'outils les aidant dans leur choix de chevauchement lors de la planification tactique. Compte tenu de l'importance de ces pratiques dans le milieu industriel d'aujourd'hui, ce mémoire traite de la planification tactique de projet avec des possibilités de chevauchement entre les lots de travaux. Un modèle de planification agrégée, connue aussi sous le nom de Rough-Cut Capacity Planning, avec chevauchement est proposé sous forme de programme linéaire en nombres entiers. Ce modèle combine des représentations discrète et continue du temps et considère plusieurs modes de chevauchement possibles pour les lots. Le modèle a été testé sur 5 séries de 450 instances chacune et permet de résoudre plus de la moitié en moins de 500 secondes. Moins que le tiers de ces instances n'a pas été résolu à l'optimum dans un délai inférieur à 10000 secondes. Les résultats montrent que le chevauchement, initialement une technique d'accélération de projet, permet également la réduction des coûts en autorisant une meilleure distribution des charges. Cependant, certaines limitations ont été soulevées à notre modèle, concernant surtout son applicabilité à la pratique. En particulier, le modèle requiert des entrées qui peuvent être difficilement accessibles pour un projet réel et la résolution exacte nécessite de long temps de calcul pour des projets de grande ampleur. Afin de contourner la deuxième limite, une alternative a été envisagée en construisant une heuristique basée sur le modèle exact. Cette heuristique semble donner des résultats encourageants. D'autres limitations ont également été soulignées concernant le caractère aléatoire des données, le type des liens d'antériorité et les fonctions objectifs considérées. Ces limitations, ainsi que les résultats prometteurs obtenus par la solution alternative, ouvrent plusieurs voies de recherche pertinentes. Les principales avenues sont le développement d'une heuristique basée sur le modèle exact, la prise en compte de l'incertitude et la généralisation des liens d'antériorité.  ABSTRACT: Project management is a complex discipline that requires strong tools in order to help the managers make the best decisions. In construction, fast tracking techniques, similar to Concurrent Engineering techniques, are commonly employed in order to accelerate project execution. One of these techniques is the overlapping of work packages, consisting in executing in parallel two normally sequential work packages, by starting the successor before the end of the predecessor based on preliminary information. While some planning tools with overlapping exist for the operational level, to our knowledge, no such tools are dedicated for the tactical level. Thus, practitioners do not have a tool that helps them make overlapping decisions at a tactical planning. Motivated by a true need, this study focuses on tactical project planning with the possibility of overlapping for work packages. A mixed integer linear programming model for the Rough-Cut Capacity Planning problem with overlapping is proposed. The model combines continuous and discrete representations of time, and considers several possible overlapping modes for work packages. The model was tested on 5 sets of 450 instances each, and manages to solve more than half of instances within 500 seconds, while less than one third of the instances were not solved to optimality when reaching the time limit of 10000 seconds. Results show that overlapping can reduce project cost by allowing a better distribution of workload, even though it is primarily a technique for accelerating projects. The model has several limitations mostly concerning its fitness to real projects applications. In fact, the model requires inputs that can be challenging to obtain in real projects, and it requires long solving times for big projects. In order to address that second limitation, a heuristic based on the exact model was proposed as an alternative solution, and gives very encouraging preliminary results. Other limitations were also raised concerning the stochastic nature of the problem, the type of precedence relations, and the considered objectives. These limitations, as well as the promising results of the alternative solution, offer interesting prospects for the future. Possible research avenues include development of heuristics based on the exact model, consideration of uncertainty, and generalization of precedence relations.


identifier: Sobhi, M. A. (2014). Analyse numérique visant l'évaluation du coefficient de pression des terres et des contraintes dans des chantiers remblayés au-dessus d'un pilier-dalle  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les mines souterraines font de plus en plus recours au remblayage minier pour améliorer les conditions de stabilité du terrain et pour diminuer la dilution du minerai. L'utilisation du remblai minier contribue également à réduire l'impact environnemental de l'exploitation minière en retournant une partie des rejets miniers dans les chantiers souterrains. L'étude du comportement mécanique du remblai et en particulier les contraintes dans le chantier, est l'une des préoccupations majeures pour les ingénieurs des mines. Au fil des années, plusieurs solutions analytiques ont été proposées pour évaluer les contraintes au sein du remblai confiné dans les chantiers miniers. La plupart de ces solutions impliquent le coefficient de pression des terres K. La détermination de son expression exacte est un enjeu important afin de pouvoir obtenir une bonne estimation des contraintes dans les chantiers remblayés. Les expressions existantes jusqu'à aujourd'hui pour déterminer ce coefficient peuvent être classifiées en deux catégories: expressions théoriques (Rankine, Coulomb, Krynine, Handy) et expressions empiriques (Jaky, Terzaghi, Caceres).  ABSTRACT: Underground mines use more and more backfill to improve the ground stability and to reduce ore dilution. Backfilling also helps reduce the environmental impact of mines by returning a part of the mine wastes in the underground openings. Understanding the mechanical behavior of the backfill and in particular the variation of stresses in backfilled stopes, is one of the major concerns for mining engineers. Over the years, several analytical solutions have been proposed to evaluate the stresses within the backfill confined in mine stopes. Most of these solutions involve the earth pressure coefficient K. The determination of its exact expression is an important issue in order to get a good estimation of stresses in backfilled stopes. The existing solutions available up-to-date to determine the coefficient K can be classified into two categories: theoretical expressions (Rankine, Coulomb, Krynine, Handy) and empirical expressions (Jaky, Terzaghi, Caceres).


