identifier: Patouillard, L. (2018). Régionalisation en analyse du cycle de vie : Analyse conséquentielle des filières alternatives pour le transport en france  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Prendre une décision dans une perspective de développement durable nécessite d'évaluer ses bienfaits économiques, sociaux et environnementaux, et donc de sa durabilité. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) environnementale est un des outils d'évaluation de la durabilité, dans la mesure où il permet d'évaluer les impacts environnementaux potentiels des produits, services ou décisions. Ses principales forces sont : (i) la quantification des impacts environnementaux tout au long de la chaine de valeur (vision cycle de vie : depuis l'extraction des matières premières, leur transformation, leur utilisation et leur fin de vie), et (ii) la traduction des émissions et prélèvements vers et depuis l'environnement (inventaire) en impacts sur les changements climatiques, sur la santé humaine et sur la qualité des écosystèmes grâce à l'utilisation de facteurs de caractérisation (FC). Elle offre la possibilité d'identifier des pistes de réduction des impacts environnementaux avec une vision systémique. En particulier, l'ACV conséquentielle, complémentaire à l'approche attributionnelle classiquement utilisée, permet de quantifier les conséquences environnementales potentielles d'une décision, telle que la mise en place d'une politique publique ou le développement de nouvelles technologies. Son utilisation s'avère pertinente pour les études d'impact effectuées avant l'adoption d'une politique publique. Toutefois, comme pour tout outil d'évaluation, l'ACV comporte des limites. Une de ses principales limites porte sur l'incertitude de ses résultats, qui peut être importante et n'est encore que trop rarement évaluée. En tant qu'outil d'aide à la prise de décision, une attention particulière doit être portée à la réduction des incertitudes en ACV, afin de réduire l'incertitude totale de la prise de décision. La régionalisation, qui consiste à améliorer la représentativité géographique des résultats d'ACV, est un des moyens de réduire l'incertitude liée à la variabilité spatiale en ACV. À cet effet, diverses approches à différents niveaux en ACV existent et peuvent être intégrées par le praticien ACV, telles que la régionalisation de l'inventaire et la spatialisation de l'inventaire. Cependant, les approches existantes demeurent aujourd'hui mal identifiées et leurs conditions d'utilisation pertinentes restent à clarifier. De plus, l'intégration de la régionalisation peut induire une charge supplémentaire de travail pour le praticien ACV, notamment au niveau de la collecte des données et de la modélisation. Afin d'optimiser l'effort du praticien dans la réduction des incertitudes spatiales, il est donc nécessaire de mettre en place une méthodologie de priorisation dans la collecte des données pour la régionalisation. Cette priorisation viserait à identifier les données les plus contributrices à l'incertitude, c'est-à-dire les plus sensibles, et donc où le potentiel de réduction est le plus élevé. Or, les rares méthodologies existantes pour prioriser l'effort de collecte des données en ACV s'avèrent peu adaptées à la structure de l'ACV et la validité de leur priorisation reste discutable. Par ailleurs, il n'existe pas de méthodologie pour prioriser l'effort de régionalisation en ACV. Afin de traiter ces différentes limites, l'objectif général de ce projet est de développer un cadre méthodologique permettant de prioriser l'effort de réduction de l'incertitude en ACV à travers l'opérationnalisation de la régionalisation, dans le but d'améliorer la prise de décision. Il se décline en quatre objectifs spécifiques : 1) formuler un cadre structurant et opérationnel pour l'utilisation des approches existantes pour la régionalisation en ACV, 2) développer une méthodologie de priorisation de collecte des données en ACV pour la réduction des incertitudes spatiales afin de prioriser l'effort de régionalisation en ACV, 3) appliquer les cadres méthodologiques développés à des cas d'études en ACV attributionnelle, 4) appliquer la méthodologie développée à un cas d'étude en ACV conséquentielle pour évaluer les conséquences environnementales d'une politique publique pour le transport en France. Les réponses à ces objectifs spécifiques ont donné lieu aux contributions suivantes. La première contribution est une revue critique des approches existantes avec des recommandations pour intégrer la dimension spatiale en ACV. Les recommandations ont ensuite été appliquées pour accompagner une organisation du secteur agroalimentaire dans la spatialisation à court terme de sa propre base de données ACV. Ensuite, une méthodologie de priorisation de l'effort de régionalisation a été proposée afin d'identifier les principaux contributeurs à l'incertitude spatiale, en prenant en compte l'incertitude de l'inventaire et des FC. Pour ce faire, des analyses de sensibilité globale ont été menées en utilisant les indices de Sobol qui prennent en compte les interactions entre variables dans le modèle ACV. Cette méthodologie itérative destinée aux praticiens ACV et aux développeurs de base de données ACV permet de prioriser par étapes :1) les scénarios de l'étude ACV pour lesquels l'incertitude spatiale doit être réduite, 2) les catégories d'impacts les plus sensibles, et donc prioritaires dans la collecte de donnée d'inventaire, 3) l'ordre de priorité entre la régionalisation de l'inventaire et la spatialisation de l'inventaire, 4) les variables d'entrée du modèle ACV qui doivent être régionalisées ou spatialisées en priorité. Cette méthodologie a ensuite été utilisée dans la réalisation d'une méta-analyse des besoins en matière de régionalisation de deux secteurs économiques. Ainsi, le praticien ACV n'aurait pas besoin de réévaluer lui-même les besoins à chaque nouvelle étude mais pourrait réutiliser les recommandations précalculées pour le secteur associé. Les résultats des méta-analyses sectorielles suggèrent l'importance : (i) de la contribution de la variabilité spatiale des FC à l'incertitude des résultats justifiant l'utilisation de FC régionalisés, (ii) de l'utilisation des analyses de sensibilité globale plutôt que les analyses de contribution aux impacts pour prioriser la collecte des données en ACV. Finalement, la méthodologie de priorisation de l'effort de régionalisation en ACV a été appliquée à un cas d'étude en ACV conséquentielle issue de modèle économique d'équilibre partiel. Ce cas d'étude évalue les conséquences environnementales à l'horizon 2050 des scenarios alternatifs dans le secteur des transports résultants de la mise en place de la loi de transition énergétique en France. Cette application a mis en lumière une contribution importante de l'incertitude issue du modèle économique d'équilibre partiel à l'incertitude des résultats en ACV conséquentielle. Les principales limites de ce projet sont liées à l'opérationnalisation de la méthodologie de priorisation de l'effort de régionalisation en ACV : la prise en compte limitée de la corrélation spatiale entre les variables en ACV, le temps de calcul important pour mener des analyses de sensibilité globale sur un grand nombre de variables d'entrée, la non-implémentation des analyses de sensibilité globale et des méthodes d'impact régionalisées dans la plupart des logiciels ACV, le manque de disponibilité des données et des outils pour régionaliser ou spatialiser l'inventaire. Ces limites pourront cependant être traitées dans l'avenir grâce aux efforts conjoints des différentes parties prenantes en ACV. Notons toutefois que la démocratisation de la prise en compte de l'incertitude et de la régionalisation en ACV passe avant tout par une implémentation des méthodes associées dans les logiciels ACV. Plus largement, ce projet de recherche a contribué à éclairer un peu plus la communauté ACV sur plusieurs plans en : (i) améliorant la prise en compte de la régionalisation en ACV, (ii) explorant l'opérationnalisation des méthodes d'impacts régionalisées, notamment de la méthodologie d'impacts régionalisée IMPACT World+, (iii) explorant les liens entre incertitude et régionalisation en ACV pour aider à prioriser l'effort de régionalisation, (iv) améliorant la prise en compte et la réduction de l'incertitude en ACV, notamment en ACV-C issue de modèle économique. L'incertitude n'est plus perçue ici comme un défaut, mais comme un levier à actionner pour cibler la réduction d'incertitude grâce à l'utilisation d'analyses de sensibilité.  ABSTRACT: Make a decision in a sustainable development perspective requires to assess its economic, social and environmental benefits, and thus its sustainability. The environmental life cycle assessment (LCA) is one of the tools to assess sustainability as it aims to estimate the potential environmental impacts of goods, services, and decisions. Its main strengths are: (i) to quantify environmental impacts all along the value chain (life cycle perspective: from extraction of raw materials, their transformation, use and end of life), and (ii) to convert the emissions and withdrawals from the environment (inventory) into impacts on climate change, human health and ecosystem quality thanks to characterization factors (CFs). LCA makes it possible to identify avenues for the reduction of environmental impacts with a systemic perspective. Complementary to the attributional approach traditionally used in LCA, consequential LCA allows quantifying the environmental consequences of a decision, like the implementation of a public policy or the development of new technologies. Its use could be very relevant to enhance impact assessments performed before implementing a public policy. However, as with every assessment tool, one of the main limitations of LCA is the uncertainty of its results which may be high and is still too rarely assessed. As a tool for decision-making support, special attention should be paid to uncertainty reduction in LCA, in order to reduce the overall uncertainty in decision-making. Regionalization is one way to reduce uncertainty due to spatial variability in LCA. It refers to the enhancement of the geographical representativeness of LCA results. It can be integrated into LCA using many approaches at the different stages of LCA, especially thanks to inventory regionalization or inventory spatialization for LCA practitioners. However, existing approaches are now misidentified, and their relevant use conditions should be clarified. In addition, integrating regionalization may induce additional workload for the LCA practitioner, especially for data collection and modeling. Therefore, a methodology to prioritize data collection efforts for regionalization in LCA should be proposed to reduce the spatial uncertainty of the LCA results. This prioritization should aim to optimize the practitioner's efforts by focusing on data that mostly contributes to uncertainty, i.e. the most sensitive, thus that has the highest potential for uncertainty reduction. The few existing methodologies to prioritize data collection efforts in LCA are ill-adapted to the LCA structure and the validity of their prioritization may be challenged. Besides, no methodology to prioritize regionalization efforts in LCA exists. To address those limitations, the main purpose of this research project is to develop a methodological framework to prioritize the efforts for uncertainty reduction in LCA through the operationalization of regionalization, and ultimately enhance the decision-making. Four objectives are thus devised: (1) develop a framework to structure and operationalize the use of existing approaches for regionalization in LCA, (2) develop a methodology to prioritize data collection in LCA for the reduction of spatial uncertainty to prioritize regionalization efforts in LCA, (3) apply the developed frameworks to prioritize the regionalization efforts to case studies in attributional LCA, (4) apply the methodology to prioritize the regionalization efforts to a case study in consequential LCA to assess the environmental consequences of a public policy in the transportation sector in France. The responses to those objectives have generated the following contributions. The first contribution is a critical review of existing approaches and recommendations to integrate the spatial dimension in LCA. Then it was applied to guide an organization for the agri-food sector to spatialize its internal LCA database on the short-term. Secondly, a methodology to prioritize the regionalization efforts in LCA was proposed to identify the main contributors to the spatial uncertainty, accounting for uncertainty from inventory and CFs. To do so, global sensitivity analyses are performed using Sobol indices that account for interactions between variables in the LCA model. This iterative methodology is designed for LCA practitioners and LCA database developers and allows to prioritize step by step: (1) the scenarios in the LCA study where the uncertainty should be reduced, (2) the most sensitive impact categories on which prioritizing the inventory data collection, (3) between inventory regionalization or spatialization, (4) the most sensitive input variables to be regionalized or spatialized in priority. Next, this methodology was used to perform meta-analyses on the regionalization needs of two economic sectors. Therefore, the LCA practitioner would no longer need to evaluate by himself the needs for a new study but would reuse precomputed recommendations for the associated sector. The results for the meta-analyses suggest the importance of (i) the contribution of the spatial variability of CFs to the results uncertainty which justifies using regionalized CFs, (ii) using global sensitivity analysis instead of impact contribution analysis to prioritize data collection in LCA. Finally, the methodology to prioritize the regionalization efforts was applied to a case study in consequential LCA from partial equilibrium economic modeling. This case study aims to assess the environmental consequences by 2050 of alternative transportation scenarios from the implementation of the energy transition law in France. This application highlights the important contribution of the uncertainty from the partial equilibrium economic modeling to the results uncertainty in consequential LCA. The main limitations of this project are associated with the operationalization of the methodology to prioritize the regionalization efforts in LCA: limited consideration of spatial correlations between LCA variables, important computational time when performing global sensitivity analysis with a high number of input variables, the non-implementation of global sensitivity analysis and regionalized impact methods in most of LCA software, the lack of available data and tools to regionalize and spatialize the inventory. Those limitations could be addressed in the future thanks to mutual efforts for the different stakeholders in the LCA community. Note, however, that democratizing the consideration of uncertainty and regionalization in LCA requires primarily an implementation of the associated methods in LCA software. In a broader way, this research project contributes to inform a bit more the LCA community by: (i) enhancing the consideration of regionalization in LCA, (ii) exploring the operationalization of regionalized impact methods, especially for the regionalized impact methodology IMPACT World+, (iii) exploring the links between uncertainty and regionalization to help prioritizing regionalization efforts, (iv) enhancing the consideration and the reduction of uncertainty in LCA, especially in consequential LCA from partial equilibrium economic modeling. Uncertainty is no longer seen here as a failure but is used as a tool to target the uncertainty reduction by using sensitivity analysis.


