identifier: Charest, S. (2009). Étude d'un procédé hybride charbon actif en poudre / ultrafiltration pour le traitement de l'eau potable  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières années, les changements dans la réglementation ont entraînés le développement et l'amélioration constante des connaissances dans le domaine de l'eau potable. Le resserrement des exigences a contribué à accentuer la compétitivité et l'intérêt pour la microfiltration (MF) et l'ultrafiltration (UF) comme alternatives aux procédés conventionnels. Toutefois, quoique très performantes pour l'enlèvement des matières particulaires et la plupart des colloïdes, ces technologies offrent une capacité limitée à éliminer les contaminants dissous tels que la matière organique dissoute (MOD) et l'ammoniac. En réponse à cette limitation, l'utilisation combinée de la filtration membranaire MF/UF et du charbon actif en poudre (CAP) semble être une solution prometteuse. L'avancement majeur de ce procédé hybride repose sur trois mécanismes fondamentaux; l'adsorption par le CAP, la biodégradation par les microorganismes attachés au CAP et l'enlèvement physique par les membranes. À ce jour, plusieurs chercheurs ont publié des résultats de recherche concluants sur les capacités d'adsorption du CAP. La présente étude s'est donc attardée à évaluer à l'échelle réelle les performances du procédé plutôt opéré en mode biologique, c'est-à-dire en favorisant la croissance de biomasse sur les particules de charbon. Les objectifs spécifiques de ces essais-pilotes étaient de vérifier les performances du système au niveau de l'enlèvement de la MOD et de l'ammoniac et l'applicabilité du procédé d'un point de vue opérationnel (flux, perméabilité, nettoyage).  Un pilote industriel du CREDEAU a été utilisé pour ces essais. Le pilote était composé de deux bioréacteurs membranaires (procédé commercialisé sous le nom de OpalineB®) alimentés en parallèle à partir d'eau décantée-ozonée. Les modules de fibres creuses Puron en polyéthersulphone (surface spécifique de 10 m² et diamètre des pores de 0,05 µm) étaient installés en configuration immergée et aérés de manière à maintenir le CAP en suspension et minimiser le colmatage des membranes. Les deux bioréacteurs ont été opérés sur une période continue de 100 jours avec une concentration de 20 g/L de CAP PicahydroLP39 (25 µm) et des flux de filtration de 15, 30 et 45 L/m²/h. Pendant la période de suivi des essais, la température de l'eau alimentant les bioréacteurs a varié de 10 à 25°C. Les bioréacteurs ont été opérés à différent temps de rétention des solides (46 vs 100 jours), via le dosage de charbon frais. Les données d'opération du pilote (pression, débit température, pH) ont été enregistrées en continu sur un système SCADA, alors que les données de qualité ont été mesurées au laboratoire (COD, CODB, COA, N-NH3, UV254, THM, AHA) et en continu (COT, température, turbidité). Dans le cadre de ces essais, les résultats ont démontré que les bioréacteurs agissent comme une barrière filtrante très efficace pour l'enlèvement de la turbidité (< 0,04 UTN). En période initiale de fonctionnement, l'adsorption joue un rôle dominant et permet un enlèvement moyen maximal du COD (55%), de l'absorbance UV254 (55%) et du COR (45%). L'épuisement progressif de la capacité d'adsorption du charbon (0 à 30 jours) est compensé par l'acclimatation croissante d'une biomasse à l'intérieur des bioréacteurs. En condition dominante d'enlèvement biologique, on obtient un seuil d'enlèvement moyen minimal du COD (20%), de l'absorbance UV254 (18%) et du COR (12%), ainsi qu'un enlèvement moyen maximal du CODB (74%) et du COA (73%). Une nitrification complète a été observée après 30 jours d'opération en eau chaude. Par ailleurs, les résultats ont démontré que les bioréacteurs étaient également un procédé efficace pour réduire le risque de recroissance bactérienne en réseau de distribution. Autrement, le contrôle de l'âge des particules n'a pas eu d'effet significatif sur les performances du procédé en termes de qualité d'eau. Du point de vue opérationnel, il existe un flux d'opération (probablement compris entre 15 et 30 L/m²/h) pour lequel l'exploitation du procédé est optimale, mais ce flux n'a pas été identifié.  Les particules de charbon frais n'ont pas d'impact sur le colmatage des membranes à court terme, mais le charbon colonisé forme des agrégats qui causent un important colmatage physique des membranes. Il apparaît nécessaire d'opérer à une concentration de charbon inférieure à 20 g/L ou de trouver une solution pour diminuer le colmatage physique (ex : amélioration des conditions d'agitation dans les modules) ou d'opérer le procédé à un âge de solides plus faible afin de prévenir la formation d'agrégats de CAP, tel qu'observé en mode biologique. En dernier lieu, le bon recouvrement des propriétés initiales des membranes (perméabilité) lors du lavage physique (>80%) indique que le colmatage est principalement de nature réversible. Le phénomène d'agrégation du charbon à l'intérieur des ballots de membranes apparaît comme la principale cause de ce colmatage et également la raison pour laquelle l'efficacité des lavages chimiques n'a pas pu être évaluée correctement.  En conclusion, les systèmes hybrides CAP/membranes sont une alternative de traitement intéressante aux traitements conventionnels en raison de leur flexibilité à opérer dans un mode dominant d'adsorption ou de biodégradation. Combiné à la performance inégalée des membranes pour l'enlèvement de la matière organique particulaire, le procédé opéré en mode biologique semble une stratégie forte intéressante pour éliminer la pollution dissoute, tels que la matière organique dissoute (COD, CODB) et l'ammoniac.  ABSTRACT: In recent years, the several changes in regulations have resulted in development and constant improvement of knowledge in the field of drinking water. Tighter requirements have contributed to increased interest and competitiveness for microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) as alternatives to conventional processes. However, although these technologies are very efficient at removing particulate matter and most colloidal, they have a limited capacity to remove dissolved contaminants such as dissolved organic matter (DOM) and ammonia. In response to this limitation, the combined use of membrane filtration MF/UF and powdered activated carbon (PAC) appears to be a promising solution. The main advancement of this hybrid method is based on three fundamental mechanisms: adsorption by the PAC, biodegradation by the microorganisms attached to PAC particles and physical removal by the membranes. To date, several researchers have published conclusive results about the adsorption capacities of PAC. The present study aims to evaluate full scale performances of the process operated in biological mode, i.e. promoting the growth of biomass on the carbon particles. The specific objectives of these pilot tests were to verify the system's performance concerning DOM and ammonia removal, and the viability of the process from an operational standpoint (flux, permeability, cleaning). An industrial pilot of the CREDEAU was used for these tests. The pilot was made of two membrane bioreactors (patent name OpalineB®) supplied in parallel with clarified-ozonized water. The hollow fiber modules Puron, made of polyethersulfone, (specific surface area of 10m² and pore diameter of 0,05 μm) were installed in a submerged configuration and aerated to maintain the PAC in suspension and minimize membrane clogging. Both bioreactors were operating continuously for a period of 100 days with a concentration of 20 g/L of PAC PicahydroLP39 (25 μm) and various filtration fluxes of 15, 30 and 45 L/m²/h. During the monitoring period, the water temperature ranged from 10 to 25°C. The bioreactors were operated for different solids retention time periods (46 vs. 100 days), via the addition of fresh PAC. Operational parameters (pressure, flux, temperature, pH) were recorded non-stop on a SCADA system, whilst water quality data were measured in the laboratory (DOC, BDOC, AOC, ammonia, UV254, THM, HAA) and continuously via online analysers (TOC, temperature, turbidity). The study's results show that the bioreactors act as a very effective filtering barrier for removing turbidity (<0,04 NTU). During the initial period of operation, adsorption plays a main role and allows maximum mean removal of DOC (55%), UV254 absorbance (55%) and COR (45%). The gradual depletion of the PAC adsorption capacity (0 to 30 days) is compensated by the increasing acclimation of biomass within the bioreactors. In dominant biological removal conditions, results have shown a mean lower limit for removal of DOC (20%), UV254 absorbance (18%) and non-biodegradable organic carbon (12%) as well as a mean upper limit for removal of BDOC (74%) and AOC (73%). Full nitrification was observed after 30 days of operation in warm water. Furthermore, results show that the bioreactors were effective at reducing the risk of bacterial increase in the distribution system. Otherwise, the control of particle age had no significant effect on the process performances regarding water quality. From an operational standpoint, there is an optimal operational flux (probably between 15 and 30 L/m²/h), but the study has not identified this precisely. Fresh PAC particles have no impact on membrane clogging in the short term, but colonized PAC forms aggregates which cause significant physical clogging of the membranes. It appears that using a PAC concentration below 20 g/L, finding a way of reducing the physical clogging (eg: improvement of the agitation within the modules) or operating with a lower solid age, could prevent the formation of PAC aggregates on the membranes, as was observed in biological mode. Finally, the good recovery of the membranes' initial properties (permeability) after physical cleaning (> 80%) indicates that membrane clogging is mainly reversible. The PAC aggregation phenomenon inside the bundles of membranes appears to be the main cause of the clogging and also the reason why chemical cleanings were not effective and could not be properly assessed.  In conclusion, the hybrid systems PAC/membranes offer an attractive treatment alternative to conventional treatment mainly because of their flexibility to operate in a dominant mode of adsorption or biodegradation. Combined with the membrane's excellent potential for removing particulate organic matter, the process operated under biological mode appears to be a very interesting strategy to eliminate dissolved pollutants such as dissolved organic matter (DOC, BDOC) and ammonia.