identifier: Arfaoui, N. (2014). Suppression des artefacts de mouvement dans les signaux de spectroscopie proche-infrarouge acquis pendant la marche  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise présente un algorithme de suppression des artefacts de mouvement présents dans les signaux de spectroscopie proche-infrarouge (NIRS pour Near-infrared spectroscopy). Cette technique d'imagerie cérébrale est peu encombrante, peu coûteuse et offre une bonne résolution temporelle et spatiale. Il existe aujourd'hui des systèmes NIRS entièrement portables. Pour toutes ces raisons, elle est de plus en plus utilisée dans le domaine médical ainsi qu'en recherche neuroscientifique. Cependant, la NIRS est une technique encore jeune et elle doit surmonter plusieurs obstacles pour être utilisée de façon optimale. Les artefacts de mouvement sont l'un des principaux problèmes rencontrés lors de son utilisation. Ces-derniers se caractérisent par une modification plus ou moins brutale du signal NIRS, sans raison physiologique possible, due aux mouvements du sujet.L'algorithme présenté dans ce mémoire utilise l'analyse par composantes indépendantes (ACI) et des accéléromètres pour supprimer les artefacts de mouvement présents dans des signaux NIRS acquis sur des sujets marchant librement. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une étude clinique, dirigée par l'Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal, visant à analyser l'influence de l'activité physique sur les capacités cognitives des aînés. Le système utilisé est un prototype développé par le groupe de recherche multidisciplinaire, Imaginc. Ce prototype est un système entièrement portable permettant l'acquisition de signaux NIRS et EEG (électroencéphalographie), et qui offre la possibilité d'imager tout le cortex cérébral sur de longues périodes de temps. L'étude présentée dans ce projet est l'une des premières applications cliniques du prototype Imaginc.La finalisation du prototype Imaginc et l'acquisition des données ont été des étapes à part entière de ce projet de maîtrise. Néanmoins, ce mémoire se concentre sur les algorithmes de suppression des artefacts de mouvement développés. Ces-derniers ont été testés sur les 24 premiers sujets de l'étude et montrent des résultats prometteurs. Le traitement des données a permis de supprimer les artefacts de mouvement tout en préservant les données utiles. Ainsi, plus d'activations cérébrales sont visibles grâce aux algorithmes présentés.  ABSTRACT: This work presents an algorithm dedicated to the removal of motion artifacts from near-infrared spectroscopy signals (NIRS). This cerebral imaging technique is low cost, not cumbersome and offers a high temporal and spatial resolution. Nowadays, some NIRS systems tend to be totally portable. For all these reasons, NIRS is very well adapted and used in the biomedical field as well as in the neuroscientific research. However, NIRS is still a relatively new technology and should undergo several developments before being optimally used. Motion artifacts are one of the principal problems when using this technology. These artifacts are characterized by a modification of the NIRS signal, without any physiological reason, due to the subject's movement. The algorithm presented in this work combines Independent component Analysis and accelerometers to remove motion artifacts from NIRS signals acquired during free walking. This work was realized as part of a clinical study directed by the “Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal”. The purpose of this study is to analyze the impact of physical activity on the cognitive abilities of seniors. The acquisition system used is a prototype developed by the multidisciplinary research group, Imaginc. This prototype is a fully portable system that can acquire both EEG and NIRS signals. It offers the possibility of imaging the whole cerebral cortex for a relatively long time. This work is one of the first clinical applications of the Imaginc prototype. The improvement of the Imaginc prototype as well as its clinical validation by acquiring signals from patients are two parts of this master project. These measurements are used for the implementation of motion artifact removal algorithms, which were tested on 24 subjects and gave promising results. Signal processing techniques showed the removal of motion artifacts while preserving data of interest. Therefore, more cerebral activations were visible after filtering.


identifier: Cimmino, M. (2014). Développement et validation expérimentale de facteurs de réponse thermique pour champs de puits géothermiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le design et la simulation des systèmes géothermiques à puits verticaux reposent sur une modélisation précise du transfert de chaleur entre le fluide caloporteur circulant dans les puits et le sol. Les facteurs de réponse thermique, ou g-functions, sont couramment utilisés afin de prédire la variation de température à la paroi des puits suite à l'extraction ou à l'injection de chaleur dans le sol. Cette thèse présente un modèle utilisant la solution analytique de la source ligne finie afin de calculer les g-functions avec une exactitude comparable et une efficacité supérieure aux modèles numériques relevés dans la littérature. Les puits sont divisés en segments et une solution étendue de la source ligne finie est présentée afin d'évaluer la variation de température à la paroi des segments de puits suite à l'extraction de chaleur à chacun des segments. Le modèle tient compte de l'interaction thermique entre les puits géothermiques en imposant une condition de température uniforme à la paroi des puits, égale pour tous les puits. Un système d'équations est construit à partir des superpositions spatiale et temporelle dans le domaine de Laplace afin de considérer la variation temporelle des taux d'extraction de chaleur de tous les segments de puits. La solution du système d'équations donne la g-function du champ de puits. Le modèle est comparé à des g-functions obtenues à partir d'un modèle numérique. Le modèle analytique est utilisé dans une application pratique afin d'étudier l'effet de la position et du nombre de puits dans un champ de puits géothermiques sur la longueur totale requise. Des champs de puits sont dimensionnés pour deux scénarios de charges au sol en faisant varier la position et le nombre de puits dans les champs. L'analyse montre que la position des puits dans les champs a peu d'effet (moins de 1%) sur la longueur totale requise. En retirant des puits, la longueur totale requise a pu être réduite de 2%. La g-function d'un puits géothermique miniature de 400 mm de longueur est obtenue expérimentalement à partir d'un montage conçu et fabriqué pour la présente étude. La température à la paroi du puits est mesurée à partir d'une série de 22 thermocouples. Le puits est inséré au centre d'un réservoir de sable dont les propriétés thermiques sont connues. Une puissance thermique constante est injectée dans le puits et la g-function est évaluée à partir de cette puissance et des mesures de température à la paroi du puits.  ABSTRACT: The design and simulation of geothermal systems coupled with vertical boreholes relies on the precise modelling of the heat transfer between the heat carrier fluid circulating through the boreholes and the ground. Thermal response factors, or g-functions, are commonly used for the prediction of the borehole wall temperature variation due to the extraction or the injection of heat into the ground. This thesis presents a model based on the finite line source analytical solution for the calculation of g-functions with an accuracy similar to and a greater efficiency than numerical models available in literature. The boreholes are divided into segments and an extended finite line source solution is presented to evaluate the temperature variation at the wall of the borehole segments due to the extraction of heat at all segments. The model accounts for thermal interaction among boreholes by imposing a uniform borehole wall temperature equal for all boreholes. A system of equations is built from the spatial superposition and the temporal superposition in the Laplace domain to consider the temporal variation of the heat extraction rate at each of the borehole segments. The solution to the system of equations gives the g-function of the bore field. The model is compared against a numerical model. The analytical model is used in a practical application to study the effect of the position and number of boreholes in a bore field on the required length of the boreholes. Bore fields are sized for two ground load scenarios and the number and position of boreholes in the fields are varied. Results show that the position of boreholes has only a small effect (less than 1%) on the total required borehole length. A reduction of 2% on the total required borehole length was obtained by removing boreholes from the bore fields. The g-function of a small-scale 400 mm long geothermal borehole is determined experimentally using an apparatus designed and built for the present study. The borehole wall temperature is obtained from the temperature measurement of 22 thermocouples welded to the borehole surface. The borehole is installed at the center of a sand tank with known thermal properties. A constant thermal power is injected into the borehole. The g-function is evaluated from the measured power injection and borehole wall temperature measurements.