identifier: Dikonda, R. K. (2018). Influence de l'énergie spécifique de malaxage sur les propriétés rhéologiques et mécaniques des remblais en pâte cimentés  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les mines souterraines modernes recourent de plus en plus à la technologie des remblais en pâte cimentés (RPC). Le RPC est un matériau composite complexe constitué d'un mélange de rejets de concentrateur (ou résidus miniers) filtrés avec une quantité relativement faible de liant (2 à 8% par rapport à la masse de résidus secs) et d'eau de gâchage. Les propriétés rhéologiques et mécaniques déterminées dans la phase d'optimisation des recettes au laboratoire peuvent dépendre de la procédure de malaxage utilisée pour la fabrication des mélanges de RPC (durée et vitesse de malaxage, masse de charge et type du malaxeur). Si la même procédure de malaxage n'a pas été utilisée, la comparaison des résultats inter-laboratoires peut alors s'avérer difficile. Cette comparaison pourrait être possible en utilisant l'énergie spécifique de malaxage (ESM) qui exprime les paramètres de malaxage. Sur le terrain, il est de plus connu que le cisaillement du RPC au cours de sa distribution en pipelines et trous de forage modifie ses propriétés rhéologiques et mécaniques de manière que les mélanges préparés au laboratoire pourraient ne pas être représentatifs du RPC déposé sous terre.  ABSTRACT: Modern underground mines are increasingly using cemented paste backfill(CPB)technology. CPB can be described as a relatively complex composite material that consists typically of a filtered wet tailings, a relatively small amount of hydraulic binder (2-8% based on dry tailings mass) and mixing water. The rheological and mechanical properties determined in the laboratory during the recipe optimization phase can depend on the mixing procedure used in the manufacturing of CPB mixtures (mixing time, mixing speed, mass of the mixer and type of mixer). If the same mixing procedure has not been used, comparing inter-laboratory results may be difficult. This comparison could be possible using the specific mixing energy (SME), that should depend on the mixing parameters. In the field, it is known that shearing of CPB during its distribution in pipelines and boreholes modifies its rheological and mechanical properties; thus mixtures prepared in the laboratory may not be representative of CPB put in place in the stope.


identifier: Yrro, B. J. F. (2018). Intégration de données électromagnétiques transitoires au sol et héliportées en Montérégie-Est par déformation graduelle  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce travail, j'ai développé un algorithme stochastique d'inversion conjointe de données électromagnétiques transitoires au sol NanoTEM et héliportées VTEM-plus. Ces données avaient été acquises lors de la première phase du Programme d'Acquisition de Connaissance sur les Eaux Souterraines (PACES) dans la région de Montérégie-Est, Québec, (Canada). Les objectifs visés étaient de : (1) évaluer pour les deux systèmes, dans le contexte géologique de la Montérégie-Est, la capacité de détection de proche surface et la profondeur d'exploration dans le cadre d'une étude hydrogéologique régionale ; (2) traiter et inverser par méthode conventionnelle (moindres-carrés amortis) les courbes dbz/dtobs mesurées, et interpréter les résultats afin d'expliquer la différence observée dans les modèles électriques obtenus par les inversions conventionnelles (HLCI) du VTEM-plus mesuré préalablement par la compagnie Geotech.Ltd et LCI du NanoTEM mesuré par l'INRS; (3) développer une méthodologie algorithmique novatrice pour générer des modèles stochastiques géoélectriques 2D de haute résolution qui ajustent conjointement les courbes dbz/dtobs NanoTEM et VTEM-plus.  ABSTRACT: I developed a stochastic algorithm for joint inversion of ground-based NanoTEM and heliborne VTEM-plus Transient Electromagnetic (TEM) soundings. These data were acquired during the first phase of the regional groundwater characterization project (PACES) in Montérégie-Est, Quebec, (Canada). The objectives of this work were: (1) to estimate for both systems, in the geologic context of Montérégie-Est, the capacity of near surface detection and the depth of exploration within the framework of a regional hydrogeological study; (2) to process and invert by conventional method (damped least-squares) the dbz/dtobs curves, and interpret the results to explain the difference observed in the electric models obtained by the conventional inversions (HLCI) of the VTEM-plus and (LCI) of NanoTEM soundings measured respectively by the Geotech. Ltd company and the INRS; (3) to develop an innovative algorithm for generating a stochastic high-resolution 2D geoelectric model which adjust jointly NanoTEM and VTEM-plus dbz/dtobs curves.


identifier: Piché, N. (2017). Un nouveau descripteur iconique topologique pour l'appariement d'images de structures anatomiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif principal de notre projet de recherche est de créer un descripteur iconique topologique qui permet de faire des appariements de structures anatomiques en se basant sur l'organisation topologique des intensités dans une image. Ce descripteur doit définir un espace métrique afin de pouvoir effectuer des comparaisons efficaces. Les descripteurs actuellement disponibles ne font pas intervenir les composantes distantes d'images pour décrire un lieu dans l'image. De façon inhérente, ils sont locaux dans leurs analyses des caractéristiques de l'image. Bien sûr, certains d'entre eux incluent un certain voisinage, mais aucun des descripteurs que nous avons analysés incorpore l'information de l'image dans son ensemble. Pour arriver à nos fins, nous proposons une représentation sous forme de graphe de l'espace image. Pour construire ce graphe nous proposons deux approches. La première considère l'image comme un graphe implicite dans lequel les noeuds sont les pixels de l'image et la connectivité des noeuds du graphe représente le voisinage des pixels. La deuxième est, quant à elle, plus élaborée et est bâtie en analysant les régions définies par une sursegmentation de l'image. Dans celle-ci, les régions sont les noeuds du graphe et les arêtes du graphe représentent la connectivité des régions. Pour décrire un lieu dans l'image, nous proposons d'extraire un arbre du graphe image pour chacun des endroits d'intérêt. Pour extraire cet arbre, nous utilisons un processus de minimisation de la rencontre des gradients, autrement dit, les branches de cet arbre poussent de manière à réduire les gradients traversés. Cet arbre est une vue de l'image telle que perçue par le lieu étudié. L'arbre ainsi conçu est notre descripteur sous sa forme la plus complète. Pour être en mesure de comparer et de conserver ces arbres, nous en extrayons une représentation en histogramme. Nous avons étudié plusieurs versions, sous forme d'histogrammes, des arbres, chaque version étant plus ou moins riche en information. Le passage à une telle représentation nous permet une sauvegarde efficace et configurable. En effet, si nous désirons inclure plus d'information relative à l'arbre dans l'histogramme le représentant, nous pouvons utiliser un histogramme ayant plus de classes. Ce passage à une représentation en histogramme nous permet également l'utilisation de mesures de métriques fiables pour quantifier la distance entre deux de nos descripteurs. Les résultats obtenus montrent que nos descripteurs sont en mesure de faire l'appariement d'organes présents dans des acquisitions de tomographie axiale (CT), et ce, dans la même image ou dans des images distinctes. Pour mesurer la capacité d'appariement des descripteurs que l'on propose, nous avons proposé un algorithme basé sur les rangs médians de distances. Cet algorithme nous permet d'évaluer la capacité de correspondance en tenant compte de tous les descripteurs des images. Les résultats que nous avons obtenus sont très prometteurs si on tient compte des difficultés de la tâche, liées, entre autres, au fait que l'appariement soit basé sur une seule instance d'un descripteur et au manque de structure apparente dans les images 2D. En effet, compte tenu des temps de calculs considérables, nous avons restreint notre analyse des appariements des descripteurs à des images 2D de thorax. Les structures anatomiques étant compréhensibles seulement lorsque l'on effectue une analyse 3D, la qualité des résultats obtenus est impressionnante. Le passage à des descripteurs 3D ne demande aucune modification des algorithmes utilisés et devrait nous fournir des résultats d'appariement des structures anatomiques encore meilleurs.  ABSTRACT: The main objective of our research project is to create a topological iconic descriptor that allows for the matching of anatomical structures based on the topological organization of intensities in an image. This descriptor must define a metric space in order to be able to make efficient comparisons. Currently available descriptors do not involve remote image components to describe a location in the image. Inherently, they are local in their analyzes of the characteristics of the image. Of course, some of them include some neighborhood, but none of the descriptors we have analyzed incorporate the image information as a whole. To arrive at our ends, we propose a representation in the form of a graph of the image space. To build this graph we propose two approaches. The first considers the image as an implicit graph in which the nodes are the pixels of the image and the connectivity of the nodes of the graph represents the neighborhood of the pixels. The second is, in turn, more elaborate and is built by analyzing the regions defined by an over-segmentation of the image. In this one, the regions are the nodes of the graph and the edges of the graph represent the connectivity of the regions. To describe a region in the image, we propose to extract a tree from the image graph for each of the regions of interest. To extract this tree, we use a process of minimizing the gradients encounter, that is, the branches of this tree grow in order to reduce the gradients crossed. This tree is a view of the image as perceived by the region studied. The tree thus conceived is our descriptor in its most complete form. To be able to compare and preserve these trees, we extract a histogram representation. We have studied several versions, in the form of histograms, of the trees, each version being more or less rich in information. Moving to such a representation allows us an efficient and configurable storage. Indeed, if we want to include more information about the tree in the histogram representing it, we can use a histogram with more classes. This shift to a histogram representation also allows us to use reliable metric measurements to quantify the distance between two of our descriptors. The results show that our descriptors are able to match organs present in axial tomography (CT) acquisitions, in the same image or in separate images. To measure the ability to match the descriptors proposed, we proposed an algorithm based on the median ranks of distances. This algorithm allows us to evaluate the matching capability taking into account all the descriptors of the images. The results that we obtained are very promising if we take into account the difficulties of the task. Indeed, given the considerable computation time, we have restricted our analysis of descriptor matches to 2D images of thorax. The anatomical structures are understandable only when performing a 3D analysis, the quality of the results obtained is impressive. The shift to 3D descriptors requires no modification of the algorithms used and should provide us with even better anatomical structure matching results.