identifier: Chapuis, S. (2009). Stockage thermique saisonnier dans un champ de puits géothermiques verticaux en boucle fermée.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Un nouveau modèle d'échangeur géothermique vertical en boucle fermée est proposé pour une utilisation dans l'environnement TRNSYS. Deux caractéristiques le distinguent des autres modèles. Il permet l'étude de champs de puits où la position de chaque puits est définie par l'usager et où deux réseaux indépendants de puits, un en mode charge et l'autre en mode décharge par exemple, peuvent être modélisés. Le modèle proposé mise sur la méthode de la ligne source finie couplée à la superposition spatiale et temporelle pour représenter le transfert de chaleur transitoire dans le sol. Le modèle proposé est validé avec succès par comparaison avec sept cas expérimentaux. De plus, ses résultats sont comparés à ceux issus du modèle DST. Dans un autre volet de cette étude, les méthodes de calcul d'un modèle de référence dans le domaine, le modèle DST, sont mises à jour. Les limitations de ce dernier sont mises en lumière par comparaison avec le modèle proposé. Ainsi, le modèle DST est inadéquat lorsque les puits de l'échangeur géothermique à modéliser ne sont pas répartis uniformément autour du centre du volume de stockage. De plus, un problème de discontinuité dans l'évolution de la température de sortie du fluide calculée par modèle DST est également exposé. Une brève section présente les modifications apportées au code source du modèle DST de manière à prendre en compte des géométries possédant deux réseaux indépendants de tubes en U où chaque puits contient un tube en U de chaque réseau. Cette modification vise l'étude du stockage thermique à basse température et l'amélioration de l'opération du stockage thermique. Des applications d'utilisation du modèle proposé et du modèle DST modifié sont présentées à l'intérieur de systèmes complexes de chauffage et de climatisation des bâtiments utilisant un stockage thermique dans le sol avec une recharge solaire. Une autre application du modèle proposé concerne la modélisation de quatre tuyaux formant deux tubes en U à l'intérieur d'un puits géothermique et branchés de façon à former deux réseaux indépendants. Cette étude démontre que le modèle proposé simule correctement l'évolution de la température du fluide à la sortie d'un échangeur géothermique. Il est donc recommandé de privilégier l'utilisation du modèle proposé plutôt que du modèle DST, surtout pour les champs de puits où les puits ne sont pas répartis uniformément autour du centre du volume de stockage.  ABSTRACT: A new closed-loop vertical geothermal heat exchanger model is proposed for use within the TRNSYS environment. Two main features distinguish this model from other models. It allows the study of borefields where the spatial position of each borehole is defined by the user and where two independent borehole networks can be modeled (one working in charge mode while the other one is in discharge mode, for example). The proposed model relies on the finite-line source method coupled with spatial and temporal superposition techniques to represent the unsteady heat transfert process occuring in the ground. The proposed model is successfully validated by comparison with seven experimental cases. In addition, its results are compared to those of the DST model. In another part of this study, the calculation methods from a reference model, the DST model, are brought to light. The limitations of the DST model are demonstrated by comparison to the proposed model. The DST model is inappropriate when the boreholes to be modeled are not uniformly placed around the center axis of the storage volume. In addition, a problem of discontinuity in the evolution of the calculated fluid outlet temperature from the DST model is also shown. A brief section explains how the DST model source code has been modified to consider configurations with two independent networks of U-tubes where each borehole contains one U-tube from each network. This modification enables to study the behavior of low temperature storage and improved thermal storage operation. Practical applications with the proposed model and with the modified DST model are presented as part of complex heating and cooling systems of buildings using thermal storage in the ground with solar recharging. The proposed model is also used to model the four pipes forming the two U-tubes inside a single borehole where each U-tube is part of an independent network. This study demonstrates that the proposed model correctly simulates the evolution of the fluid temperature at the outlet of a geothermal heat exchanger. Thus, it is recommended to use the proposed model instead of the DST model, especially when the boreholes to be modeled are not uniformly distributed around the center axis of the storage volume.