identifier: Shaban, Y. (2014). Diagnosis of Machining Conditions Based on Logical Analysis of Data  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un élément clé pour un système d'usinage automatisé sans surveillance est le développement de systèmes de surveillance et de contrôle fiables et robustes. Plusieurs modèles mathématiques et statistiques, qui modélisent la relation entre les variables indépendantes et les variables dépendantes d'usinage, sont suggérés dans la littérature, en commençant par le modèle de Taylor jusqu'aux modèles de régression les plus sophistiqués. Tous ces modèles ne sont pas dynamiques, dans le sens que leurs paramètres ne changent pas avec le temps. Des modèles basés sur l'intelligence artificielle ont résolu de nombreux problèmes dans ce domaine, mais la recherche continue. Dans la présente thèse, je propose l'application d'une approche appelée Analyse Logique de Données  (LAD) pour prédire le sortant d'un processus d'usinage. Cette approche a démontré une bonne performance et des capacités additionnelles une fois comparée à la conception traditionnelle des expériences ou à la modélisation mathématique et statistique. Elle est aussi comparée dans cette thèse à la méthode bien connue des réseaux de neurones. Elle est basée sur l'exploitation des données saisies par des capteurs et l'extraction des informations utiles à partir de ces dernières. LAD est utilisé pour déterminer les meilleures conditions d'usinage, pour détecter l'usure de l'outil, pour identifier le moment optimal de remplacement de l'outil d'usinage, et pour surveiller et contrôler les processus d'usinage. Étant donné que les capteurs et les technologies de l'information sont tous les deux en expansion rapide et continue, il serait prévu qu'un outil d'analyse tels que LAD aidera à tracer un chemin  dans l'amelioration des processus d'usinage en utilisant les techniques de pointe afin de réduire considérablement le coût ces processus. Les résultats de mon travail pourraient avoir un impact important sur l'optimisation de ces  processus.  ABSTRACT: A key issue for an unattended and automated machining system is the development of reliable and robust monitoring and controlling systems. Research in Artificial Intelligence-based monitoring of machining systems covers several issues and has solved many problems, but the search continues for a robust technique that does not depend on a statistical learning background and that does not have ambiguous procedures. In this thesis, I propose the application of an approach called Logical Analysis of Data (LAD) which is based on the exploitation of data captured by sensors, and the extraction of useful information from this data. LAD is used for determining the best machining conditions, detecting the tool wear, identifying the optimal replacement time for machining tools, monitoring, and controlling machining processes. LAD has demonstrated good performance and additional capabilities when it is compared to the famous statistical technique, Proportional Hazard Model (PHM), and the well known machine learning technique, Artificial Neural Network (ANN). Since sensors' and information technologies are both expanding rapidly and continuously, it is expected that an analysis tool such as LAD will help in blazing a new trail in machining processes by using state of the art techniques in order to significantly reduce the cost of machining process.


identifier: Llamosas Chu, I. G. (2014). Understanding Ozone Mechanisms to Alleviate Ceramic Membrane Fouling  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les membranes céramiques représentent une perspective intéressante comme traitement de pointe dans le domaine de l'eau potable. Cependant, le coût de capital élevé et l'absence de recherche spécifique sur la performance de ces membranes diminuent leur utilisation dans ce domaine. Ainsi, sachant que le colmatage est la principale limite connue dans les procédés de filtration, cette étude à l'échelle laboratoire visait à évaluer l'impact d'un pré-traitement d'ozonation sur la réduction du colmatage des membranes céramiques UF. Les étapes de pré-ozonation et de filtration ont été réalisées en utilisant deux pH ainsi que des doses d'ozone différentes. Les valeurs de pH choisies étaient situées à la limite de la plage naturelle des eaux de surface (6,5 et 8,5) afin de garantir la praticabilité. L'eau brute de la rivière des Mille Îles à Québec-Canada a été utilisée. Le montage de filtration était composé d'une cellule de filtration frontale non agitée opérée à flux constant. Les résultats ont montré que la pré-oxydation par l'ozone réduit effectivement le degré de colmatage de la membrane en fonction de la dose appliquée (jusqu'à 60 et 85% pour les membranes 8 et 50 kDa, respectivement).  ABSTRACT: Ceramic membranes are a strong prospect as an advanced treatment in the drinking water domain. But their high capital cost and the lack of specific research on their performance still discourage their application in this field. Thus, knowing that fouling is the main drawback experienced in filtration processes, this bench-scale study was aimed to assess the impact of an ozonation pre-treatment on the alleviation of the fouling of UF ceramic membranes. Pre-ozonation and filtration steps were performed under two different pH and ozone doses. Chosen pH values were at the limits of natural surface waters range (6.5 and 8.5) to keep practicability. Raw water from the Thousand Isle's river at Quebec-Canada was used for the tests. The filtration setup involved an unstirred dead-end filtration cell operated at constant flux. Results showed that pre-oxidation by ozone indeed reduced the fouling degree of the membranes according to the dose applied (up to 60 and 85% for membranes 8 and 50 kDa, respectively).


identifier: Fourmigue, A. (2014). Méthodes de calcul numérique pour la simulation thermique des circuits intégrés  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation thermique des circuits intégrés est aujourd'hui incontournable afin de prévenir les problèmes de dissipation thermique.  Les circuits intégrés modernes exhibent une densité de puissance très élevée, pouvant conduire à une température excessive, dégradant les performances du circuit et réduisant sa durée de vie. Depuis leur invention en 1958, les circuits intégrés ont subi une évolution spectaculaire.  La miniaturisation des composants, l'émergence des technologies tridimensionnelles et l'introduction de systèmes de refroidissement à base de liquide nécessitent de résoudre des problèmes thermiques très complexes.  Les méthodes numériques fournissent un outil de simulation puissant, mais aussi très coûteux en calcul.  Les simulateurs thermiques existants basés sur les méthodes numériques requièrent un temps d'exécution très long et une consommation de mémoire très importante. Ces inconvénients majeurs ralentissent considérablement la conception des circuits intégrés ou contraint à choisir des solutions thermiques non optimales. Cette thèse propose deux méthodes de calcul numérique originales pour accélérer la simulation thermique des circuits intégrés. La première méthode est destinée à la simulation du régime transitoire, tandis que la deuxième méthode cible le régime permanent.  Les méthodes de calcul proposées combinent des algorithmes puissants tels que la décomposition des opérateurs, les méthodes de projection et la décomposition de domaine.  Les méthodes de calcul proposées sont évaluées sur des problèmes thermiques réalistes et variés, en étant comparés à des méthodes de calcul classiques bien éprouvées. La méthodologie utilisée pour modéliser le comportement thermique des circuits intégrés est validée en comparant les résultats obtenus par simulation à des mesures thermiques effectuées sur un circuit physique réel.  Dans le cadre de cette thèse, un simulateur thermique pour circuits intégrés, appelé ICTherm a été développé. Ce logiciel implémente les méthodes de calcul proposées dans cette thèse pour simuler le régime transitoire et le régime permanent. Le logiciel ICTherm est actuellement utilisé en milieu universitaire pour des projets de recherche.  ABSTRACT: Since their introduction in 1958, integrated circuits have gone through a spectacular evolution.  The transistor miniaturization, the emergence of tridimensional technologies have caused an explosion in complexity.  In addition, modern integrated circuits generate very high heat fluxes that can lead to a high temperature, degrading the performance and reducing the lifetime of the device. The thermal simulation of integrated circuits is extensively used to prevent this kind of heat dissipation issues, but its application is becoming increasingly difficult with the growing complexity of chip designs. Numerical methods offer a powerful tool for the thermal simulation of integrated circuits.  However, their high computation cost leads to long simulation times and to a vast memory usage, slowing down the design process or constraining the designer to unoptimized solutions. This thesis presents two highly-efficient methods for the thermal simulation of integrated circuits, for both transient and steady-state thermal problems.  The proposed methods combine powerful algorithms, such as operator splitting, sub-space projection, and domain decomposition. We evaluated the proposed techniques on a variety of representative thermal problems. Our results show up to an order of magnitude improvement in simulation speed when compared against well established methods for the same level of accuracy.  We have also validated our approach by comparing simulation results with the temperature measured on a physical device via infrared thermography, achieving an error smaller than 6%. In addition, we developed a thermal simulator for integrated circuits called ICTherm, implementing the methods proposed in this thesis.  ICTherm can be used to simulate the transient and steady-state behaviour of arbitrary integrated circuits, and it is currently used for research by several universities.