identifier: Benbachir, A. (2018). Surveillance et analyse de machine virtuelle assistée par l'hôte  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
PeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'arrivée des extensions de processeurs Intel VMX et AMD SVM ont rendu possible la virtualisation de la plateforme x86 en exécutant des systèmes invités non modifiés. Les technologies de virtualisation telles que KVM et Xen sont devenues de plus en plus populaires et sont largement adoptées par l'industrie et les groupes de recherche pour une variété d'applications. Les systèmes virtualisés bénéficient de l'isolation virtuelle offerte par la virtualisation, ce qui donne l'illusion du contrôle absolu sur les ressources de l'hôte. Cette isolation affecte la performance de toute application s'exécutant dans un environnement de machine virtuelle, principalement en raison du surcoût induit par les interactions avec l'hyperviseur et aussi les interactions avec d'autres machines virtuelles cohabitant sur la même machine. Cependant, il est possible de bénéficier de cette fonctionnalité pour investiguer des causes profondes de dégradation de performance pendant que le système passe par des phases critiques comme le démarrage et l'arrêt, ce qui est très difficile à surveiller dans un environnement non virtualisé. L'objectif de cette étude est de fournir une infrastructure de surveillance basée sur des techniques de paravirtualisation qui facilite la collaboration entre l'hôte et les invités et permet ainsi une détection précise des temps de latence. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons des canaux de communication, l'hypercall et la mémoire partagée, des techniques basées sur la paravirtualisation que nous avons développées dans le traceur Ftrace. Notre approche fonctionne à travers l'infrastructure de l'hyperviseur pour faciliter le partage des données des systèmes invités, sans recourir aux opérations d'E/S utilisant le réseau et le disque, car les deux ne sont pas disponibles pendant le démarrage ou l'arrêt de la VM. De plus, en utilisant ces opérations d'E/S, les machines virtuelles souffrent d'une baisse significative des performances. Enfin, nous avons développé une optimisation KVM afin de supprimer la multiplication de sortie et permettre à notre approche de surveiller efficacement les environnements imbriqués.  ABSTRACT: The introduction of hardware-assisted virtualization capabilities support, in both Intel VMX and AMD SVM processor extensions, made x86 virtualization possible while running unmodified OS guests. Virtualization technologies such as KVM and Xen have become increasingly popular, and are widely adopted by industry and researchers for a variety of applications. Virtualized systems benefit from the virtual isolation offered by virtualization, which gives the illusion of absolute control over the host resources. This isolation impact the performance of any application running in a virtual machine environment, mostly because of the overhead induced from interactions happening with the host hypervisor and other co-located virtual machines. However, it is possible to benefit from virtualization features to find the root cause of performance problems while a system is executing in critical phases like boot-up and shutdown. During these phases, very few communication channels are available (e.g. only serial ports) and it is very difficult to monitor the execution in a non-virtualized environment. The objective of this study is to provide a paravirtualization-based monitoring infrastructure which facilitates host and guest collaboration and enables accurate latency detection. To accomplish this objective, we use hypercall and shared memory communication channels, a paravirtualization-based technique that we developed within the Ftrace tracer. Our approach relies on the hypervisor infrastructure to allow the guest trace data to be shared without relying on I/O operations from devices like the network and disk, because neither is available while a VM is booting up or shutting down. Moreover, when using I/O operations, VMs suffer from a significant performance drop. Finally, we developed a KVM optimization in order to remove exit multiplication and enable our approach to efficiently monitor nested environments.


identifier: Law-Kam-Cio, Y.-M. (2018). Méthode de Galerkin discontinue pour la discrétisation par Éléments finis des équations de maxwell pour la modélisation de problèmes d'électromagnétisme en basses fréquences  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une discrétisation par éléments finis utilisant la méthode de Galerkin discontinue pour les équations de Maxwell est proposée pour modéliser les problèmes d'électromagnétisme en basses fréquences. L'approximation des équations de Maxwell, dans le régime des basses fréquences, est directement discrétisée avec la méthode de Galerkin discontinue qui a été originellement développée pour les problèmes hyperboliques. On étudie, plus précisément, la modélisation des problèmes sur les supraconducteurs à haute température afin d'évaluer la robustesse de la stratégie numérique proposée. Une analyse dimensionnelle du système d'équations aux dérivées partielles d'ordre un, ainsi qu'un modèle pour les milieux ambiants ayant une conductivité très faible sont aussi proposés. Un problème ayant une solution manufacturée et la propagation d'un front magnétique sont étudiés afin de vérifier la méthodologie numérique proposée. L'induction d'un courant électrique dans un échantillon et dans des câbles électriques supraconducteurs à configuration complexe est étudiée afin de valider le modèle mathématique. De plus, une comparaison sur la capture des forts gradients de la densité de courant et sur la robustesse du schéma de points-fixes est faite entre la stratégie numérique proposée et l'approche numérique populaire au sein de la communauté des ingénieurs électriques en utilisant les problèmes sur les supraconducteurs à haute température.  ABSTRACT: The discretization of Maxwell's equations using the discontinuous Galerkin finite element method is proposed for modeling electromagnetism problems in low-frequency regime. The low-frequency approximation to Maxwell's equations is directly discretized using the discontinuous Galerkin method that was first designed for hyperbolic problems. The modeling of high-temperature superconductors is particularly studied to assess the robustness of the proposed numerical strategy. A dimensional analysis of Maxwell's equations in low-frequency regime is proposed as well as a model for a medium with very low conductivity, such as air medium. A problem with a manufactured solution and the magnetic front problem are used to verify the proposed numerical strategy. The magnetization of superconducting bulks and wires with a complex structure is used to validate the mathematical model. For hightemperature superconductors modeling, the capture of the sharp gradients of the current density and the robustness of the fixed-point method are studied. The proposed approach is also compared with the popular numerical strategy among the electrical engineering community.


identifier: Diboune, F. (2018). Élaboration et modélisation de Benchmarks de réseaux électriques pour documentation, études transitoires et études géomagnétiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce projet de maîtrise est de réaliser les cas-tests de réseaux électriques pour la simulation, l'étude et l'analyse des transitoires électromagnétiques (EMT). En effet, l'étude EMT dans les réseaux électriques revêt une importance cruciale en raison des différents défauts et perturbations des réseaux qui peuvent se produire. Les principales applications des cas-tests de type EMT sont entre autres l'étude de ferrorésonance, la résonance sous-synchrone, la simulation de génération d'énergie renouvelable (éolienne, panneau solaire), les phénomènes de foudre ou encore la simulation des perturbations géomagnétiques (impact harmonique, réponse des contrôles des machines et protection). Par rapport aux cas-tests de type phaseurs, des cas-tests EMT contiennent des données complémentaires et modèles détaillés qui permettent la représentation du comportement des systèmes sous différents régimes de fonctionnement. Les données complémentaires requis dépendent du type d'étude et comprennent les détails comme des contrôles des machines, la longueur des lignes électriques, des impédances de lignes électriques en fonction de la fréquence, la géométrie et des propriétés des matériaux du câble, les paramètres, configuration, et caractéristiques de la saturation des transformateurs. L'implémentation et l'étude de ces cas-tests peut s'effectuer sous différent environnements. Ce mémoire utilise EMTP. On présente les procédés de modélisation complets des réseaux IEEE 39, IEEE-118 et un réseau européen T0. Certains de ses réseaux sont modifiés et adaptés dans le but d'intégrer la production d'énergies renouvelables (réseau IEEE 39 et réseau T0) ou encore la modélisation d'orages magnétiques (réseau IEEE 118). En effet, il est essentiel de doter les ingénieurs de réseaux électriques de réseaux–tests qui serviront de base pour les différentes études à mener dans un but de planification et d'exploitation de réseaux. De plus, les cas tests serviront dans la recherche sur la modélisation et la performance numérique dans les logiciels de simulation des transitoires électromagnétiques.  ABSTRACT: This research project carries out the implementation, simulation and analysis of electromagnetic transients (EMT) of electrical network using EMTP software. EMT-type simulations are used to study power system transients such as line switching, ferroresonance, faults, simulation of Geomagnetic Disturbances (harmonics generation and voltage collapse), renewable generation or sub synchronous interactions. Compared to phasor-domain test cases, EMT-type test cases need complementary data and detailed models to represent and simulate the behavior of the network during the studied phenomena. Complementary data can be electrical and mechanical machine parameters, machine control parameters, zero-sequence and positive sequence transmission line impedances, line lengths that may include the frequency dependence or transformer saturation. This thesis develops an EMT-type version of three main test cases namely implemented within EMTP, IEEE 39-bus, a European transmission grid referred to as T0 and IEEE 118-bus. The thesis presents the full data of the developed test cases. The developed test cases have further been modified to integrate renewable generation (IEEE 39-bus and T0) and to study the impact of a geomagnetic disturbances (GMDs) (IEEE-118). The developed test cases will be also used in research works on modeling accuracy and computational engine performance for simulation of electromagnetic transients.