identifier: Pellet, R. (2009). Système expert de modélisation des effets domino entre réseaux de support à la vie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Du fait de l'accroissement de la dépendance des sociétés actuelles vis-à-vis des Réseaux de Support à la Vie (RSV), leur vulnérabilité en est que plus importante. En effet, les RSV sont les entités qui fournissent à nos sociétés les ressources essentielles à leur bon fonctionnement (eau, gaz naturel, électricité, liens téléphoniques, etc.), sont fortement interdépendants les uns des autres. Ainsi, lorsque qu'un RSV devient défaillant, il peut entraîner la défaillance d'un autre RSV qui utilise sa ressource ou qui se trouve géographiquement proche de ce dernier. Cela peut alors entraîner la défaillance d'autres réseaux. Cette défaillance en cascade de réseau en réseau est caractéristique d'un Effet Domino (ED) et peut amener à la paralysie totale de l'environnement socio-économique. Devant la nécessité de protéger les RSV et donc de diminuer la vulnérabilité de nos sociétés et les risques de défaillances associés, il est important d'élargir les connaissances concernant les interdépendances entre les RSV et les ED engendrés. Ainsi, le Centre risque & performance (CRP) de l'École Polytechnique de Montréal mène depuis une dizaine d'années des travaux de recherche dans ce domaine. De 2005 à 2008, il a pu développer, à l'aide de multiples partenaires industriels et gouvernementaux, une méthodologie simple et efficace permettant l'identification et l'anticipation des ED entre les RSV. Fort de ce résultat, le CRP mène actuellement un projet de recherche visant le développement d'un Système d'Alerte Précoce (SAP) permettant l'anticipation et la gestion en temps réel des interdépendances entre les RSV. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur le développement et la validation d'un outil qui sera intégré dans le SAP : un Système Expert (SE) de modélisation des ED entre les RSV. La méthodologie employée pour développer ce SE est composée de plusieurs tâches distinctes. Dans un premier temps, il est nécessaire de structurer une Base de Connaissances (BC) ou base de données, contenant l'ensemble des connaissances et des expertises concernant les interdépendances et détenues par les experts des RSV. Ensuite, il faut entreprendre l'analyse des besoins exprimés par les futurs utilisateurs du SE, c'est à dire les responsables des RSV et les gestionnaires du Centre de Sécurité Civile (CSC) de la ville de Montréal et du Bureau de la Sécurité Civile (BSC) de la ville de Québec. Le logiciel MS Access a été choisi comme plateforme informatique pour développer le SE. L'architecture de l'outil a alors été établie, pour ensuite pouvoir développer le SE.  ABSTRACT: The increasing dependence of our societies towards Lifeline Networks (LN) increases their vulnerability. LN, which are entities that provide to the society the resources essential for their proper functioning (water, gas, electricity, telephone links, etc.), are highly dependent on each other. Thus, when a disturbance affects a LN, this may cause the failure of another LN whether because it uses its resource or because it is geographically located close to it. This can then cause the failure of other networks. These cascading failures are characteristic of a Domino Effect (DE) that could lead to total paralysis of the socio-economic environment. The necessity of protecting LN and, thus, to reduce the vulnerability of our societies and the associated risks of failure are incentive to expand our knowledge of interdependencies between LN. In this context, the Centre risque & performance (CRP) of the École Polytechnique de Montréal has led since a decade important researches in this specific area of study. From 2005 to 2008, the CRP was able to develop, along with multiple industrial and governmental partners, a simple, but yet very effective, methodology for identifying and anticipating DE between LN. Following this result, the CRP is currently conducting a research project aiming at developing an Early Warning System (EWS), allowing real-time management of interdependencies between RSV. The research presented in this paper focuses on developing and validating an Expert System (ES) which will eventually be integrated as the backbone of the EWS. The methodology used to develop this ES is composed of several distinct tasks. Initially, it is necessary to structure and simplify the Knowledge Base (KB) containing all the knowledge and expertise held by experts of the different LN and necessary to identify and anticipate DE. Then, an analysis of the needs expressed by the eventual users of the ES must undertake. The software MS Access was chosen as the platform for developing the ES. Then, the architecture of the tool was established and the ES was programmed. Finally, a phase of tests and validations of the ES was initiated to ensure that the needs of the future users of the system were satisfied.


identifier: Fagnen, S. (2009). Analyse du cycle de vie axée sur les conséquences d'un biocarburant de deuxième génération à base de saule  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ Ce projet de maitrise présente une évaluation des impacts potentiels d'une nouvelle source de biocarburant : le saule cultivé à des fins énergétiques. Cette étude a été réalisée en deux grandes étapes. Tout d'abord, une Analyse de Cycle de Vie axée sur les attributs (ACV-A) portant sur de l'éthanol cellulosique à base de saule a été réalisée. Par la suite, une Analyse du Cycle de Vie axée sur les conséquences (ACV-C) est approchée par une extension de frontières prenant en compte les conséquences d'un changement d'utilisation de la terre. Les biocarburants représentent une nouvelle source d'intérêt, mais sont bien souvent critiqués. Représentant un net avantage pour la réduction du changement climatique pour certaines sources de biomasse, les impacts engendrés sur la santé humaine sont souvent problématiques. De plus, ces analyses sont très souvent controversées et accusées de manquer de réalisme. Outre les sources de bioénergie qui sont en elles-mêmes une concurrence avec l'alimentation (maïs, betterave, colza), d'autres ressources peuvent accentuer les pressions sur la disponibilité des terres arables. Cette étude traite d'une culture de saule au Québec. Ce saule, cultivé comme une plantation à courtes rotations, peut avoir plusieurs utilités. Il est supposé ici que les copeaux de saule serviront à la production d'éthanol. Cet éthanol sera mélangé à de l'essence à hauteur de 85% volumique pour produire un E85 qui sera mis à disposition en Suisse. À première vue, le saule ne provoque pas de concurrence directe avec l'alimentation humaine, et ne nécessite donc pas d'analyse particulière. Une ACV-A, étudiant les impacts potentiels de ce E85 en prenant en compte les processus directement reliés aux étapes de la production du saule jusque l'utilisation dans un moteur flex-fuel semble entièrement suffisante. Cette analyse est donc faite et ses résultats sont présentés dans ce mémoire. Les données utilisées pour la culture du saule proviennent directement du cultivateur québécois et assurent donc une modélisation assez réaliste de la plantation. Ces résultats sont comparés à trois autres produits : de l'essence (pétrole avec un faible taux en soufre), utilisée dans un moteur non modifié, et deux autres biocarburants bien connus, l'E85 à partir d'éthanol de maïs américain, bien souvent étudié et discuté, et l'E85 à partir d'éthanol de canne à sucre brésilien. Cependant, la culture du saule actuellement exploitée au Québec provient d'un choix volontaire de changement d'utilisation de la terre. Une ferme maraîchère a donc laissé sa place pour cette culture à courtes rotations, engendrant au final un manque de denrées alimentaires : du maïs, tout usage confondu, au Canada. Afin d'éviter toute polémique face aux résultats de la première analyse, les processus servant à la compensation du maïs manquant vont être intégrés dans l'étude. Les frontières du système de produits sont donc élargies. Les conséquences de ce changement d'utilisation de la terre, donc du choix qui a été fait, sont alors étudiées dans l'ACV qui se qualifie désormais d'axée sur les conséquences. Cette analyse demeure néanmoins partielle, car toutes les conséquences liées à l'utilisation du saule ne sont pas prises en compte, seules celles liées au changement d'utilisation de la terre québécoise le sont.  ABSTRACT: This Master's project focuses on the assessment of the potential impacts of a new biofuel resource: willow, grown for energy purposes. This study has been conducted following two main steps. First, an attributional Life Cycle Assessment (A-LCA) on cellulosic ethanol made from willow was performed. Then, a consequential LCA (C-LCA) was carried out using a system expansion regarding the consequences related to a change in land use. Despite the growing interest in biofuels, they still face major criticism. While some biomass resources have shown a net benefit in terms of climate change reduction, the impacts on human health remain debatable. Moreover, these analyses are often controversial and criticised for being too theoretical. Additionally, aside from biomass that competes with food production (corn, sugar beet, rape), some other types of biomass can increase pressure on land availability. This study was conducted on a willow plantation in Quebec. This willow, grown as a short rotation crop, can be used in several ways. It is assumed here that the chips are used to produce ethanol. This ethanol is then mixed with ordinary petrol to produce E85 (85% volume of ethanol) to be used in Switzerland. On first assumption, this ethanol should not cause any direct competition with human food; hence, no further analysis was performed. An A-LCA, studying the potential impacts related to the life cycle stages of this E85 product (from willow production to its use in a flex-fuel motor) was deemed sufficient. The results from this A-LCA are presented in this thesis. The data used for this analysis are primary data provided by the Quebec-based willow cultivator. These results were compared to three other products: gasoline (low-sulphur petrol), used in an unconverted motor and two other well-known biofuels, an American E85 made from corn and a Brazilian E85 from sugarcane. It is important to note that the Quebec willow plantation was a result of a voluntary change in land use. A former market garden production was substituted by the willow cultivation, resulting in a diminished production of corn in Canada. In order to avoid any issues pertaining to the results of the first analysis (A-LCA), the processes required to compensate this reduction in corn production in Canada were added to the analysis. A system expansion was hence applied. The consequences of changing the land use were studied in the second analysis, termed C-LCA, thus this analysis remains rather incomplete as only consequences due to land use change were considered. A complete analysis would have counted for all the consequences of using willow as a new biofuel resource.