identifier: Krouchev, N. (2014). A Modeling Framework for the Nonlinear Dynamics Analysis and Optimization of Electrical Stimulation Protocols  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Méthodologie de modélisation pour l'analyse de la dynamique non-linéaire et l'optimisation des protocoles et dispositifs de stimulation électrique Élément clé de la technologie biomédicale du présent et encore plus du futur, la stimulation électrique (SE) sert pour des thérapies avancées et pour restaurer des fonctions du système nerveux. Ainsi, on pourra prédire les eets systématiques de la SE seulement grâce à une modélisation systématique. En applicant une approche synergiste, ce travail considère dans leur ensemble ses principaux sous-problèmes. Les approches et les outils choisis fournissent les bases d'une méthodologie de modélisation, recherche et développement. La stimulation en boucle fermée - actuellement un sujet d'actualité en SE, fournit la ligne directrice à travers les questions individuelles. Celles-là sont traitées dans l'ordre suivant: En premier lieu, sur la façon d'identier des formes d'onde optimales - qui assurent les plus faibles courants de stimulation. L'ecacité énergétique des solutions a un impact direct sur plusieurs aspects connexes du génie biomédical. La recherche dans ce domaine a souvent (et presque exclusivement) eu recours à la simulation numérique et aux méthodes itératives d'optimisation paramétrique - c'est-à-dire à des calculs coûteux, dont l'issue est incertaine (minima locaux et selon modèle). Nous avons exploité un principe variationnel connu surtout en physique et dit de moindre eort. Ainsi, nous avons calculé de façon analytique la trajectoire temporelle du potentiel pour un modèle général de membrane excitable. On a démontré comment celui-ci peut être globalement optimal. Alors - à partir des modèle et protocole concrets donnés, on déduit la forme d'onde spécique à ecacité énergétique optimale. La solution est indépendante du modèle par sa construction. Nous illustrons l'approche par un large éventail d'exemples et situations avec des modèles ioniques populaires de la littérature. L'itération couteuse et incertaine est remplacée par une seule quadrature d'un système d'équations diérentielles ordinaires. L'approche est en outre validée par une comparaison  ABSTRACT: Electrical stimulation (ES) is and will be even more a key part of biomedical technology - for advanced prosthetics and therapies. For such purposes and given the underlying system complexity, its eects are to be robustly modeled, studied, and predicted. This work's primary goal is to identify the key features of ecient low-power ES. Identi- cation of optimal low-stimulation-current waveforms impacts on the related medical and engineering eciency. The latter has typically been addressed through computationally expensive iteration with uncertain and highly-variable outcome. To do better we also strived to achieve knowledge, understanding and insights by computational modeling at dierent scales - from single-neuron excitability to population activity patterns. Motivation for working at a neural population scale was provided by the need of a validated computational model to provide an in silico testing environment toward the design of cortical visual prostheses. In the latter, sensory thalamic input would be replaced by optimal-control-based direct ES of modeled cortical laminae - toward evoking natural-like activity patterns. Therefore, once again one encounters the subproblem of optimal low-power ES-current waveforms, which "closes the circle" of the main topics of interest. Such population-scale model also provides for fundamental questions like: Would lamina IV remain the primary stimulation target? Assuming a neocortical canonical functional micro-circuit is indeed put in place by evolution, would it determine uniquely the most ecient spatio-temporal patterns of activation? This purposes provided the "red-thread" through the individual questions, whose answers - using appropriate approaches and tools (incl. original ones that we developed), constitute a research-and-development framework. The gist of results is as follows. To determine ecient low-power ES, we employed the Least-Action Principle (LAP) of variational calculus. Thus we were able to derive in closed form a general solution for the globally optimal membrane-potential growth trajectory. Then for a given ionic-current model and protocol, one easily obtains the specic energy-ecient ES current waveform. Such a solution is model-independent by construction. The approach has been demonstrated successfully with


identifier: Dagenais, M.-A. (2014). Réhabilitation sismique des joints de chevauchement de piles de pont par chemisage en béton fibré à ultra haute performance  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'activité sismique des dernières décennies a été la cause de l'effondrement de plusieurs structures autour du globe. Dans le cas des ponts, plusieurs effondrements ou désordres majeurs ont été observés dans le cas d'ouvrages qui ne comportaient pas de détails de conception parasismique adéquats. Un des modes de rupture souvent observé est caractérisé par la désolidarisation des barres d'armature chevauchées suite à la formation de fissures de fendage due à la pression exercée sur le béton par les barres en traction et à l'éclatement subséquent du béton d'enrobage en compression. Ce type de rupture est provoqué par une conception déficiente des armatures dans les zones de moment maximum, souvent situées à la base des piles dans la zone de chevauchement avec les armatures de la semelle et de la pile. L'ajout d'un gainage extérieur en acier ou en matériaux composites s'est avéré une méthode de renforcement efficace qui a été utilisée sur plusieurs ouvrages pour augmenter le confinement à la base de piles circulaires ou carrées afin d'éliminer la fragilité du béton en traction et en compression dans les zones de chevauchement et de procurer un confinement au noyau central des piles. Ces méthodes d'apparence simple d'application requièrent des conditions particulières (béton sain, ajustement en chantier, etc.) qui amènent des contraintes additionnelles à leur mise en oeuvre. Ces méthodes perdent leur efficacité pour des piles de forme rectangulaires. Les méthodes disponibles pour les piles rectangulaires présentent un degré de complexité qui rend leurmise en oeuvre laborieuse. Ainsi très peu de méthodes de renforcement permettent de confiner adéquatement et efficacement les piles de section rectangulaire ou les piles murs.Récemment, des travaux de recherches exploratoires sur des piliers à grande échelle menés au laboratoire de Structures de l'École Polytechnique de Montréal ont démontré le potentiel d'un chemisage en béton fibré à ultra haute performance (BFUP) comme solution efficace pour éviter ce mode de rupture. Ces travaux ont consisté à remplacer le béton existant autour des barres chevauchées à la base des piles par du BFUP.  ABSTRACT: Observations made following major earthquakes in the past four decades showed that reinforced concrete bridge piers may be seismically vulnerable. Splitting of the concrete in lap splice regions at the base of the column known as bond failure was frequently observed. This mode of failure is caused by common deficiencies including a lack of confinement by transverse reinforcements without cross ties and inadequate lap splice lengths. The improved behaviour given by steel and fibre reinforced polymer (FRP) jackets to a deficient lap spliced regions has been demonstrated for circular and square columns. The few solutions proposed for rectangular columns with a large aspect ratio are costly and complex to implement. A recent study on large scale bridge piers conducted at Polytechnique Montreal Structures Laboratory as shown the potential of anew retrofitting technique using ultra high-performance fibrereinforced concrete (UHPFRC). With this concept, the existing concrete cover is removed around the spliced bars and is replaced by UHPFRC. The main objective of this present project is to provide theoretical and experimental information on UHPFRC cover behaviourfor eliminating the flexural mode of failure known as bond failure in critical regions of rectangular columns. The first step was to identify from monotonic and cyclic tests on beams, the failure modes associated with different configurations of lap splice reinforced with UHPFRC. Based on these results, 4 rectangular full-scale bridge pier specimens were built and subjected to axial and transverse loading causing bending moment in the weak axis associated with higher ductility requirement.