identifier: Tenni, B. (2018). Étude expérimentale de l'effet du contenu inclusionnaire sur les propriétés mécaniques de résilience et de fatigue-propagation au seuil de soudures en acier 410 NIMO  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une étude de l'influence du contenu inclusionnaire sur le seuil de propagation des fissures de fatigue dans des soudures en acier inoxydable martensitique, plus précisément, il s'agit de soudures fabriquées à partir du métal de base CA6NM et du métal d'apport ER410NiMo. Ces deux matériaux font partie de la famille des aciers 13 %Cr – 4 %Ni, couramment utilisés dans la fabrication des roues de turbines hydrauliques. Les valeurs de seuil obtenues, serviront d'intrants à l'établissement du diagramme de Kitagawa, utilisé comme outil d'évaluation de la fiabilité des turbines hydrauliques. Afin d'obtenir des soudures avec des contenus inclusionnaires variés, différents procédés avec différents mélanges de gaz de protection ont été utilisés, menant à la fabrication des trois soudures suivantes : GMAW 100 %Ar, GMAW 85 %Ar – 15 %CO2, et FCAW 75 %Ar – 25 %CO2. Les densités d'inclusions obtenues ont été de 678 100, 2 729 400, et 2 203 000 inclusions par cm2 dans les trois soudures respectivement. L'analyse chimique semi-quantitative par EDX a montré que ces inclusions sont des oxydes, grâce à la détection d'un pic d'oxygène. À la suite du soudage, les soudures ont subi un traitement thermique de revenu à 600ºC pendant 20 heures, ce qui a permis de créer de l'austénite reformée. Cette dernière a été quantifiée par diffraction de rayons X, les proportions mesurées ont été de 21 %, 25 % et 27 % dans les soudures GMAW 100 %Ar, GMAW 85 %Ar – 15 %CO2, et FCAW 75 %Ar – 25 %CO2 respectivement. Des mesures de dureté ainsi que des cartographies de microdureté ont été réalisées, montrant un abaissement de la dureté de 18 %, 23 %, et 14 % respectivement par rapport à l'état brut de soudage, suite au traitement thermique de revenu. Alors que les contraintes résiduelles n'ont pas été mesurées, celles-ci sont supposées négligeables suite au traitement thermique prolongé qui a été réalisé, selon la littérature. Dans le but d'une caractérisation plus complète des matériaux étudiés, d'autres propriétés ont également été étudiées, en plus du seuil de propagation des fissures de fatigue. Il s'agit principalement des propriétés d'impact et des propriétés de traction.  Les propriétés de traction mesurées n'ont varié que légèrement d'une soudure à l'autre. Les limites d'élasticité et les résistances à la traction obtenues ont été de 724 et 918 MPa pour le GMAW 100%Ar, 746 et 927 MPa pour le GMAW 85%Ar – 15%CO2, et 711 et 864 MPa pour le FCAW 75%Ar – 25%CO2. Les différences observées ont pu être expliquées en tenant compte du contenu en carbone, la proportion d'austénite reformée, et le contenu inclusionnaire dans chacune des soudures.  ABSTRACT: The present thesis is an experimental study of the effect of the inclusion content on the fatigue propagation threshold of martensitic stainless steel weldments. More specifically, the studied weldments were made of CA6NM base metal and ER410NiMo filler metal. Both materials belong to the 13 %Cr – 4 %Ni family of steels, widely used to manufacture hydraulic turbine runners. The measured propagation thresholds, will serve as inputs to construct a Kitagawa diagram, used in reliability studies of hydraulic turbines. In order to obtain welds with various inclusion contents, different processes using different shielding gas mixtures were used. The following weldments were produced: GMAW 100 %Ar, GMAW 85 %Ar – 15 %CO2, et FCAW 75 %Ar – 25 %CO2, the inclusions were quantified in each weld, yielding densities of 678 100, 2 729 400, and 2 203 000 inclusions per cm2 respectively. EDS analysis, semi-quantitative method, of the inclusions showed a high oxygen content, which means the studied inclusions consist of oxides. The weldments then underwent post-weld heat treatment at 600ºC for 20 hours. Such treatment results in softening of the martensite, welding residual stress relaxation, and creation of reformed austenite. This latter was quantified by means of X-ray diffraction, the measured contents were 21 %, 25 % et 27 % in GMAW 100 %Ar, GMAW 85 %Ar – 15 %CO2, and FCAW 75 %Ar – 25 %CO2 respectively. Hardness measurements and microhardness mappings were realised as well, showing the softening effect of the tempering heat treatment. A hardness decrease of respectively 18 %, 23 %, and 14 % was noted, showing the softening effect of the tempering. Residual stresses were not measured but were supposed negligible based on literature and the lengthy tempering heat treatment that was applied. In the prospect of a more complete characterization of the studied weldments, the weldments were tested for other properties as well, consisting primarily of impact toughness and tensile tests. The measured tensile properties varied only slightly from a weld to another. The obtained yield stresses and ultimate tensile strengths were: 724 and 918 MPa for GMAW 100%Ar, 746 and 927 MPa for GMAW 85%Ar-15%CO2, et 711 et 864 MPa for FCAW 75%Ar-25%CO2. The small variations could be explained by the carbon content, the proportion of reformed austenite, and the inclusion content.


identifier: Blanchard, F. (2018). Bias-Enhanced Tungsten Oxide Films for Durable Electrochromic Devices  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La technologie des couches minces fait partie intégrante de la vie courante mais reste tout de même largement méconnue du publique. Elle consiste à déposer des couches très minces de matériaux, de l'ordre du micron ou même du nanomètre sur un objet afin de modifier les propriétés et par le fait même, la façon dont il interagit avec le monde. Ces revêtements fonctionnels sont utilisés pour augmenter la durée de vie des outils et engins mécaniques, pour donner de la couleur et brillance à une surface, pour prévenir les égratignures et les reflets sur les lunettes, ainsi qu'une multitude d'autres applications. Un autre usage très important est pour les fenêtres écoénergétiques, où des revêtements spécialement conçus peuvent aider au contrôle de la température en modifiant leur efficacité thermique. Parmi les nanotechnologies dites “vertes” pour la fenestration existe la fenêtre intelligente, basée sur des matériaux électrochromiques ayant la capacité de moduler leur coloration par l'insertion d'ions lorsqu'un courant électrique est appliqué. En cyclant entre un état coloré et un état transparent, l'absorption thermique de la fenêtre peut être ajustée de manière à réduire la consommation énergétique pour le chauffage et la climatisation. Ce projet s'intéresse principalement au plus connu des matériaux électrochromiques pour ses capacités supérieures: le WO3. Puisque le WO3 et les dispositifs électrochromiques en général ont tendance à souffrir de dégradation lors de longues périodes d'utilisation, l'objectif de ce projet est d'améliorer la durabilité du matériau en modifiant sa microstructure. Pour ce faire, nous avons préparé ce matériau par pulvérisation magnétron RF avec l'assistance d'un bombardement ionique à haute énergie généré par un potentiel électrique appliqué sur le porte-substrat. Des échantillons ont été préparés avec et sans bombardement ionique, à haute et basse pression, puis ont été analysés par ellipsométrie, spectrophotométrie, microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage, microscopie électronique en transmission et voltammétrie cyclique. Ceci nous a permis d'établir qu'à des énergies assez élevées, le bombardement ionique cause des modifications structurelles importantes, particulièrement de la nanocristallisation et une porosité microstructurale. Pour des échantillons préparés à basse pression, ces changements sont jugés responsables d'une large augmentation de la durabilité par rapport aux échantillons à haute pression, tout en maintenant une structure poreuse favorable pour l'insertion d'ions et la coloration. Des travaux ont aussi été réalisés pour développer de petits dispositifs électrochromiques pour des applications d'authentification de documents importants.  ABSTRACT: Thin film technology is a critical component of many objects in our daily lives, yet remains mostly unknown to the public at large. It consists in the deposition of very thin layers of material on substrates at the micron or even at the nanometer scale to modify their properties and consequently, the way they interact with the world. These so-called functional coatings can be used to vastly augment the lifetime of tools and mechanical parts, to give color and sheen to a surface, to prevent scratches and glare on glasses as well as multitude other uses. One very important application is for eco-energetic windows, where specially designed coatings can help with temperature control by improving their thermal efficiency. Amongst these “green” nanotechnologies for fenestration is the smart window, based on electrochromic materials which possess the ability of transmission modulation following the application of an electrical current resulting in ion insertion. By switching between a colored and a bleached state, the thermal absorption of the window can be adjusted to reduce the energy required to heat or cool a building. This work focuses mostly on the most famous electrochromic material for its superior properties: WO3. Since WO3 and electrochromic devices in general tend to suffer from degradation issues over repeated coloration/bleaching cycles, the aim was to improve the durability of the material by changing its microstructure. To do so, we prepared the material with RF magnetron sputtering and the assistance of a high energy ion bombardment generated by substrate biasing. Samples were prepared at high and low pressures with and without ion bombardment and subsequently analyzed by ellipsometry, spectrophotometry, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and cyclic voltammetry. This allowed us to establish that at high enough energies, the ion bombardment results in significant structural changes, most notably nanocrystallization and microstructural porosity. For samples prepared at low pressures, these changes are thought to be responsible for a large increase in durability over samples deposited at higher pressures whilst maintaining a porous microstructure favorable for ion insertion and coloration. Work was also done towards developing smaller electrochromic devices aimed towards the anticounterfeiting market. Future work based on this project includes further research into the growth mechanisms of WO3 and other materials under high energy ion bombardment as well as integration of the biased WO3 layers into security devices.