identifier: Desnoyers, M. (2009). Low-Impact Operating System Tracing  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

title: Low-Impact Operating System Tracing

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes informatiques, tant au niveau matériel que logiciel, deviennent de plus en plus complexes. En ce qui concerne Linux, système d'exploitation utilisé dans une vaste catégorie d'applications, des petits systèmes embarqués aux serveurs de haut-niveau, la taille des noyaux de systèmes d'exploitations augmente, des librairies sont ajoutées et une réingénierie logicielle est requise pour bénéficier des architectures multi-coeurs, lesquelles sont omniprésentes. Par conséquent, l'industrie du développement logiciel et les développeurs individuels font face à des problèmes dont la résolution nécessite de comprendre l'interaction entre les applications et tous les composants d'un système d'exploitation. Dans cette thèse, nous proposons le traceur LTTng (Linux Trace Toolkit next generation) comme réponse aux besoins de traçage de l'industrie et de la communauté du logiciel libre. La faible intrusivité du traceur est un aspect clé menant à son utilisabilité, puisqu'il est nécessaire de reproduire, sous traçage, des problèmes observés sous des conditions d'exécution normales. Dans certains cas, les usagers souhaitent laisser des traceurs actifs en tout temps sur des systèmes en production, ce qui rend l'impact en performance définitivement critique. Notre approche implique l'élaboration de primitives de synchronisation qui rencontrent les requis de faible impact. Le mécanisme de synchronisation permettant la mise à l'échelle et sans attente RCU (Read-Copy Update) utilisé par le traceur LTTng remplit ces requis en ce qui concerne la lecture de données. Nous proposons un mécanisme de synchronisation pour extraire les données de traçage en préservant les caractéristiques de mise à l'échelle linéaire et de non-attente. En mesurant l'impact du traceur LTTng, nous démontrons qu'il est possible de créer un traceur qui satisfait toutes les caractéristiques suivantes : faible latence, comportement temps-réel déterministe (sans attente), faible impact sur le débit du système d'exploitation et une mise à l'échelle linéaire par rapport au nombre de processeurs. Une expérimentation sur plusieurs architectures permet d'observer la portabilité du traceur. Nous proposons un modèle général pour les systèmes superscalaires multi-coeurs avec accès mémoire faiblement ordonnés pour permettre la vérification formelle des garanties quant à l'exactitude de l'exécution et l'exécution sans attente à l'aide de la vérification de modèle. Le mécanisme de tampon de LTTng est également vérifié formellement quant à son exactitude et son exécution sans attente. La vérification formelle permet également de démontrer que ces algorithmes permettent la réentrance de plusieurs contextes d'exécution, du fil d'exécution standard aux gestionnaires d'interruptions non-masquables, permettant une large couverture d'instrumentation du système d'exploitation.  ABSTRACT: Computer systems, both at the hardware and software-levels, are becoming increasingly complex. In the case of Linux, used in a large range of applications, from small embedded devices to high-end servers, the size of the operating system kernels increases, libraries are added, and major software redesign is required to benefit from multi-core architectures, which are found everywhere. As a result, the software development industry and individual developers are facing problems which resolution requires to understand the interaction between applications and all components of an operating system. In this thesis, we propose the LTTng (Linux Trace Toolkit next generation) tracer as an answer to the industry and open source community tracing needs. The lowintrusiveness of the tracer is a key aspect to its usefulness, because we need to be able to reproduce, under tracing, problems occurring in normal conditions. In some cases, users leave tracers active at all times in production, which makes the tracer overhead definitely critical. Our approach involves the design of synchronization primitives that meet the low-impact requirements. The linearly scalable and wait-free RCU (Read-Copy Update) synchronization mechanism used by the LTTng tracer fulfills these requirements with respect to data read. A custom-made buffer synchronization scheme is proposed to extract tracing data while preserving linear scalability and wait-free characteristics. By measuring the LTTng impact, we demonstrate that it is possible to create a tracer that satisfy all the following characteristics: low latency, deterministic realtime impact (wait-free), small impact on operating system throughput and linearscalability with the number of cores. Experiments on various architectures show that this tracer is portable. We propose a general model for superscalar multi-core systems with weaklyordered memory accesses to perform formal verification of the RCU correctness and wait-free guarantees by model-checking. The LTTng buffering scheme is also formally verified for safety and progress. Formal verification demonstrates that these algorithms allow reentrancy from multiple execution contexts, ranging from standard thread to non-maskable interrupts handlers, allowing a wide instrumentation coverage of the operating system.


identifier: Beaudette, P.-L. (2009). Personnalisation des propriétés mécaniques des tissus mous du fessier humain par méthodes d'éléments finis et expérimentations In Vivo.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une escarre de pression est une dégénérescence des tissus mous qui représente un problème courant chez les usagers de fauteuil roulant et les patients immobilisés au lit. Elle résulte d'une compression prolongée des tissus mous, ce qui entraine l'interruption du flux sanguin et ainsi, une lacune en oxygène. Le fessier est l'une des zones les plus affectées par les escarres de pression, plus précisément les régions sous les protubérances osseuses telles que les tubérosités ischiatiques, les grands trochanters, le sacrum et le coccyx. Une des méthodes les plus prometteuses pour l'étude de la formation des escarres et de l'évaluation des coussins d'appui repose sur l'observation des contraintes et des déformations internes du fessier à l'aide de modèles par éléments finis. Malheureusement, ces modèles utilisent des propriétés mécaniques provenant d'expérimentations in vitro sur des animaux, souvent éloignées des propriétés du sujet modélisé, et sont validés uniquement par mesures expérimentales des pressions à l'interface entre le fessier et son support. Ces lacunes engendrent des imprécisions au niveau des contraintes et déformations internes, et limitent l'exploitation des modèles comme outil de recherche et de prévention clinique des escarres. Le présent projet visait à personnaliser les propriétés mécaniques d'un modèle par éléments finis du fessier à partir de mesures expérimentales de l'écrasement interne des tissus mous, et à vérifier l'intérêt de cette démarche sur la distribution des contraintes et des déformations internes lorsqu'appuyé sur une surface rigide et sur un coussin. Le premier objectif de ce projet était de développer un modèle biomécanique par éléments finis du fessier incorporant une loi de comportement hyperélastique et des propriétés tirées de la littérature. Pour ce faire, des images par résonnance magnétique (IRM) du fessier non-déformé (IRM #1) et déformé sur une surface rigide (IRM #2) d'un sujet sain en décubitus dorsal ont été acquises expérimentalement. Ces données ont permis, d'une part, de reconstruire en 2D la géométrie du fessier avant l'application du poids du corps (sur une des images IRM #1) et d'autre part, de mesurer les écrasements des tissus musculaires et adipeux en comparant les images IRM #1 et #2 correspondantes. Suite à l'acquisition des images IRM, des valeurs de pressions surfaciques ont été acquises expérimentalement sur le fessier déformé et ont été associées aux écrasements tissulaires mesurés sur les images IRM. Ces mesures d'écrasement tissulaire et