identifier: Bouachir, W. (2014). Suivi d'objets par caractéristiques locales encodant la structure  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Durant les deux dernières décennies, le suivi visuel d'objets a retenu une attention considérable de la communauté de la vision par ordinateur. Cet intérêt accru s'explique par les avancées importantes réalisées dans la modélisation de contenu visuel et par la large gamme d'applications utilisant les algorithmes de suivi (vidéosurveillance, robotique, indexation multimédia, interaction homme/machine, etc.). Bien que de nombreuses méthodes sont proposées dans la littérature, le suivi d'objet demeure un problème non résolu à cause du nombre élevé de facteurs environnementaux.  Cette thèse présente de nouvelles idées et méthodes pour suivre un objet en mouvement dans des scénarios du monde réel. Elle vise à résoudre les principales difficultés de suivi dans des environnements non contraints, où la seule connaissance disponible sur la cible est sa position sur la première trame de la séquence vidéo. Les problèmes de suivi traités comprennent l'occultation de la cible, l'apparition de distracteurs, les rotations, les changements des conditions d'illumination et les changements d'apparence de la cible. Dans notre travail, nous présentons des algorithmes de suivi complets, ainsi que des procédures génériques pouvant être intégrées dans d'autres méthodes de suivi. Les méthodes proposées dans cette thèse s'appuient sur les points caractéristiques SIFT (Scale Invariant Features Transform) pour assurer la distinctivité du modèle d'apparence et son invariance aux changements des conditions d'illumination. Premièrement, nous présentons un algorithme qui combine une approche de recherche probabiliste par caractéristiques de couleurs avec un suivi déterministe par points caractéristiques. La recherche probabiliste consiste à un filtre de particules appliqué dans une première étape pour réduire la région de détection des caractéristiques locales et simplifier leur appariement. La prédiction finale repose ensuite sur l'appariement entre les descripteurs locaux de la cible et ceux détectés dans la région de recherche réduite sur la trame courante. L'évaluation qualitative et quantitative sur plusieurs séquences vidéos démontre la validité de la méthode proposée et sa compétitivité avec des algorithmes de suivi populaires de la littérature.  En second lieu, nous présentons un nouvel algorithme de suivi nommé SAT (Structure-Aware Tracker). Comme son nom l'indique, SAT utilise un modèle d'apparence qui tient compte de la structure interne de l'objet suivi. Notre idée clé est inspirée de travaux antérieurs sur un nouveau paradigme de suivi, dit orienté contexte. Dans le suivi orienté contexte, la structure de la scène est encodée par les relations géométriques entre la cible et d'autres éléments l'entourant. Dans SAT, nous encodons la structure de l'objet en exploitant la disposition spatiale de ses points caractéristiques. Cette technique permet d'atteindre une stabilité de suivi notable, même lorsque la cible est partiellement occultée. D'autre part, nous proposons une méthode discriminative pour évaluer la qualité de suivi itérativement. Lorsque l'évaluation montre une qualité acceptable, le modèle d'apparence est adapté aux éventuels changements d'apparence de la cible. Notons que la procédure d'évaluation proposée est généralisable pour la majorité des algorithmes de suivi, vu qu'elle est indépendante du modèle d'apparence principal de la cible. En dernier lieu, nous présentons un troisième algorithme de suivi nommé SCFT (Salient Collaborating Features Tracker). Cette méthode exploite les descripteurs d'une manière optimale pour capturer la structure interne de l'objet et tenir compte des changements de pose et d'échelle. En effet, SCFT utilise les orientations dominantes et les échelles caractéristiques des points SIFT pour calculer les rotations bidimensionnelles de l'objet et estimer sa taille. En outre, nous proposons d'évaluer la saillance des points caractéristiques durant le suivi afin de baser les prédictions sur les caractéristiques locales les plus fiables. On note que la procédure d'évaluation de saillance peut être adoptée par d'autres méthodes de suivi basées sur le vote des éléments locaux.  Dans la partie expérimentale de ce travail, nous réalisons plusieurs tests confirmant la robustesse des méthodes présentées. Nos expériences montrent que l'exploitation efficace des descripteurs locaux de points caractéristiques permet de prédire avec précision la position de la cible, malgré les facteurs perturbateurs de la scène. Par ailleurs, les algorithmes proposés (notamment SAT et SCFT) ne sont pas affectés par l'occultation partielle, vu qu'un nombre réduit de caractéristiques locales visibles suffit pour prédire l'état global de l'objet. Les évaluations comparatives de nos méthodes confirment la pertinence des idées développées dans cette thèse, en démontrant que nous surpassons une variété d'algorithmes récents de la littérature dans divers scénarios difficiles de suivi.  ABSTRACT: Object tracking is a central problem in computer vision with many applications, such as automated surveillance, robotics, content-based video indexation, human-computer interaction, etc. During the two last decades, we observed an increasing interest in developing novel solutions for the tracking problem. This interest is explained by the significant progress achieved in feature extraction and visual modeling. Despite numerous methods proposed in the literature, object tracking remains an unsolved problem due to the large number of environmental perturbation factors.  This thesis presents novel ideas and methods for object tracking in real world scenarios. We aim to address the main tracking difficulties in unconstrained environments, including target occlusion, presence of distractors, object rotations, illumination changes, and target appearance change. Our work proposes complete tracking algorithms that may be adopted directly by several tracking systems, as well as generic procedures that are relevant to the development of future tracking algorithms. The proposed algorithms rely on SIFT (Scale Invariant Features Transform) keypoints due to their distinctiveness and invariance to illumination changes and image noise. Firstly, we present a novel tracking algorithm whose prediction combines a color-based probabilistic approach with a deterministic keypoint matching method. During the first algorithmic step, we apply probabilistic tracking through particle filtering. This allows to reduce the target search space while simplifying local matches between the reference model and candidate regions. The target position is then found by matching keypoints and selecting the candidate region (particle) having the best matching score. Qualitative and quantitative evaluations on challenging video sequences show the validity of the proposed tracker and its competitiveness with popular state-of-the-art trackers. Secondly, we present a new tracker named SAT (Structure-Aware Tracker). The proposed algorithm uses a novel appearance model to encode the internal structure of the target. Our idea of representing the target structural properties is inspired by previous works on context tracking. According to the context tracking approach, it is necessary to consider the target context to ensure the tracker robustness. Thereby, context trackers base their predictions on the structure of the scene, encoded by the geometric relations between the target and surrounding elements. SAT is different from context trackers, in the sense that it encodes the object internal structure by exploiting the object keypoints spatial layout. This technique allows to achieve robust and stable tracking, especially when the target is partly occluded. Moreover, we propose a discriminative method for evaluating the tracking quality after each prediction. Every time the verification procedure shows a good tracking quality, the target appearance model is updated to be adapted to possible appearance changes. Note that the quality evaluation procedure of SAT is generalizable for a wide variety of tracking algorithms, since it does not depend on the target main appearance model. Furthermore, we introduce SCFT (Salient Collaborating Features Tracker), a novel tracking method that exploits keypoint descriptors efficiently to handle the target pose and scale changes. More concretely, the proposed method uses the information on the main orientation and the detection scale of the local feature to compute respectively in-plane rotations and scale changes. On the other hand, SCFT evaluates local features saliency in order to distinguish between good features and outliers, and base the prediction on the most reliable ones. Our saliency evaluation method can be used directly or adapted for several existing tracking methods, where the target state is found through local features votes.  Our experimental work includes multiple tests on challenging video sequences, showing the robustness of the presented methods. Through the performed experiments, we demonstrate that our efficient exploitation of local descriptors ensures a high tracking precision, under several environmental perturbation factors. Moreover, the proposed methods (especially SAT and SCFT) are not affected by partial occlusions, since in this case, the global target state is effectively predicted using a few number of visible local features. We performed extensive comparative evaluations on challenging video sequences, against recent state-of-the-art methods. The obtained results support the relevance of the proposed ideas, demonstrating that we outperform recent methods in various real world scenarios.