identifier: Boucher, M.-A. (2018). Volumétrie des ventricules latéraux chez le nouveau-né par segmentation automatique d'échographies 3D  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les nouvelles sondes échographiques d'ultrason (US) permettent d'acquérir des volumes de manière quasi instantanée et ce sans balayage. En comparaison avec les sondes deux dimensions (2D), ceci permet de diminuer le temps d'acquisition tout en ayant une qualité d'image similaire et potentiellement une meilleure confiance dans l'interprétation ou le diagnostic. L'évaluation ou le suivi du développement du cerveau et de la taille des ventricules est nécessaire pour plusieurs situations où le nouveau-né y est vulnérable comme dans des cas de naissances prématurées, d'hémorragie intraventriculaire (HIV), ou d'interventions chirurgicales. De plus, au niveau psychologique, une dilatation importante des ventricules latéraux est associée à divers troubles neurologiques ou retard de développement cognitif. Au niveau physique, une dilatation est associée à un développement altéré de la matière blanche et un volume anormal de matière grise corticale. Réaliser un suivi de la dilatation des ventricules latéraux peut donc permettre de déterminer si le nouveau-né est à risque d'avoir des effets négatifs sur son développement cognitif ou encore, pour les cas plus graves, si une intervention chirurgicale est nécessaire. Si une anormalité est trouvée en examen standard 2D US, une acquisition par imagerie par résonnance magnétique (IRM) peut être prescrite pour un examen approfondi. Cependant, l'IRM est difficile à utiliser pour imager le cerveau des nouveau-nés en raison de la contrainte d'immobilisation qui se traduit souvent par l'utilisation d'un sédatif. Donc une alternative pour suivre le développement du cerveau est d'utiliser une sonde matricielle avec une acquisition à travers la fontanelle qui est encore ouverte chez le nouveau-né de quelques mois. De plus, cette alternative permettrait de réaliser des analyses volumiques avec une méthode plus accessible et moins coûteuse que l'IRM. L'hypothèse du projet est que les images ultrasons acquises dans les premiers mois de vie du nouveau-né peuvent servir à évaluer le développement du cerveau et des ventricules latéraux en raison de la possibilité de réaliser des analyses volumiques quantitatives sur les volumes des ventricules latéraux et du cerveau. L'objectif du projet est donc de valider les volumes extraits des images tridimensionnelles (3D) US avec ceux de référence en IRM et de développer une méthodologie pour extraire automatiquement le volume du cerveau et des ventricules latéraux. Dans un premier temps, les ventricules latéraux sont segmentés manuellement sur les images IRM et 3D US acquises pour une première cohorte de patients. De plus, une méthode géométrique est développée afin d'estimer le volume du cerveau qui n'est pas inclus complètement par le faisceau d'acquisition. Cette méthode utilise un ellipsoïde pour modéliser la forme du cerveau où le volume peut donc être calculé avec les 3 semi-axes. Cette estimation du volume du cerveau est comparée à la mesure de circonférence de la tête, mesure pratiquée en clinique pour suivre le développement du cerveau, mais qui comporte plusieurs limitations. De plus, le ratio volumique ventricule-cerveau peut être calculé, ce qui permet d'évaluer la dilatation relative des ventricules par rapport au cerveau. Une étude comparative avec des tests statistiques est réalisée afin de valider les volumes extraits des images échographiques avec ceux de l'IRM qui représentent la vérité terrain. Les résultats démontrent qu'il n'y a aucune différence statistiquement significative entre les volumes extraits des images 3D US et des images IRM et qu'il y a une corrélation presque parfaite pour les ventricules latéraux (r=0.999) et une excellente corrélation pour le volume du cerveau (r=0.988). Ces analyses peuvent être réalisées sur les nouveau-nés jusqu'à l'âge d'environ 8 mois, âge où la fontanelle antérieure commence à se fermer empêchant les ondes acoustiques de passer. Dans un deuxième temps, le volume du cerveau est extrait automatiquement de l'image 3D US en isolant le cerveau du crâne et en appliquant la méthode géométrique développée. De plus, les ventricules latéraux ont été segmentés automatiquement sur 13 patients. Un recalage multi-atlas est d'abord réalisé avec des images IRM. Comme le recalage est multimodal, la différence des principes physiques des deux modalités d'imagerie le rend plus complexe et c'est pourquoi une métrique spécialement conçue pour le recalage US-IRM, la LC2 (Linear Correlation of Linear Combination) est utilisée. Les recalages sont suivis par une sélection des meilleures images et une fusion. Cependant, la LC2 ne permet pas de sélectionner automatiquement les meilleurs recalages entre différents atlas ou images IRM. Cette sélection est alors réalisée avec un terme de pondération de régions combiné à la LC2. La région ventriculaire est composée de deux sous-régions, la cavité de fluide qui est hypoéchogène et la choroïde plexus qui est hyperéchogène. Ce terme de pondération définit un poids pour chaque voxel de la région ventriculaire projetée, selon l'intensité et la position de ce voxel sur l'image échographique. Par la suite, deux algorithmes de fusion sont utilisés dans le projet, soit Majority Voting (MV) et STAPLE. Finalement, le résultat de la fusion est transformé en maillage et une déformation du maillage par minimisation d'énergie est implémentée pour finaliser la segmentation. Les résultats de segmentation démontrent une amélioration des résultats avec le terme de pondération par régions, la fusion, et le maillage déformable. Les résultats de segmentation finaux permettent d'avoir une précision adéquate en volume (DICE : 70.8%±3.6) et un faible écart des surfaces (Mean Absolute Distance : 0.88mm ± 0.20). Quant aux volumes du cerveau extraits automatiquement, ils ont une erreur absolue moyenne de 7.73% et une très bonne corrélation (r=0.942 ) comparativement à 3.12% et une excellente corrélation (r=0.988) lorsqu'ils sont extrait manuellement. De plus, les volumes des ventricules latéraux sont également extraits des segmentations (9.84% erreur absolue moyenne et r=0.848), ce qui permet de calculer le ratio volumique ventricule-cerveau automatiquement. Les travaux présentés dans ce mémoire ouvrent de nouvelles perspectives sur l'évaluation du développement du cerveau chez les nouveau-nés. Nos résultats démontrent qu'il est possible d'évaluer le volume du cerveau et des ventricules latéraux avec les nouvelles sondes matricielles d'échographies, ce qui pourrait augmenter l'accessibilité et la facilité des évaluations et des suivis réalisés en clinique. De plus, cela permet de calculer le ratio volumique ventriculecerveau afin d'évaluer la sévérité de la dilatation des ventricules relativement à la taille du cerveau.  ABSTRACT: New matrix-array ultrasound (US) probes allow neuroradiologists to acquire volumetric images almost instantly with no sweep of the region of interest. Compared to traditional 2D protocols, 3D US imaging decreases acquisition time without reducing image quality and could increase interpretation capabilities. Monitoring of the brain and lateral ventricles development is necessary especially in cases of premature birth, intraventricular hemorrhage (IVH) and surgical interventions. Significant ventricular dilatation is associated with some neurological disorders as well as lower scores on the Bayley scale of infant development and in some circumstances lower intelligence quotient (IQ). Furthermore, it is also associated with altered white matter development and abnormal volume of cortical gray matter. By monitoring the patients' lateral ventricular dilatation, it is possible to determine if this is a risk factor for their cognitive development or if a surgical intervention is necessary in serious situations. If an abnormality is found with standard 2D US examinations, an MRI can be prescribed for a thorough examination. MRI is challenging with newborns due to immobilization issues, which requires most of the time sedation of the newborn. An alternative is to use recent matrix-array probes instead to perform non-invasive brain imaging through the fontanel. This will allow to perform volumetric analysis with an imaging method more accessible and less expensive than MRI. The project hypothesis is that it is possible to evaluate brain and ventricular development with the 3D US images and accomplish a series of quantitative volumetric measurements. The objective of this project is to validate the volumetric measurement of the 3D US images with the reference MRI and to develop a method to automatically extract the brain volume and segment the lateral ventricles in 3D US. The lateral ventricles volume is important to assess the progression of the dilatation before and after surgical interventions and to assess the severity of the dilatation. First, MRI and 3D US images are acquired for an initial cohort of 12 patients and the lateral ventricles are segmented manually in both imaging modalities. A geometric method is also developed in order to estimate the brain volume which is not fully captured by the limited US probe beam. This method uses an ellipsoid to model the brain shape where its volume is calculated with the 3 ellipsoid semi-axes. This brain volume estimation is compared to the head circumference (HC) which is a widely used method in clinical practice to follow brain development, although there are limitations associated with this approach. Ventricular-brain volume ratio is also calculated to assess the severity of the ventricular dilatation relatively to the brain size. A comparative study and statistical analysis are then undertaken to validate volumes obtained from 3D US images with those from MRI. Results show no statistically significant differences between the extracted MRI and 3D US volumes. Lateral ventricles have a near perfect correlation (r=0.999) and there is an excellent correlation for the brain volume (r=0.988). The difference in volume ratios was 6.0 ± 4.8% compared to MRI. Those analysis are possible on newborns and infants until they are approximately 8 months old, which is the age where the fontanelle starts to close, reducing the acoustic waves propagation. Secondly, the brain and lateral ventricles volumes are automatically extracted from the 3D US images. The brain volume is estimated with the same ellipsoid method after it has been aligned and stripped from the skull. The lateral ventricles were segmented on 13 patients using a multi-atlas registration pipeline with MRI images. Since this is a multimodal registration, a highly specific metric is used to register the MRI with the US images, the LC2 metric (Linear Correlation of Linear Combination). Then, the best registrations are selected for a label fusion but the LC2 alone doesn't allow to automatically select the best registrations between several MRI images. An area weighting term is combined with the LC2 in order to improve the affine registration and to compare the registration results between several MRI images. The area weighting term assigns a weight to each voxel of the projected venricular area based on the position and intensity of the voxel on the US image. Indeed, the ventricular areas are divided in two areas, the fluid cavities which are hypoechoic and the plexus choroïd which is hyperechoic. These regions are used in the calculation of the weighting term. Two algorithms are tested for the label fusion, Majority Voting (MV) and STAPLE. Furthermore, the mesh is refined using deformable mesh model with an energy minimization process. The segmentation results are encouraging (DICE: 70.8±3.6, Mean Absolute Distance: 0.88± 0.20) and the extracted volumes have no statistically significant differences with the manual segmentations. The brain volumes have a mean absolute error with MRI volumes of 7.73% and a good correlation (r=0.942) when automatically segmented. As a comparison, the error was of 3.12% and the correlation excellent (r=0.988) with the manual measurements. In addition, the automatically extracted lateral ventricles volumes have a good correlation (r=0.848) with the manual segmentations and a mean absolute error of 9.84%. The methodology and results presented in this thesis show new perspectives and tools to help evaluate the infants' brain development. This project demonstrates the potential of using new matrix-array US probes to assess brain and lateral ventricular volumes in newborns and infants which could be useful to facilitate monitoring of the lateral ventricles dilatation used for the macrocephaly diagnosis. Furthermore, it is possible to calculate the ventricular-brain volume ratio to assess the dilatation severity relatively to the brain volume.