de  ABSTRACT: For wheelchair users and bedrest patient, mechanisms of soft tissues deterioration such as pressure sores represent a severe health problem. Pressure sores are primarily caused by a long-term loading that causes a blood circulation interruption, thus resulting in a lack of oxygen for the soft tissues. The buttock represents the most affected regions by pressure sores, more precisely beneath bony protuberances such as the ischial tuberosities, the great trochanters, the sacrum and the coccyx. One of the most promising techniques to study the aetiology of pressure sores and to prescribe adequate seat cushion (or bed mattress) relies on the analysis of internal stresses and strains using finite element (FE) modeling. Unfortunately, FE models currently available use mechanical properties measured from in vitro experiments on animal and consequently, do not accurately represent the mechanical behaviour of a human buttocks. Moreover, these models are only validated using interface pressures between the buttock and the support surface. These limitations result in inadequate stresses and strains distribution inside the soft tissues, thus limiting the capacity to exploit the FE models as research and prevention tools for pressure sores. The purpose of this master degree project was to personalize the mechanical properties of the diverse soft tissue layers and to evaluate the necessity of the approach when the buttock lies on a rigid support and a foam cushion. The first objective of the project was to develop a biomechanical FE model of the human buttock that integrates hyperelastic material formulations for the soft tissues with material properties taken from the literature. A magnetic resonance imaging protocol was realized to acquire geometric data of a healthy human male buttock in non-weight-bearing (MRI #1) and weight-bearing (MRI #2) conditions. An axial slice from MRI #1 was then used to reconstruct the 2D contours of the pelvis and buttock soft tissues while vertical sagging of the muscle and adipose tissues were measured by comparing correspondent slices from MRI #1 and #2. After the MRI acquisition, interfaces pressures were acquired experimentally in weight-bearing condition and were associated to the corresponding vertical sagging. These vertical sagging and interface pressure were necessary to realize the second objective, the mechanical properties personalization. After the experimental acquisition, a detailed FE model of the buttock was realized by creating a 5 mm extrusion of the 2D reconstructed profile of the buttock and by


identifier: Renaud, E. (2009). Modélisation des équilibres thermodynamiques impliquant le fer dans la cryolithe lors de l'électrolyse de l'aluminium à l'aide d'anodes inertes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis la fin du 20e siècle, l'industrie de l'aluminium s'intéresse sérieusement au développement d'anodes dites inertes pour remplacer les anodes de carbone dans le procédé Hall-Héroult. La ferrite de nickel (NiFe2O4) est une candidate prometteuse pour le remplacement des anodes traditionnelles en carbone. L'usage de telles anodes peut toutefois engendrer la présence de fer et de nickel dans le bain cryolithique et donc dans l'aluminium produit. La vitesse de dissolution dans l'électrolyte de telles anodes doit être minimisée. De plus, la présence de fer dans le métal à ce stade de la production (avant la mise en alliage) n'est pas souhaitable. Il devient alors intéressant de modéliser le comportement des anodes inertes dans la cryolithe afin de comprendre les phénomènes de dissolution en cause. Le mandat du présent projet, qui s'inscrit dans le projet de «laboratoire virtuel pour l'industrie de l'aluminium» (CRSNG, Rio Tinto Alcan, Alcoa, Hydro Aluminium) est d'ajouter le fer à une base de données déjà existante sur le bain cryolithique. Le système chimique global à l'étude est NaF-AlF3-Al2O3-CaF2-FeO-Fe2O3. L'étude thermodynamique doit donc porter sur les ions suivants : Na+, Ca2+, Al3+, Fe2+, Fe3+ // F-, O2-, Va- (lacune anionique). Les cations Fe2+ et Fe3+ ont été ajoutés au modèle Na+, Ca2+, Al3+ // F-, O2-, Va- de Chartrand et Pelton [1] . Les propriétés thermodynamiques des composés purs du fer ont été évaluées. Le modèle quasichimique avec l'approximation des quadruplets a été utilisé afin de décrire le comportement du bain cryolithique liquide. Les solutions solides ont été modélisées selon le «Compound Energy Formalism» (CEF). Les paramètres du modèle pour le liquide et des modèles de solutions solides ont été optimisés à partir des données expérimentales disponibles. Les mesures expérimentales ont été critiquées et analysées et seules celles jugées fiables ont été sélectionnées. Les paramètres d'interaction du modèle du liquide ont été évalués dans les systèmes binaires Fe-F (FeF2-FeF3), NaF-FeF2, NaFFeF3, CaF2-FeF3. Les systèmes binaires FeF2-AlF3 et CaF2-FeF2 sont des estimations basées sur des analogies avec des systèmes chimiquement proches et FeF3-AlF3 est supposé idéal. Les paramètres d'interaction du modèle du liquide ont aussi été évalués pour les systèmes ternaires NaF-FeF2-AlF3 et NaF-FeF3-AlF3 (selon les mesures disponibles pour les sections Na3AlF6-FeF2 et Na3AlF6-FeF3). Les solutions solides modélisées sont : la cryolithe cubique de haute température ((Na+,Va)8(Na+)4(AlF6 3-,FeF6 3-)1(AlF6 3-(AlF4 -),FeF6 3-(FeF4 -))3), la cryolithe de basse température (Na3(Al,Fe3+)F6), la chiolite (Na5(Fe3+,Al)3F14), AlF3-FeF3 ((Al,Fe3+)F3), la weberite (Na2(Al,Fe3+)(Fe,Mg2+)F7) et CaAlF5-CaFeF5 (Ca(Al,Fe3+)F5).  ABSTRACT: Since the end of the 20th century, the aluminium industry is seriously interested in replacing consumable carbon anodes in the Hall-Heroult process by the so-called inert anodes. Nickel ferrite (NiFe2O4) is a promising material for the replacement of the traditional carbon anodes. However, the use of such anodes can cause iron and nickel to be dissolved in the cryolitic bath and therefore in the final product, which is not desirable. The dissolution rate of inert anodes in the electrolyte has to be minimized. Modeling the thermodynamic and phase equilibria behavior of inert anodes in contact with cryolite is useful to understand the dissolution processes. The mandate of this project, included in the project of «a virtual laboratory for the aluminium industry» (CRSNG, Rio Tinto Alcan, Alcoa, Hydro Aluminium) is to add the iron to an already existing database for the cryolitic bath. The global system under consideration is NaF-AlF3-Al2O3-CaF2-FeO-Fe2O3. The thermodynamical study has to take in account the following ions Na+, Ca2+, Al3+, Fe2+, Fe3+ // F-, O2-, Va- (anionic vacancy). The two cations Fe2+ and Fe3+ have been added to the existing model for the Na+, Ca2+, Al3+ // F-, O2-, Va- system optimized by Chartrand and Pelton [1] . Thermodynamic properties of new pure compounds have been evaluated. The quasichemical model in the pair approximation has been used in order to describe the cryolitic bath (liquid) behavior. New solid solutions have been modeled using the Compound Energy Formalism (CEF). Parameters for the liquid phase and solid solutions models have been optimized using available experimental data. Experimental techniques have been examined and only reliable data have been selected. Parameters for the liquid phase have been evaluated from experimental data for the following binary fluoride systems: Fe-F (FeF2-FeF3), NaF-FeF2, NaF-FeF3, CaF2-FeF3. The binary systems FeF2-AlF3 and CaF2-FeF2 are estimations based on chemically similar systems and the FeF3-AlF3 liquid solution is assumed to be ideal. Parameters for the liquid phase have also been evaluated in the two ternary fluorides systems NaF-FeF2-AlF3 and NaF-FeF3-AlF3 (based on available data for the isoplete sections Na3AlF6-FeF2 and Na3AlF6-FeF3). The new evaluated solid solutions for the fluoride systems are : high-temperature cubic cryolite ((Na+,Va)8(Na+)4(AlF6 3-,FeF6 3-)1(AlF6 3-(AlF4 -),FeF6 3-(FeF4 -))3), low-temperature cryolite (Na3(Al,Fe3+)F6), chiolite (Na5(Fe3+,Al)3F14), AlF3-FeF3 ((Al,Fe3+)F3), weberite (Na2(Al,Fe3+)(Fe2+,Mg)F7) and CaAlF5-CaFeF5 (Ca(Al,Fe3+)F5).