identifier: Oulbacha, Z. (2014). Analyse numérique de la stabilité des piliers-dalles en remblai cimenté : une vérification des modèles de Mitchell  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Face aux défis économiques et environnementaux, l'industrie minière a besoin de solutions novatrices. Le remblayage des chantiers souterrains permet d'augmenter le taux de récupération du minerai et de fournir un espace de travail plus sécuritaire. Il peut permettre aussi de réduire la quantité des rejets miniers nécessaires à déposer en surface, réduisant ainsi l'impact environnemental de l'industrie minière. Quand le gisement et les épontes sont de mauvaise qualité, la méthode de minage coupe et remblai descendant est utilisée. Cela exige une construction de piliers-dalles en remblai minier cimenté. Si le pilier-dalle est bien conçu et bien construit, oeuvrer sous un pilier-dalle en remblai cimenté serait plus sécuritaire que de travailler sous la roche minéralisée de mauvaise qualité. Un aspect critique est d'évaluer la résistance nécessaire du remblai cimenté utilisé pour construire ces piliers-dalles. Une surestimation de la résistance requise entraine des dépenses inutiles liées à l'utilisation excessive du ciment et par conséquent compromet la rentabilité des opérations minières. Une sous-estimation de la résistance nécessaire des piliers-dalles peut avoir des conséquences encore plus graves et inattendues, puisqu'une rupture de ces piliers peut blesser voire tuer le personnel oeuvrant en-dessous et peut aussi endommager les équipements.  ABSTRACT: The mining industry is facing several challenges on the technological, economic and environmental fronts. Mine backfill is one of the most suitable solution to improve ground control in underground operations and increase ore extraction rate. It also allows reducing the quantity of mine waste to dispose at the surface, therefore reducing the environmental impact. In practice, mine backfill is used in different ways. When the walls and ore bodies are of poor quality, an underhand cut-and-fill mining method is adopted. In such cases, cemented backfill sill mats must be built to replace the ore sill pillars. If the sill mat is well designed and built, working under a cemented backfill sill mat would be much safer than working under ore sills. A critical aspect is to determine the necessary strength for such cemented backfill sill mats. An overestimation of the required strength induces unnecessary additional expenses linked to the excessive use of cement, and can consequently compromise the profitability of mining operations. An underestimation of the required sill mat strength can have more serious consequences, given that a failure of these sill mats can harm, even kill the personnel working under the sill mat and also damage the equipment.


identifier: Lasalle Ialongo, D. (2014). Problème d'affectation des types d'avion aux vols : optimisation robuste et intégration de la demande des passagers  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le problème d'affectation des types d'avion aux vols (fleet assignment problem, FAP) consiste à déterminer le type d'avion à utiliser pour chaque segment de vol d'un horaire donné de façon à maximiser les profits anticipés, c'est-à-dire les revenus estimés moins les coûts. Les frais d'exploitation dépendent de l'affectation des types d'avion et se calculent relativement bien, tandis que les revenus varient selon la demande des passagers et sont sensiblement plus difficiles à estimer. La plupart des modèles dans la littérature utilisent une estimation par segment de vol, ce qui néglige l'interdépendance des revenus entre les vols ainsi que le débordement et la récupération des passagers. Des modèles de flot de passagers (passenger flow models, PFMs) ont été développés pour améliorer la fonction objectif du FAP, mais ils ont tous divers défauts. La majorité implique un contrôle total de la compagnie aérienne sur ses passagers, sinon ils nécessitent des temps de calcul beaucoup plus importants. De plus, la demande des passagers est sujette à des variations d'une semaine à l'autre au courant d'une saison et d'une journée à l'autre dans une même semaine, ce qui rend sous-optimale toute solution au FAP qui serait répétée période après période sans changement. Cette thèse cherche à accroître la prise en compte de la demande des passagers dans le FAP afin d'améliorer la qualité et la robustesse de la solution. Le premier volet propose un algorithme faisant appel à un modèle de flot de passagers durant la résolution du FAP afin d'améliorer l'estimation des revenus. Dumas (2008) introduit dans sa thèse un modèle de flot de passagers réaliste qui utilise la solution du FAP pour déterminer la répartition des passagers sur les segments de vol et ainsi fournir une meilleure estimation des revenus. Il développe une méthode de résolution itérative qui alterne entre le FAP et le PFM en utilisant cette nouvelle estimation pour mettre à jour les revenus dans la fonction objectif du FAP. Cette méthode donne de meilleurs résultats que la résolution d'un modèle standard, au prix de multiplier les temps de calcul par un facteur de 10 ou plus. L'algorithme que nous proposons utilise le PFM pour réévaluer périodiquement les revenus des segments de vol durant la résolution du FAP par un algorithme heuristique d'énumération implicite. Cette méthode permet d'accélérer les temps de calcul par un facteur de 2 à 3 tout en préservant la qualité de la solution. Le deuxième volet de ce travail de recherche consiste à intégrer la variabilité de la demande dans la modélisation et la résolution du FAP. Lorsque la journée des opérations approche et que la demande se précise, les compagnies aériennes tentent de faire des changements d'affectation pour rentabiliser au maximum leur flotte. Puisque l'affectation initiale n'a pas été faite en tenant compte de ces échanges futurs, il y a généralement peu d'opportunités de réaffectation. Pour remédier à ce problème, nous développons différents modèles d'affectation des types d'avion aux vols avec réaffectation et scénarios de demande. Ces modèles diffèrent selon la complexité du problème de départ et des hypothèses établies. Ils permettent de planifier des opportunités d'échanges de types d'avion en fonction de plusieurs scénarios représentant la variation de la demande au cours d'une saison. Nous développons deux méthodes de résolution que nous testons sur une des variantes du problème. La première méthode utilise la décomposition de Benders pour tenter d'accélérer la résolution, les sous-problèmes étant définis pour les scénarios de demande. Les résultats ne sont pas aussi bons qu'espérés; la convergence de l'algorithme est assez lente et des erreurs numériques se glissent en cours de résolution lorsque les coupes d'optimalité, qui ont des coefficients beaucoup plus élevés que ceux de la matrice de contraintes, sont ajoutées au problème maître. Nous proposons quelques réflexions pour remédier à ces problèmes. La deuxième méthode est une approche directe par CPLEX. Plusieurs expérimentations sont faites sur des instances de tailles diverses avec différents ensembles de scénarios. Les résultats obtenus montrent que l'utilisation de multiples scénarios de demande permet d'améliorer la qualité de la solution de 1 à 3 % comparée au FAP standard et jusqu'à doubler le nombre de réaffectations de types d'avion effectuées en moyenne par rapport à l'utilisation d'un seul scénario représentant la demande moyenne par itinéraire.  