identifier: Sadeghian, A. (2018). Seismic Deformations of Taller Reinforced Concrete Shear Walls Located in Eastern Canada  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de murs de refend en béton armé font partie des systèmes structuraux les plus couramment utilisés pour résister aux charges sismiques. L'utilisation de murs de refend dans la conception parasismique est répandue en raison de leur rigidité élevée et la facilité de construction. Ce système est encore plus avantageux pour les bâtiments de grande hauteur, car il est plus critique d'offrir un niveau de rigidité acceptable pour de telles structures.  ABSTRACT: Reinforced concrete shear wall systems are one of the most commonly used structural system to resist seismic loads. The use of shear walls in seismic design is widespread because of their relatively high stiffness and their ease of construction. Shear wall system is even more beneficial for taller buildings because providing an appropriate level of stiffness for such structures is critical.


identifier: Gagnon-Ouellette, C. (2018). Conception d'un ouvrage de rétention granulaire des eaux pluviales intégré à une rue résidentielle locale dans une zone densément urbanisée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À une ère de perturbation climatique mondiale et d'accroissement de l'urbanisation, la gestion des eaux pluviales est de plus en plus importante. Aujourd'hui, il en va de même pour le Québec. Traditionnellement, les grandes villes ont eu recours à des réseaux souterrains d'égouts pour drainer leur territoire et évacuer leurs eaux polluées. Aujourd'hui, les rejets d'eaux non traitées sont de moins en moins tolérés. En effet, de nouvelles normes fédérales, provinciales et municipales interdisent complètement l'ajout de rejets à la situation actuelle. D'un autre côté, les villes, dont le territoire a été fortement imperméabilisé, ont une difficulté croissante à assurer un bon niveau de service de leurs infrastructures de drainage. De surcroît, leur cas ne peut que s'empirer si l'on intègre les plus récentes prévisions du climat à long terme dans les modèles de précipitation.  ABSTRACT: In an era of global climate change and increasing urbanization, stormwater management is becoming perilously important. Moreover, Quebec is no exception. Traditionally, large cities have used underground sewer systems to drain their territory and evacuate polluted water. On one hand, actual discharges of untreated water are less and less tolerated. Indeed, new federal, provincial and municipal standards completely prohibit the addition of releases to the current situation. On the other hand, the cities with a high rate of impervious surfaces in their territories have an increasing difficulty in ensuring a satisfactory level of service of their drainage infrastructure. In addition, their case can only get worse if the most recent long-term climate forecasts are incorporated into the precipitation models.


identifier: Lessard, F. (2018). Évaluation des couvertures isolantes avec effets de barrière capillaire faites de résidus désulfurés afin de contrôler le drainage minier acide en conditions nordiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les innovations dans les technologies minières permettent maintenant l'accès à des gisements de minerai auparavant inaccessibles situés dans des régions nordiques éloignées. Comme les mines localisées dans les secteurs plus au sud, ces opérations produisent des déchets solides, tels que des résidus et des stériles qui sont stockés à la surface dans des aires d'accumulation de rejets. La remise en état des sites miniers est une préoccupation majeure pour les sociétés minières, en particulier lorsque les résidus miniers sont potentiellement générateurs de drainage minier contaminé (drainage minier acide DMA ou drainage neutre contaminé DNC). Pour les sites miniers du Nord, des facteurs tels que les changements climatiques, la présence de pergélisol, l'éloignement, la disponibilité de matériaux et les conditions climatiques extrêmes peuvent rendre la conception et la construction de scénarios de restauration encore plus difficiles et coûteux (Hayley, 2010). Par conséquent, il est nécessaire de concevoir et de développer des approches de restaurations spécifiques à ces conditions.  ABSTRACT: Innovations in mining technologies now allow access to previously inaccessible ore deposits located in remote Arctic regions. Like any mines located in area further south, these operations produce solid wastes, such as tailings and waste rocks that are stored at the surface in mining waste disposal areas. Mine site reclamation is a major concern for mining companies, especially when mine tailings are potentially contaminated mine drainage generating (acid mine drainage AMD or contaminated neutral drainage CND). For mine sites located in Arctic environments, many factors, such as climate changes, the evolution of permafrost, remoteness, the availability of materials, and harsh climatic conditions, can make can make the design and construction of rehabilitation methods even more difficult and costly (Hayley, 2010). Therefore, it is necessary to design and develop reclamation approaches specific to these conditions.


identifier: Savage, É. (2018). Impact de la température sur la dégradation du peroxyde d'hydrogène lors de la réhabilitation in situ d'aquifères contaminés  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'oxydation chimique in situ (OCIS) est une technique de réhabilitation des sols et d'eau souterraine contaminés. Cette technique consiste en l'injection d'oxydants puissants dans les zones contaminées par des hydrocarbures. Le contact entre l'oxydant et le contaminant crée une oxydation rapide suite à laquelle de nouveaux composés chimiques non toxiques sont produits. Quatre oxydants puissants sont souvent utilisés lors de l'OCIS : le permanganate, le peroxyde d'hydrogène, l'ozone et le persulfate. Dans le cadre de ce projet, le peroxyde d'hydrogène (H2O2) est l'oxydant étudié. Cette réaction chimique est alors nommée le réactif de Fenton. L'oxydation du peroxyde d'hydrogène au contact du fer produit divers radicaux libres très efficaces lors de la dégradation de contaminants pétroliers.  ABSTRACT: In situ chemical oxidation (ISCO) is used for the remediation of contaminated soils and groundwater. This technique works by injecting a strong oxidant in sites contaminated by organic compounds like petroleum hydrocarbons. The oxidation of the contaminant yields a suite of reactive oxygen species which are not toxic. Oxidant sources for ISCO include permanganate, hydrogen peroxide, ozone, and persulfate. For this project, hydrogen peroxide is studied. This chemical reaction is named Fenton's reagent which consists in the effective oxidation of contaminants by the free radicals generated by the contact of hydrogen peroxide and iron. The purpose of this research is to understand, identify and anticipate the behavior of the reactant and to quantify, with a numerical model, the release and heat transfer arising from the ISCO in an aquifer.