identifier: Réginensi, F. (2009). Évolution géochimique de l'eau interstitielle d'une argile de la mer de Champlain  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire s'inscrit dans un vaste projet de caractérisation des conditions géotechniques, hydrogéologiques et hydrogéochimiques des argiles de la mer de Champlain qui constituent une grande partie des dépôts meubles superficiels des Basses Terres de la vallée du Saint Laurent. Les travaux consistent essentiellement en une caractérisation des argiles ainsi qu'une étude géochimique des éléments majeurs des eaux souterraines de ce système aquitard.Les principaux objectifs de cette maîtrise étaient d'identifier les processus majeurs contrôlant la chimie de l'eau interstitielle et son évolution dans le temps, ainsi que de développer un modèle simple de cette évolution hydrogéochimique. Au total, neuf forages ont été effectués dans le but de prélever des carottes d'argile en vue d'investigations au laboratoire.En premier lieu une caractérisation physico-chimique des argiles a été entreprise : analyse minéralogique semi-quantitative par diffraction des rayons X, détermination de la CEC, de la surface spécifique ainsi que de la perte au feu, les données géotechniques étant par ailleurs déjà disponibles.Un total de 74 extractions d'eau à basses pressions a été réalisée pour déterminer l'hydrogéochimie à chaque site sur toute l'épaisseur de la couche. L'eau ainsi extraite a été analysée pour les éléments majeurs à savoir : Na, K, Ca, Mg, Cl, HCO3 et SO4 ainsi que pour le pH et les éléments traces Al et Si pour quelques échantillons. Une méthode d'extraction à haute pression à été mise au point dans le but de s'enquérir de l'influence de la pression d'extraction sur la qualité chimique de l'eau extraite. Celle-ci a montré une augmentation générale des concentrations en ions Na, K, Ca, Mg et HCO3, une constance de la concentration en Cl- et dans une certaine mesure, du pH. Le sulfate quant à lui se comporte de façon anarchique.Un essai de lessivage au laboratoire à été conçu afin de simuler le lessivage de l'argile in situ sur une période de temps beaucoup plus courte. L'eau recueillie à la sortie du dispositif a été analysée pour les mêmes paramètres. Cet essai a permis de mieux contraindre les processus influençant l'évolution géochimique de l'eau interstitielle en mettant notamment en évidence une importante production de bicarbonate possiblement due à l'activité microbienne et en particulier à la réduction des sulfates.Les extractions à basses pressions, dont la procédure a été validée par un contrôle qualité, ont permis d'obtenir des profils de concentration des ions en fonction de la profondeur. L'analyse de ces profils combinée à une modélisation géochimique du lessivage de l'argile au laboratoire et in situ a dévoilé un contrôle de la chimie de l'eau par les phénomènes d'advection et de diffusion couplés à une éventuelle réduction bactérienne des sulfates ainsi qu'à la dissolution des carbonates, lorsque l'eau devient suffisamment diluée. Les échanges ioniques entre cations divalents et monovalents paraissent également jouer un rôle, tandis que la dissolution/précipitation des phases silicatées ne semble pas avoir d'influence significative.  ABSTRACT: This thesis belongs to a big characterisation project of the geotechnical, hydrogeological and hydrogeochemical conditions of the Champlain sea clays which represent most of the surficial sediment deposits of the Saint-Lawrence Lowland.  This work consists in a geochemical study of the aquitard ground water major ions.The main objectives of this project were to identify the most important processes controlling the pore water chemistry and its evolution through the time, and to develop a simple model of this hydrogeochemical evolution.Nine boreholes were drilled in order to take clay core samples for laboratory investigations.Firstly, a physico-chemical characterization of the clay was conducted: mineralogical analysis with X-ray diffraction, determination of the CEC, the specific area and the loss on ignition. The geotechnical properties were already available. Water extractions were conducted (74 in total) for each site on the whole thickness of the clay deposit. The water was analysed for the following major elements: Na, K, Ca, Mg, Cl, HCO3 and SO4. For some sample, the pH was also measured and trace elements Al and Si were analysed.A high pressure extraction method was developed in order to evaluate the influence of the extraction pressure on the extracted water chemistry. This extraction procedure showed a global increase of the concentration of the ions Na, K, Ca, Mg and HCO3. The concentration of Cl and the pH stayed approximately constant while sulphate concentration didn't show any particular trend.A laboratory test method was designed for the simulation of the in situ leaching of the clay, on a much smaller time scale. The collected water was analysed for the same parameters. This experiment allowed to better understand the processes controlling the pore water geochemical evolution and underlined the important production of bicarbonate, which are probably due to microbial activity and in particular to the bacterial reduction of sulphate.The low pressure extraction method was validated with some quality control tests and provided the porewater geochemical profiles as a function of depth. The analysis of these data integrated with a geochemical modelling of the clay leaching in laboratory and in situ show a control of the water chemistry by the advection/diffusion phenomena coupled with the production of bicarbonate probably due to sulphate reduction and carbonates dissolution when the water becomes sufficiently diluted. Ionic exchanges between divalent and monovalent cations also seem to be important while the dissolution/precipitation of silicates does not seem to have any significant influence.