ABSTRACT: The fleet assignment problem (FAP) consists of determining the aircraft type to use on each flight leg of a given schedule in order to maximize the expected profits, which are the expected revenues minus the costs. The operating costs depend on the aircraft type assignment and can be computed relatively easily, while revenues vary with passenger demand and are significantly harder to estimate. Most models in the literature use an estimation per flight leg, that neglects the interdependency of revenues between flights as well as the spill and recapture of passengers. Passenger flow models (PFMs) have been developed to improve the FAP objective function, but they all have various flaws. The majority of them implies total control by the airline company over its passengers, otherwise they require much larger computational times. Furthermore, passenger demand is subject to variations from one week to the other during a season and from day to day in the same week, making sub-optimal any solution to the FAP that would be repeated period after period without change. This thesis seeks to augment the consideration of passenger demand in the FAP in order to improve the quality and robustness of the solution. The first part proposes an algorithm that calls a PFM while solving the FAP to improve the estimated revenues. Dumas (2008) introduced in his thesis a realistic passenger flow model that uses the FAP solution to determine the distribution of passengers on flight legs and thus provides a better estimate of revenues. He developed an iterative solution method that alternates between the FAP and the PFM using this new estimate to update revenues in the FAP objective function. This method gives better results than the usual approach on the standard FAP model, at the cost of increasing computational times by a factor 10 or more. Our proposed algorithm uses the PFM to reevaluate periodically the flight leg revenues while solving the FAP within a heuristic branch-and-bound algorithm. This method speeds up computational times by a factor of 2 to 3 while preserving solution quality. The second part of this research consists of integrating the demand variability in the modeling and solution process of the FAP. When the operation day is approaching and demand becomes more accurate, airlines try to make fleet assignment changes to maximize their fleet utilization. Since the initial fleet assignment was not made taking into account these future exchanges, there is generally few reassignment opportunities. To address this problem, we develop different fleet assignment models with reassignment and demand scenarios. These models differ depending on the initial problem complexity and the assumptions made. They allow to plan aircraft type exchange opportunities based on several scenarios representing demand variation during a season. We develop two solution methods that we test on one of the problem variants. The first method uses Benders decomposition to try to accelerate the solution process, sub-problems being defined for the demand scenarios. The results are not as good as hoped for; the convergence of the algorithm is quite slow and numerical errors are introduced during the solution process when optimality cuts, which have much higher coefficients than those of the constraint matrix, are added to the master problem. We offer some thoughts to remedy to these problems. The second method is a direct approach using CPLEX. Several tests are done using instances of various sizes with different sets of scenarios. The results show that using multiple scenarios improves solution quality by 1 to 3% relative to the standard FAP and up to double the number of aircraft type reassignments done on average compared to using a single scenario representing the average demand per itinerary.


identifier: Côté, S.-P. (2014). Relaxométrie par imagerie par résonance magnétique pour déterminer l'état de chargement dans le ligament croisé antérieur in vivo  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Alors que le diagnostic et le traitement de la rupture du ligament croisé antérieur (LCA) du genou ont été fortement étudiés dans les trois dernières décennies, l'évaluation postopératoire consiste encore en des méthodes qualitatives pour déterminer si la chirurgie a été un succès. La présente étude vise à utiliser l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour déterminer l'état de chargement dans le LCA et donc à apporter un élément quantitatif dans l'évaluation postopératoire de la chirurgie de reconstruction. Huit volontaires sains, tous des hommes âgés de 22 à 37 ans ont eu leur genou gauche imagé en deux positions : en extension complète et à 20 degrés de flexion. Les positions du genou ont mis le LCA en deux états : en chargement lorsque le genou était en extension et pratiquement au repos lorsque le genou était en flexion. Les acquisitions IRM ont été effectuées à l'aide d'un appareil d'IRM Phillips Achieva X-Series de 3T en utilisant une antenne de genou clinique. Les tranches ont été orientées dans l'axe du ligament dans un plan sagittal oblique. Les cartographies des temps de relaxation spin-lattice dans le plan rotatif (T1ρ), le temps de relaxation transverse (T2) ainsi que le temps de relaxation transverse considérant les inhomogénéités du champ magnétique (T2*) ont été mesurés en utilisant des séquences adaptées provenant de la littérature scientifique. En utilisant un algorithme de segmentation semi-automatique par modèle déformable, le LCA a été isolé sur chacune des cartographies de paramètres de relaxométrie. Une analyse de variance (ANOVA) utilisant deux voies et un niveau de signification de α = 95% ainsi qu'une analyse par regroupement hiérarchique ont été effectuées afin de vérifier si des différences significatives existaient entre les deux positions du genou ainsi qu'entre les sujets. Les données obtenues ont aussi été analysées en utilisant 11 statistiques descriptives pour évaluer la distribution des données. Une étude de répétabilité a aussi été effectuée en imageant le même patient à trois occasions séparées afin d'évaluer le caractère aléatoire des données. Les ANOVA ont permis d'identifier des différences significatives entre les positions du genou pour les paramètres T1ρ et T2*. Une différence significative a aussi été identifiée entre les sujets pour T1ρ. Le regroupement hiérarchique a montré la haute sensibilité, spécificité et précision des paramètres T1ρ et T2 pour l'identification des positions du genou. L'analyse par histogramme ainsi que les 11 statistiques descriptives n'ont pas montré de tendance significative entre les  ABSTRACT: While the diagnosis and treatment of a ruptured anterior cruciate ligament (ACL) have been under heavy study for the last three decades, the postoperative evaluation is still using qualitative methods to assess the success of the surgery. This study aims at using magnetic resonance (MR) relaxometry to assess the loading state of the ACL and thus bring a quantitative element to the postoperative evaluation process. Eight healthy volunteers, all male aged between 22 and 37, had their left knee imaged in two positions: in full extension and at 20 degrees of flexion. The positions of the knee put the ACL in two states: under heavy loading while in extension and nearly at rest while in flexion. The MR imaging (MRI) acquisitions were done using a 3T whole-body Phillips Achieva X-Series scanner using a clinical knee antenna. Slices were oriented in the axis of the ligament in an oblique-sagittal plane. The cartographies of the spin-lattice relaxation time in the rotating frame (T1ρ), the transverse relaxation time (T2) and the transverse relaxation time considering magnetic field inhomogeneity (T2*) were obtained using sequences adapted from the literature. Using a semi-automated active contour model segmentation algorithm, the ligament was isolated in the quantitative MR marker maps. Two-way analysis of variance (ANOVA) at a significance level of α = 95% and agglomerative hierarchical clustering were used to assess significant differences between knee positions and subjects. The data obtained was also analyzed using 11 descriptive statistics to assess the distribution of the data. A reliability study consisting of imaging the same patient on three separated occasions was also conducted to assess the randomness of the data. ANOVA results indicated that there is a significant difference between knee positions for T1ρ and T2*. A significant difference was also found between subjects for T1ρ. The agglomerative hierarchical clustering showed high sensibility, specificity and accuracy for T1ρ and T2. The histogram analysis coupled with the 11 descriptive statistics did not show any significant trend between knee positions or subjects in their distribution function. The reliability study on the same subject showed no significant difference for the subject factor for all three quantitative MR markers but showed a significant difference between knee positions for T1ρ.