identifier: Soliman, O. Y. (2018). Développement de complexes polyélectrolytes à base d'acide hyaluronique et de chitosane pour la livraison d'ARN messager  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Parmi les différents types de nanoparticules développés pour la livraison d'acides nucléiques, les complexes de polyélectrolytes (PEC), sont populaires en raison de leur facilité de production. Le chitosane (CS) est l'un des polycations les plus étudiés pour la livraison de matériel génétique thérapeutique dû à ses propriétés bénéfiques reconnues (biocompatibilité, biodégradabilité, absence de toxicité). Lorsqu'il est mélangé avec l'acide nucléique, il y a une formation spontanée de PEC via un processus principalement entraîné par de fortes attractions électrostatiques et un gain d'entropie associé à la libération de contre-ions. L'ajout d'acide hyaluronique (HA) aux nanoparticules CS/ARNm est une approche prometteuse pour la livraison d'ARNm, en raison du potentiel de combiner la capacité tampon du chitosane (effet éponge protonique) avec l'hémocompatibilité améliorée fournie par l'HA négativement chargée et l'internalisation médiée par récepteur de l'acide hyaluronique, ce qui pourrait conduire à l'administration ciblée de nombreuses tumeurs qui régulent positivement l'expression des récepteurs HA tels que CD44 et RHAMM. Contrairement à d'autres glycosaminoglycanes (GAG), l'HA n'est pas sulfaté et a une densité de charge relativement faible (une charge négative par dimère). En utilisant des HA sulfatés, la stabilité des nanoparticules est susceptible de s'améliorer en raison de sa densité de charge plus élevée qui lui confère une affinité de liaison plus élevée avec le chitosane chargé positivement. Pour cette raison, des nanoparticules HA-CS / ARNm avec des HA sulfatés et non sulfatés ont été préparées pour évaluer l'influence de la densité de charge de HA sur l'expression génique in vitro. L'objectif de cette étude était de déterminer les formulations optimales de nanoparticules CS/ARNm recouvertes de HA pour la livraison de gènes en étudiant l'effet des différents paramètres de formulation sur la bioactivité in vitro. Le projet a été conçu pour évaluer systématiquement l'influence des propriétés structurelles du CS et HA (poids moléculaires et densités de charge du chitosane et de l'acide hyaluronique) et la stoechiométrie des composants sur les propriétés physicochimiques des nanoparticules (NP) et l'efficacité de la transfection in vitro. Les différentes formulations de nanoparticules produites ont été caractérisées par leur taille et leur charge de surface en utilisant la diffusion de lumière dynamique (DLS). Ensuite ces nanoparticules ont été transfectées in vitro dans des cellules humaines du cancer du poumon exprimant la protéine EGFP (EGFP+ H1299) afin de normaliser le signal gène rapporteur (luciférase) avec la fluorescence EGFP et avoir ainsi des signaux relatifs à la densité cellulaire dans les puits. Les résultats ont démontré que les propriétés structurelles des polyélectrolytes (masse molaire, densité de charge) ainsi que le ratio molaire des charges positives et négatives durant le mélange ont un impact sur la bioactivité in vitro. La formulation optimale pour la livraison chez les cellules EGFP+ H1299 a été déterminée. Il s'agit de nanoparticules ternaires qui ont été formées avec une charge de surface positive (excès de chitosane) en utilisant de l'acide hyaluronique de 10 kDa ayant 1.4 groupes sulfates par dimère en combinaison avec un chitosane ayant une densité de charge élevée et une masse molaire faible ou l'inverse (c.a.d. DDA=80% avec Mn=10kDa, ou DDA=92-98% avec Mn=5kDa). Ces formulations présentent un équilibre adéquat entre l'avidité du système et la facilité de libération de l'ARNm, résultant en un niveau d'expression amélioré. La présence du HA sulfaté dans les nanoparticules résulte en une augmentation de la capacité d'internalisation cellulaire de ces systèmes de livraison de gènes. De plus, il a été observé que la présence de tréhalose dans ces PEC permet aussi d'augmenter l'expression génique in vitro. Le mécanisme impliqué dans cette dernière observation demeure inconnu. Des études subséquentes sont nécessaires pour chercher à comprendre le mécanisme qui fait en sorte que le tréhalose améliore la bioactivité in vitro et de vérifier si ce phénomène est observé in vivo.  ABSTRACT: Among the different types of nanoparticles developed for gene delivery, polyelectrolyte complexes (PEC), or polyplexes, are a popular approach due to the ease of their production. Chitosan (CS) is one of the most studied biopolymers for the delivery of therapeutic compounds due to its à recognized beneficial properties (biocompatibility, biodegradability, lack of toxicity). When mixed with nucleic acid, there is a spontaneous formation of PEC via a process mainly driven by strong electrostatic attractions and an entropy gain associated with the release of counter-ions. Adding hyaluronic acid (HA) to CS/mRNA nanoparticles is a promising approach for mRNA delivery, due to the potential to combine the buffering capacity of chitosan (proton sponge effect) with improved hemocompatibility provided by the negatively charged HA, and receptor-mediated internalization of hyaluronic acid, which might lead to targeted delivery to numerous tumors that upregulate the expression of HA-receptors such as CD44 and RHAMM. Unlike other glycosaminoglycans (GAG), HA is not sulfated and has a relatively low charge density (one negative charge per dimer). By using sulfated HA polymers, nanoparticle stability is likely to improve due to the higher charge density of sulfated HA, which would lead to a higher binding affinity with the positively charged chitosan and an increased propensity for mRNA liberation in the cytoplasm, which is necessary for gene expression. For this reason, it was decided to prepare HA-CS/mRNA particles with sulfated as well as non-sulfated HAs to assess the influence of HA charge density on in vitro bioactivity. The goal of the project is to perform a screening of HA coated CS/mRNA nanoparticles designed for mRNA delivery to study the effect of different formulation parameters on in vitro bioactivity. The project was designed to systematically evaluate the influence of CS and HA macromolecular properties (molecular weights and charge densities of chitosan and hyaluronic acid), and components stoichiometry on the physicochemical properties of the nanoparticles and their in vitro transfection efficiency. The different formulations produced have been characterized for their size and surface charge using dynamic light scattering (DLS). Then these nanoparticles were transfected in vitro in human lung cancer cells expressing EGFP (EGFP+ H1299). Results suggest that the molecular properties of polyelectrolytes (molar mass, charge density) as well as the molar ratio of positive and negative charges during mixing have an impact on in vitro bioactivity. The optimal formulation for delivery in EGFP+ H1299 cells was determined. These are HA-CS/mRNA nanoparticles that have been formed with a net positive charge (thus with an excess of chitosan) using chitosan having a degree of deacetylation greater than 80% and a molecular weight of less than or equal to 10 kDa, and using sulfated hyaluronic acid with 1.4 sulfate groups per dimer and a molar mass of 10 kDa. It appears that this formulation results in polyelectrolyte complexes that are stable enough to protect the mRNA from nucleases and deliver it to the cells, while allowing for release of the mRNA into the cytoplasm. The presence of sulfated HA has demonstrated increased cell internalization capacity. In addition, it has been observed that the presence of trehalose in polyelectrolyte complexes increases gene expression in vitro. The mechanism involved in this observation remains obscure. Subsequent studies are needed to understand the mechanism by which trehalose improves in vitro bioactivity and whether this phenomenon is observed in vivo.


identifier: Elsheikh, A. (2018). Analytics of Sequential Time Data from Physical Assets  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec l'avancement dans les technologies des capteurs et de l'intelligence artificielle, l'analyse des données est devenue une source d'information et de connaissance qui appuie la prise de décisions dans l'industrie. La prise de ces décisions, en se basant seulement sur l'expertise humaine n'est devenu suffisant ou souhaitable, et parfois même infaisable pour de nouvelles industries. L'analyse des données collectées à partir des actifs physiques vient renforcer la prise de décisions par des connaissances pratiques qui s'appuient sur des données réelles. Ces données sont utilisées pour accomplir deux tâches principales; le diagnostic et le pronostic. Les deux tâches posent un défi, principalement à cause de la provenance des données et de leur adéquation avec l'exploitation, et aussi à cause de la difficulté à choisir le type d'analyse. Ce dernier exige un analyste ayant une expertise dans les déférentes techniques d'analyse de données, et aussi dans le domaine de l'application. Les problèmes de données sont dus aux nombreuses sources inconnues de variations interagissant avec les données collectées, qui peuvent parfois être dus à des erreurs humaines. Le choix du type de modélisation est un autre défi puisque chaque modèle a ses propres hypothèses, paramètres et limitations. Cette thèse propose quatre nouveaux types d'analyse de séries chronologiques dont deux sont supervisés et les deux autres sont non supervisés. Ces techniques d'analyse sont testées et appliquées sur des différents problèmes industriels. Ces techniques visent à minimiser la charge de choix imposée à l'analyste. Pour l'analyse de séries chronologiques par des techniques supervisées, la prédiction de temps de défaillance d'un actif physique est faite par une technique qui porte le nom de ‘Logical Analysis of Survival Curves (LASC)'. Cette technique est utilisée pour stratifier de manière adaptative les courbes de survie tout au long d'un processus d'inspection. Ceci permet une modélisation plus précise au lieu d'utiliser un seul modèle augmenté pour toutes les données. L'autre technique supervisée de pronostic est un nouveau réseau de neurones de type ‘Long Short-Term Memory (LSTM) bidirectionnel' appelé ‘Bidirectional Handshaking LSTM (BHLSTM)'. Ce modèle fait un meilleur usage des séquences courtes en faisant un tour de ronde à travers les données. De plus, le réseau est formé à l'aide d'une nouvelle fonction objective axée sur la sécurité qui force le réseau à faire des prévisions plus sûres. Enfin, étant donné que LSTM est une technique supervisée, une nouvelle approche pour générer la durée de vie utile restante (RUL) est proposée. Cette technique exige la formulation des hypothèses moins importantes par rapport aux approches précédentes. À des fins de diagnostic non supervisé, une nouvelle technique de classification interprétable est proposée. Cette technique est intitulée ‘Interpretable Clustering for Rule Extraction and Anomaly Detection (IC-READ)'. L'interprétation signifie que les groupes résultants sont formulés en utilisant une logique conditionnelle simple. Cela est pratique lors de la fourniture des résultats à des non-spécialistes. Il facilite toute mise en oeuvre du matériel si nécessaire. La technique proposée est également non paramétrique, ce qui signifie qu'aucun réglage n'est requis. Cette technique pourrait également être utiliser dans un contexte de ‘one class classification' pour construire un détecteur d'anomalie. L'autre technique non supervisée proposée est une approche de regroupement de séries chronologiques à plusieurs variables de longueur variable à l'aide d'une distance de type ‘Dynamic Time Warping (DTW)' modifiée. Le DTW modifié donne des correspondances plus élevées pour les séries temporelles qui ont des tendances et des grandeurs similaires plutôt que de se concentrer uniquement sur l'une ou l'autre de ces propriétés. Cette technique est également non paramétrique et utilise la classification hiérarchique pour regrouper les séries chronologiques de manière non supervisée. Cela est particulièrement utile pour décider de la planification de la maintenance. Il est également montré qu'il peut être utilisé avec ‘Kernel Principal Components Analysis (KPCA)' pour visualiser des séquences de longueurs variables dans des diagrammes bidimensionnels.  ABSTRACT: Data analysis has become a necessity for industry. Working with inherited expertise only has become insufficient, expensive, not easily transferable, and mostly unavailable for new industries and facilities. Data analysis can provide decision-makers with more insight on how to manage their production, maintenance and personnel. Data collection requires acquisition and storage of observatory information about the state of the different production assets. Data collection usually takes place in a timely manner which result in time-series of observations. Depending on the type of data records available, the type of possible analyses will differ. Data labeled with previous human experience in terms of identifiable faults or fatigues can be used to build models to perform the expert's task in the future by means of supervised learning. Otherwise, if no human labeling is available then data analysis can provide insights about similar observations or visualize these similarities through unsupervised learning. Both are challenging types of analyses. The challenges are two-fold; the first originates from the data and its adequacy, and the other is selecting the type of analysis which is a decision made by the analyst. Data challenges are due to the substantial number of unknown sources of variations inherited in the collected data, which may sometimes include human errors. Deciding upon the type of modelling is another issue as each model has its own assumptions, parameters to tune, and limitations. This thesis proposes four new types of time-series analysis, two of which are supervised requiring data labelling by certain events such as failure when, and the other two are unsupervised that require no such labelling. These analysis techniques are tested and applied on various industrial applications, namely road maintenance, bearing outer race failure detection, cutting tool failure prediction, and turbo engine failure prediction. These techniques target minimizing the burden of choice laid on the analyst working with industrial data by providing reliable analysis tools that require fewer choices to be made by the analyst. This in turn allows different industries to easily make use of their data without requiring much expertise. For prognostic purposes a proposed modification to the binary Logical Analysis of Data (LAD) classifier is used to adaptively stratify survival curves into long survivors and short life sets. This model requires no parameters to choose and completely relies on empirical estimations. The proposed Logical Analysis of Survival Curves show a 27% improvement in prediction accuracy than the results obtained by well-known machine learning techniques in terms of the mean absolute error. The other prognostic model is a new bidirectional Long Short-Term Memory (LSTM) neural network termed the Bidirectional Handshaking LSTM (BHLSTM). This model makes better use of short sequences by making a round pass through the given data. Moreover, the network is trained using a new safety oriented objective function which forces the network to make safer predictions. Finally, since LSTM is a supervised technique, a novel approach for generating the target Remaining Useful Life (RUL) is proposed requiring lesser assumptions to be made compared to previous approaches. This proposed network architecture shows an average of 18.75% decrease in the mean absolute error of predictions on the NASA turbo engine dataset. For unsupervised diagnostic purposes a new technique for providing interpretable clustering is proposed named Interpretable Clustering for Rule Extraction and Anomaly Detection (IC-READ). Interpretation means that the resulting clusters are formulated using simple conditional logic. This is very important when providing the results to non-specialists especially those in management and ease any hardware implementation if required. The proposed technique is also non-parametric, which means there is no tuning required and shows an average of 20% improvement in cluster purity over other clustering techniques applied on 11 benchmark datasets. This technique also can use the resulting clusters to build an anomaly detector. The last proposed technique is a whole multivariate variable length time-series clustering approach using a modified Dynamic Time Warping (DTW) distance. The modified DTW gives higher matches for time-series that have the similar trends and magnitudes rather than just focusing on either property alone. This technique is also non-parametric and uses hierarchal clustering to group time-series in an unsupervised fashion. This can be specifically useful for management to decide maintenance scheduling. It is shown also that it can be used along with Kernel Principal Components Analysis (KPCA) for visualizing variable length sequences in two-dimensional plots. The unsupervised techniques can help, in some cases where there is a lot of variation within certain classes, to ease the supervised learning task by breaking it into smaller problems having the same nature.