identifier: Béliveau, P. (2009). Left Ventricular Viability Maps : Fusion of Multimodal Images of Coronary Morphology and Functional Information  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les maladies coronariennes demeurent encore la première cause de décès aux Etats-Unis étant donné que le taux de mortalité lié à ces maladies enregistré en 2005 est d'une personne sur cinq. Les sténoses (obstructions des artères coronaires) se manifestent par un rétrécissement du diamètre des coronaires, produisant une ischémie soit une réduction du flot sanguin vers le myocarde (le muscle cardiaque). Dans les cas les plus graves, les cellules qui composent le myocarde meurent définitivement et perdent leur fonction contractile. En présence de cette maladie les cliniciens ont recours à l'imagerie médicale pour étudier l'état du myocarde afin de déterminer si les cellules qui le composent sont mortes ou non ainsi que pour diagnostiquer les sténoses dans les coronaires. Actuellement, le clinicien utilise l'imagerie nucléaire pour étudier la perfusion du myocarde afin de déterminer son état. Une projection de cette information sur un modèle segmenté du myocarde, soit le modèle à 17-segments, établie le lien entre les zones atteintes et les coronaires qui sont les plus responsables de leur irrigation. Ce n'est que par la suite, lors d'une angiographie, que le clinicien pourra identifier les sténoses et possiblement intervenir par revascularisation. Une autre méthode de visualisation de la structure coronarienne et de la présence de sténoses est la méthode Green Lane. Le clinicien reproduit la structure des coronaires sur une carte circulaire en se basant sur l'angiographie. L'objectif de notre projet de recherche est de créer un modèle spécifique au patient où il serait possible de voir les territoires coronariens sur la surface du myocarde fusionnés avec la viabilité myocardique. Ce modèle s'adapterait au patient et permettrait l'étude d'autres groupes de coronaires, ce qui n'est pas possible avec le modèle à 17-segments qui est fixe et ne présente que les trois groupes principaux de coronaires (coronaire droite, gauche et circonflexe). De plus, ce modèle divise la surface de l'épicarde en segments à partir de données statistiques qui sont limitées par la nature et la représentativité de l'échantillon de la population considérée et ne permet pas de visualiser la distribution de perte de viabilité sur la surface épicardique.  ABSTRACT: Coronary heart disease (CHD) can be attributed to the build up of plaque in the coronary arteries (atherosclerosis) which leads to ischemia, an insufficient supply of blood to the heart wall, which results in myocardial dysfunction. When ischemia remains untreated an infarction may appear (areas of necrosis in cardiac tissues) and consequently the heart's contractility is affected, which may lead to death. This disease is the basis of one of every five deaths in the United States during 2005, elevating this disease to the largest cause of death in United States. In standard clinical practice, perfusion and viability studies allow clinicians to examine the extent and the severity of CHD over the myocardium. Then, by consulting a population-based coronary territory model, such as the 17-segment model, the clinician mentally integrates affected areas of myocardium, found in nuclear or magnetic resonance imaging, to coronaries that typically irrigate this region with blood. However, population-based models do not fit every patient. There are individuals whose coronary tree structure deviates from that of the majority of the population. In addition, the 17-segment model limits the number of coronary groups to three: left coronary artery (LAD), right coronary artery (RCA) and left circumflex (LCX). Moreover this map is not continuous; it divides the myocardial surface in segments.Our objective is therefore to create a patient-specific map explicitly combining coronary territories and myocardial viability. This continuous model would adapt to the patient and allow the study of groups of coronary unavailable with standard models. After having identified loss of viability, the clinician would use this model to infer the most likely obstructed coronary artery responsible for myocardial damage. Visualization of the loss of viability along with coronary structure would replace the physician's task of mentally integrating information from various sources.


identifier: Harbec, S. (2009). The Uptake of Sustainable Wastes Management : the Case of Electronic Medical Equipment  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le système de santé est un secteur hautement réglementé jouant un rôle important au sein de l'économie canadienne.  En 2007, la santé représentait environ 11% du produit national brut, pour une somme s'élevant à près de 160 milliards $.  Les hôpitaux occupent une place stratégique au sein du système de santé.  Ils génèrent donc une quantité de déchets qui est proportionnelle à leur importance. Le taux de génération de déchets des hôpitaux nord-américains varie entre 1,5 et 3,9 kg par lit par jour. La littérature indique qu'environ 80% de ces déchets sont de nature domestique, le 20% restant est constitué de déchets cliniques. Lorsque certains déchets infectés, hasardeux ou radioactifs sont manipulés inadéquatement, mis au rebut ou éliminés incorrectement, ils peuvent représenter un danger direct pour les travailleurs oeuvrant en santé et pour le grand public. Dans un rapport datant de 2002, l'Organisation Mondiale de la Santé recommande aux autorités sanitaires d'élaborer un plan de gestion des déchets de la santé afin d'assurer, des pratiques sécuritaires, efficaces et environnementales. Dans la lancée de ce rapport, cette initiative de recherche propose d'identifier un produit clé qui soit particulièrement significatif pour la gestion durable des déchets de la santé : les équipements et machines électroniques utilisés par les hôpitaux pour les divers soins de santé, depuis le diagnostic jusqu'au traitement des patients. Ces équipements et machines électroniques comme par exemple les systèmes d'imagerie médicale, les pompes à infusion, les défibrillateurs,  les sphygmomanomètres ou les thermomètres numériques sont de plus en plus présents dans les hôpitaux et autres institutions.  ABSTRACT: The healthcare is a highly regulated sector and an important economic actor. According to the latest statistics, close to 10,6% of Canada's GDP is devoted to healthcare and the healthcare system is the third largest employer in the country with 1,9 million employees Hospitals play a strategic and central role in the healthcare sector, are complex systems and, generate huge amounts of wastes that have adverse effect on human health and on the environment. It seems therefore rather pertinent to propose a framework for sustainable wastes management in the healthcare sector, and more specifically for the wastes generated by hospitals.   A sustainable wastes management framework implies that healthcare wastes are minimized, even eliminated. It also requires strong product stewardship and adequate options at the end of product life cycle. It therefore points to a network of organizations that provides or arranges to provide a coordinated continuum of wastes management activities. A field study was conducted in order to obtain some preliminary empirical evidence on such network and gain insights into hospital wastes management. The main results from the field study are as follows. First, entities of the inter-organizational network for wastes could be identified and their respective roles could be outlined. The five broad groups of entities may be retained, namely the suppliers that provide the necessary inputs for hospitals' activities, the hospitals themselves which "consume" these inputs and transform them into waste, the waste treatment and disposal organizations that handle, treat, recycle and dispose of wastes.


identifier: Pontes Lima, R. J. (2009). Nanocomposites bore-polymères pour applications de carburants solides  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le bore est considéré un carburant de grand intérêt dans le domaine de l'industrie des matériaux énergétiques. Favorisée par sa haute enthalpie de combustion, qui dépasse celle de tous les autres métaux, l'utilisation du bore à titre de carburant est encourageante. Toutefois, les applications du bore comme carburant demeurent encore restreintes à cause de certaines difficultés particulières. Spécifiquement, l'existence d'une couche résiliente d'oxyde sur la surface des particules de bore affecte l'allumage et la combustion du métal. On remarque souvent que la valeur théorique de l'enthalpie d'oxydation du bore ne s'atteint pas complètement dans les applications de brûlage. Plusieurs recherches visant à résoudre ce problème se trouvent dans la littérature. L'alliage du bore à d'autres métaux et la fluorisation au lieu de l'oxydation sont des exemples de réussites récentes. Dans le cadre de ce projet de recherche, nous avons produit des nanoparticules de bore enrobées par un composé organique qui les protège de l'oxydation prématurée du métal. Ce nanocomposite de bore a été incorporé dans une formulation d'un GAP/propergol (GAP - polyazoture de glicydyl) visant à améliorer la performance énergétique du propergol. Des études de brûlage comparatives entre un GAP/propergol et le GAP/propergol enrichi par le nanocomposite de bore ont été réalisées afin de déterminer la contribution énergétique spécifique à l'inclusion de ce métal dans la composition à base de GAP. Le bore a effectivement contribué à augmenter l'énergie de combustion du nouveau carburant en libérant une importante quantité de chaleur (ca 45 kJ/g). Cependant, ces études sont préliminaires et le nombre d'essais n'a été pas assez élevé pour assurer une valeur précise de l'enthalpie de combustion du bore, qui devrait être plus proche de la valeur théorique de 58 kJ/g. Il faudra donc approfondir l'étude avec de nouvelles formulations de propergols en augmentent la masse de bore incorporée, pour ainsi augmenter la précision de la mesure de la quantité de chaleur libérée par l'inclusion du métal. Inévitablement, la réalisation de ce projet de recherche a contribué à l'avancement des connaissances sur le sujet. Effectivement, ce travail représente une étape importante dans la résolution de la problématique de brûlage du bore, ce qui mènera dans le futur à la production d'un propergol de haute performance énergétique.  ABSTRACT: Boron is considered a fuel of great interest in the field of energetic materials. Because of its high enthalpy of combustion, that exceeds that of all other metals, the use of boron as a fuel is highly desirable. However, the exploitation of the high theoretical energy content of boron has been limited by a few undesirable properties of this metal. Among them, one notes the existence of a resilient oxide layer on the particle's surface, affecting its ignition and combustion. Much research seeking to resolve these problems has been conducted in the past. Examples of successful attempts include the creation of a boron alloy (with Titanium and Magnesium) and the use of fluoridation instead of oxidation. In this research project, nanoparticles of boron covered by an organic compound, which protects them from prematured oxidation, were produced. Those nanoparticles were incorporated into the formulation of a GAP binder (Glycidyl Azide Polymer) in order to increase the energetic performance of the propellant. Studies comparing the combustion of a regular GAP binder and a GAP binder enriched by the nanoparticles of boron produced by this research were conducted with the purpose of determining the metal's energetic contribution. The boron effectively contributed to the increase of the energy of combustion of the new fuel and liberated an important quantity of heat (ca 45 kJ/g). These studies were preliminary and the number of attempts was not sufficient to ensure a precise value of the enthalpy of combustion of boron, which is believed to be closer to the theoretical value of 58 kJ/g. It is necessary to conduct more experiments with new propellant formulations of higher boron content in order to obtain a more precise measure of its calorific value. This research project has contributed to the advancement of knowledge on the subject. It can be seen as an important step towards resolving the problem with boron combustion which will allow for the production of a propellant of high energetic performance.