identifier: Marty, M. (2014). Analyses-diagnostics du potentiel de résilience d'une organisation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les travaux de recherche du Centre risque & performance (CRP) sur les interdépendances entre infrastructures essentielles ont abouti à la notion de potentiel de résilience. La résilience est définie comme «l'aptitude d'un système à maintenir ou à rétablir un niveau de fonctionnement acceptable malgré des perturbations ou des défaillances » (OSCQ, 2009). Avec cette définition de la résilience, il est possible de définir le potentiel de résilience qui repose sur quatre éléments: la connaissance, l'acceptation, la planification et l'anticipation (Hémond, 2013). Dans la continuité de ces travaux est apparue la volonté d'évaluer ce potentiel de résilience pour toute organisation, et non plus seulement pour une infrastructure essentielle. L'objectif de la présente recherche est donc de développer des critères d'évaluation du potentiel de résilience applicables à l'interne pour toute organisation. Le type d'évaluation proposée est celle des analyses-diagnostics qui permettent de cibler les forces et les faiblesses de l'organisation par rapport à son potentiel de résilience, dans le but de l'améliorer. Une approche de « recherche collaborative » a été mise en oeuvre pour développer ces critères. Cette approche s'inscrit dans la logique des travaux du CRP. Elle se fonde sur la complémentarité entre rigueur scientifique et compétence industrielle, en l'occurrence dans le domaine de la continuité opérationnelle et de la résilience. Ainsi, suite au développement de ces critères au niveau du CRP, une confrontation avec des professionnels du milieu de la résilience en industrie a permis de valider les critères, de proposer des analyses-diagnostics réalisables et d'émettre de nouvelles pistes de recherche. Les résultats présentés dans ce mémoire aboutissent donc à ces critères d'analyses-diagnostics. Ces critères s'appuient sur chacun des éléments du potentiel de résilience et sont directement applicables par des gestionnaires dans leur propre organisation. Enfin, ce mémoire ouvre différentes pistes de recherche telles que la pondération des critères selon leur importance et les différentes applications de la méthode d'analyses-diagnostics en fonction du type d'organisation réalisant son évaluation.  ABSTRACT: Research conducted by the Centre risque & performance (CRP) on the interdependencies between critical infrastructures led to the notion of resilience potential. Resilience is defined as the ability of a system to maintain or restore an acceptable level of functioning despite disruptions or failures (OSCQ, 2009). With this definition of resilience, it is possible to define the resilience potential based on four elements: knowledge, acceptance, planning and anticipation (Hémond, 2013). In continuation of this work appeared willing to assess this potential resilience for any organization, not only for critical infrastructure. The objective of this research is to develop assessment criteria of the resilience potential applicable by any organization itself. The type of assessment proposed is diagnosis-analyzes that help to identify strengths and weaknesses of the organization in relation to its resilience potential in order to improve it. A “collaborative research” approach has been implemented to develop these criteria. This approach is in line with the work of the CRP. It is based on the complementarity between scientific rigor and manufacturing expertise, namely in the area of business continuity and resilience. Thus, following the development of these criteria at the CRP, a confrontation with professionals from the industry has validated the criteria, to propose feasible diagnosis-analysis and issue new avenues of research. The results presented in this master's thesis lead to a number of diagnostic analysis criteria. These criteria address each elements of resilience potential and are directly applicable by managers in their own organizations. Finally, this master's thesis opens up different avenues of research such as the weighting of the criteria according to their importance and the adaptation of the diagnostic analysis method due to the nature of the organization carrying out its evaluation.


identifier: Behrang, A. (2014). Modeling of Heat Conduction in Hybrid Nanodispersions  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour une large gamme d'applications en ingénierie, allant des matériaux de conversion de l'énergie thermoélectrique aux matériaux d'interface thermique, la conductivité thermique dans les structures à l'échelle nanométrique fût un sujet intéressant et important à la fois dans la recherche fondamentale et appliquée. La théorie classique de Fourier ne permet pas de d´écrire la conduction thermique dans les matériaux nanostructurés en raison de la négligence des évènements de la limite de diffusion qui jouent un rôle très important dans les structures à l'échelle nanométrique. Le but ultime de ce travail est d'établir un cadre général pour étudier la conductivité thermique dans les nanodispersions. Dans cette thèse, en passant en revue les principes de base du transport des phonons dans les nanostructures, les coefficients de conductivité thermique qui se posent dans la théorie de la chaleur macrosopique de Fourier sont modifiés et rendus applicables pour les nanodispersions. Afin d'adapter la conductivité thermique macroscopique aux besoins de cette étude, l'influence de la limite de diffusion des phonons est prise en compte. La majorité des libres parcours moyens de la matrice et des particules dispersées fournis par la théorie cinétique sont modifiés de façon à capturer les effets de la limite de diffusion. Un bon accord entre les prédictions de nos modèles et les résultats expérimentaux et numériques disponibles a été trouvé. Notre analyse théorique permet de comprendre comment la taille des particules, la fraction volumique des particules dispersées, leur forme, les propriétés de l'interface particule-matrice, et l'agglomération des particules influencent la conductivité thermique des nanodispersions. Nous étudions également les nanodispersions hybrides dans lesquelles les particules en suspension sont de différents types (par exemple, des nanofils et des nanosphères). Notre modèle montre que la conductivité thermique augmente à mesure que la spécularité de l'interface augmente. Pour la dispersion de particules anisotropes, l'influence de l'orientation des particules sur la conductivité thermique est mise en évidence.  ABSTRACT: For a wide range of engineering applications, ranging from thermoelectric energy conversion materials to thermal interface materials, the thermal conductivity in nanoscale structures has been an interesting and an important subject in both fundamental and applied research. The classical Fourier theory is not able to describe the heat conduction in nanostructured materials due to the neglect of boundary scattering events that play a very important role at nanoscale structures. The ultimate purpose of this work is to establish a general framework for studying the thermal conductivity in nanodispersions. In this dissertation, by reviewing the fundamentals of the phonon transport in nanostructures, the heat conductivity coefficients arising in macroscopic Fourier heat theory are modified and made applicable for nanodispersions. In order to adapt the macroscopic thermal conductivity for the purpose of this study, the influence of the phonon-boundary scattering is taken into account. The phonon mean free paths in both the matrix and the dispersed particles, that is provided by kinetic theory, are modified in a way to capture the boundary scattering effects. A good agreement between predictions of our models and available experimental and numerical results is found. Our theoretical analysis helps to understand how the particle size, the volume fraction of dispersed particles, their shape, the particle-matrix interface properties, and the particle agglomeration influence the thermal conductivity of nanodispersions. We also investigate hybrid nanodispersions in which the suspended particles of are of different types (for example nanowires and nanospheres). Our model shows that the thermal conductivity increases as the specularity of interface increases. For dispersion of anisotropic particles, the influence of particle orientation on the thermal conductivity is highlighted. When more nanoparticles are oriented in the direction of the heat flux, a higher thermal conductivity is expected due to smaller area on which the phonon-boundary scattering takes place.