identifier: Pilote, L. (2018). Développement d'un modèle thermodynamique pour les alliages d'usinage Al-Mg-X(X=Bi, Pb, Sn) afin d'optimiser les teneurs en Bi, Pb et Sn  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'adoption à grande échelle des alliages d'aluminium est principalement due à leur résistance mécanique spécifique supérieure. Celle-ci menant à des réductions significatives des besoins énergétiques pour tout système en mouvement. De plus, leur facilité de mise en forme par coulée due à leur relativement bas point de fusion, contribue à la substitution des alliages ferreux coulés au profit de ceux à base d'aluminium. Pour accompagner cette transition et comme l'aluminium est particulièrement ductile, les propriétés de décolletage doivent être améliorées. Ces besoins spécifiques sont obtenus en combinant des éléments supplémentaires (c.-à-d. bismuth, plomb et étain) dans les alliages déjà optimisés pour les propriétés mécaniques (c.-à-d. cuivre, magnésium, zinc et silicium). La présente étude se concentre sur la modélisation thermodynamique des interactions entre ces deux catégories d'éléments : les additifs d'usinage et les éléments d'alliage. Les systèmes binaires Al-Pb, Al-Bi, Al-Sn, Mg-Bi, Mg-Pb, Mg-Sn ainsi que les systèmes ternaires incluant ces éléments seront évalués dans ce travail. Certaines des interactions, par exemple celles entre le magnésium et le bismuth, peuvent former des composés intermétalliques qui affectent très fortement les propriétés mécaniques finales de l'alliage ou affectent les limites de solubilités dans le système global plus complexe. Afin d'évaluer ces interactions, plusieurs méthodes ont été employées mais une des plus intéressantes de ce travail est l'évaluation de l'enthalpie de mélange à faible dissolution des éléments Bi, Pb et Sn dans l'aluminium à l'aide de calculs DFT. Ces calculs n'avaient pas encore été employés pour ces trois systèmes binaires. Les résultats se sont avérés être utiles comme première évaluation des interactions métalliques présentes. De plus, des données thermodynamiques plus classiques telles que les données composition-température, activité de solution et enthalpie de mélange des systèmes Al-Bi, Al-Pb, Al-Sn, Al-Bi-Pb, Al-Bi-Sn et Al-Pb-Sn ont été utilisées pour modéliser les interactions thermodynamiques. La dernière méthode, semi-novatrice, tente de déterminer la teneur maximale en plomb et en bismuth dans l'aluminium à l'aide de données de résistivité électrique. Après le développement des bases de données thermodynamiques par les données obtenues des systèmes aluminium, plomb, étain et bismuth, une base de données préexistante incluant le magnésium et les trois additifs d'usinage, ainsi que les éléments Cu, Si, Zn et Fe, a été employée pour développer un outil propice à l'évaluation de l'usinabilité des alliages de décolletage typiquement trouvés en industrie. Au bout du compte, la modélisation plus complète de toutes possibles interactions entre tous les éléments améliorera les coûts de production et les propriétés mécaniques des futures générations d'alliages d'aluminium usinés.  ABSTRACT: With a superior specific mechanical strength, it is understandable why aluminum is a metal so widely used. Its lightweight allows for energy savings where parts need to be rotated or translated in machines and structures since a smaller amount of mass needs to be displaced. Furthermore, their ability to be more easily machined into complex shapes allows the substitution away from the ferrous alloys. To improve the machining of this light metal, elements such as bismuth, lead or tin can be added to alloys where copper, magnesium, zinc and silicon are used to improve the mechanical properties. The present work concentrates on the thermodynamic modelling of the interactions between machining additives and alloying elements. The binary systems Al-Bi, Al-Pb, Al-Sn, Mg-Bi, Mg-Pb, Mg-Sn as well as the ternary systems including these elements will be evaluated in this work. Two interactions can be obtained in these systems. Some of the interactions, as is the case for the Mg-Bi system, can form intermetallic compounds which potentially affect the mechanical properties of the alloys as well as the solubility limits of the machining additives in the global system. To evaluate such interaction, multiple methods have been used. One of the most interesting methods in this work is the use of DFT to evaluate the partial molar mixing enthalpy of bismuth, lead and tin in aluminum. These types of calculations have not been previously used in these binary systems. The results prove to be a good first estimate of the partial molar mixing enthalpy. Furthermore, more classical thermodynamic data were used to model the interactions in the Al-Bi, Al-Pb, Al-Sn, Al-Bi-Pb, Al-Bi-Sn and Al-Pb-Sn systems. The last method to obtain thermodynamic data was to employ resistivity data of lead and bismuth at small mass percentage in aluminum. Once the thermodynamic data were obtained for the Al-Pb-Bi-Sn system, a pre-existing database including Cu, Si, Zn and Fe was used to develop a tool to evaluate the machinability of the aluminium alloys. With that in mind, the global interactions between all the elements in this complex multi-component system will allow for cost reductions in the production of such alloys and improvement in mechanical properties of the machined alloys.


identifier: Sauriol, P.-A. (2018). Système d'électrothérapie portable pour traitement de l'incontinence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet a pour but la conception d'un appareil de stimulation électrique dans le cadre d'une application à des fins de traitement de problèmes urinaires, tels que l'incontinence et le syndrome OAB (overactive bladder). Parmi les contraintes de conception, nous avons principalement les aspects reliés à la portabilité du système. Celui-ci doit être conçu de façon à être employé par des individus qui n'ont pas nécessairement de compétences techniques pour utiliser l'appareil. Ce dernier doit donc être assez réduit en taille et efficace par rapport à l'utilisation d'énergie. Les composants formant le système seront explorées et élaborées dans ce mémoire, ensuite les résultats obtenus seront rapportés. Nous traiterons du générateur de stimuli, du système d'alimentation et du système de contrôle et de communication. Ce mémoire est établi selon un cheminement qui explique les concepts théoriques reliés au projet afin de rendre propice leur assimilation au niveau pratique. Ce projet ne vise pas l'étude clinique sur des patients ; cette étape pourra être réalisée dans une phase ultérieure. Il s'agit dans ce projet de situer de quelle façon les concepts reliés à l'électronique peuvent s'appliquer à un problème de santé et de concevoir un appareil en tant que solution à un problème prédéfini. Plusieurs types de projets semblables ont déjà été réalisés. Celui-ci se démarque principalement par le travail accompli sur l'optimisation du système d'alimentation, ainsi que l'incorporation d'éléments de contrôle utilisant une interface sans-fil. L'appareil conçu n'a notamment pas de transformateur niveau de l'étage de sortie, mais utilise plutôt un SMPS (switch-mode power supply) ce qui permet de réduire la taille du transformateur utilisé. La majorité des projets similaires sont soit inaccessibles pour une utilisation qui n'est pas supervisée ou contrôlée par le personnel médical, ou très peu portables à cause de l'alimentation ou de l'interface de commandes.  ABSTRACT: The purpose of this project is to design an electrical stimulation device as part of an application for the treatment of urinary problems, such as incontinence and OAB (overactive bladder). Among the design constraints, we mainly have aspects related to portability of the system. It must be designed to be operated by individuals who don't possess any technical skills. The device must therefore be quite reduced in size and effective in terms of energy consumption. The components forming the system will be explored and elaborated in this thesis, then the obtained results will be reported. We will deal with the stimulus generator, the system power supply and the control and communication system. This document is established according to a procedure that explains the theoretical concepts related to the project in order to make their assimilation at the practical level possible. This project is not intended for the clinical study of patients; that step may be carried out in a later phase. We focus on applying electronics-related concepts to a specific health problem. Several types of similar projects have already been achieved. This one stands out mainly by the work done on the optimization of the power system, as well as the incorporation of control elements using a wireless interface. Notably, it does not have a transformer at the output stage, which allows for reduction of the used step-up transformer. The majority of projects similar to this one are either inaccessible for use that is not supervised or controlled by medical personnel, or very little portable because of the power supply or the command interface.