identifier: Ranjbar, M. (2009). Using Life Cycle Assessment (LCA) to Evaluate the Environmental Characteristics of Ethanol Biorefinery  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La dépendance au pétrole est perçue par chaque pays comme un risque majeur pour le secteur énergétique. Récemment, afin de réduire ce risque, la production de l'éthanol à partir de biomasses renouvelables a reçu une attention particulière, même si l'éthanol est utilisé comme combustible depuis 1908. L'éthanol comme source d'énergie renouvelable présente de nombreux avantages environnementaux dont le plus évident est la réduction des émissions de dioxyde de carbone permettant de diminuer les risques potentiels associés au changement du climat. Beaucoup d'experts voient cette opportunité comme une alternative de notre dépendance aux sources d'énergie non renouvelables. La capacité à produire de l'éthanol à partir de biomasse cellulosique à bas coût est la clé pour rendre l'éthanol compétitif par rapport à l'essence. Mais le choix de source de biomasse joue un rôle important en terme de performance environnementale pour la production de l'éthanol. De nos jours, des pays comme le Brésil et les États-Unis s'intéressent au potentiel énorme que peut offrir l'éthanol. Aux États-Unis, l'éthanol est produit à partir du maïs, alors que le Brésil utilise la canne à sucre pour ce faire. Passer de ces produits, principalement cultivés pour la chaîne agro-alimentaire, à des cultures destinées à produire de l'énergie peut présenter des avantages environnementaux et une efficacité énergétique plus accrus que les cultures vivrières pour l'éthanol. Comme la conversion de diverses matières premières en éthanol est associée à plusieurs coproduits et à des activités aratoires, il n'est pas évident de déterminer la méthodologie qui pourrait analyser de façon appropriée la performance environnementale de la production d'éthanol. L'analyse de cycle de vie (ACV) est reconnue comme une approche systématique et pratique pour implanter le concept de la pensée cycle de vie dans une perspective durable. En tenant compte de toutes les étapes du cycle de vie du produit, l'ACV est capable d'incorporer les facteurs environnementaux dans la phase de conception préliminaire afin de comparer les options de conception et d'améliorer l'identification des options pouvant être les plus bénéfiques pour l'environnement considérant les matières premières utilisées, les méthodes du procédé de fabrication et les stratégies de recyclage. Selon les standards ISO, l'ACV comporte quatre étapes qui sont : 1) définition de l'objectif et de l'envergure des travaux, 2) inventaire du cycle de vie (LCI), 3) évaluation d'impact (LCIA) et 4) interprétation. Cependant, à chaque étape, des méthodologies différentes doivent être sélectionnées avec soin afin d'obtenir une évaluation appropriée de la production d'éthanol. Il est évident qu'il n'existe pas de façon unique de choisir la méthodologie la mieux appropriée pour une ACV de l'éthanol, et cela représente un défi pour les analystes d'ACV. Il n'en demeure pas moins qu'il faut considérer les impacts de ces divers choix sur les résultats.  ABSTRACT: The dependence on oil is a major risk factor when considering the energy security in each country. Recently, in order to mitigate this risk, the production of ethanol from alternative, renewable resources has received special attention although it has been used as a fuel since 1908. Ethanol as a renewable and biodegradable source of energy undoubtedly provides numerous environmental benefits. The most obvious is an increased saving in carbon dioxide emissions which results in a reduction of the potential risks associated with climate change. Furthermore, many see this as an opportunity to shift away from the reliance on non-renewable energy sources. The ability to produce ethanol from cellulosic biomass at a low cost is the key to making ethanol competitive with gasoline. However, choosing the biomass source plays an important role in terms of the environmental performance of ethanol production. At present, countries such as Brazil and the United States are tapping into the enormous potential ethanol has to offer. In the United States, ethanol is produced using corn, while in Brazil, sugarcane is used. Shifting from these crops that are mainly grown for food or feed usage to crops grown for fuel usage can significantly improve the environmental benefits and energy efficiency. As the conversion of different feedstocks to ethanol is associated with various co-products and tillage activities, it is not obvious which methodological framework can analyse the environmental performance of ethanol production appropriately. Life cycle assessment (LCA) is recognized as a systematic and practical approach to the implementation of the life-cycle thinking concept in sustainable design. By taking into consideration all stages of the product life cycle, LCA is capable of incorporating environmental factors into the early design phase in order to compare design options and to improve the identification of the, potentially, most environmentally beneficial options by considering raw material use, the manufacturing process and recycling strategies. According to the ISO standard, LCA has four steps including: 1) goal and scope definition, 2) inventory (LCI), 3) impact assessment (LCIA) and 4) interpretation. However, in each step, different methodological choices need to be made carefully in order to obtain an appropriate evaluation of ethanol production. Generally, the methodological choices are key points for an ethanol LCA study and there are many trade-offs when selecting the most appropriate methodology for an ethanol LCA. These different choices pose a challenge for LCA analyzers. It is obvious that there is no single way to make these choices but it is important to consider the consequences they may have on the results.


identifier: Brault, J.-M. (2009). Modélisation hybride du procédé de boues activées dans l'industrie des pâtes et papiers : étude et prédiction du foisonnement filamenteux  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis plusieurs années, l'industrie des pâtes et papiers canadienne fait face à plusieurs défis. L'augmentation des coûts reliés à l'énergie et l'affaiblissement des marchés d'exportation relié à la force du dollar canadien sont des exemples de facteurs qui ont contribué à freiner la performance de l'industrie de façon considérable. Cette situation l'a forcée à considérer l'efficacité et l'innovation en termes d'opération et d'équipement et ainsi à identifier des opportunités de réduire les coûts d'exploitation. Le traitement des eaux usées par le procédé de boues activées est largement implanté dans l'industrie des pâtes et papiers. Il peut cependant s'avérer difficile à opérer, particulièrement lors d'évènements de foisonnement. Le phénomène appelé foisonnement est le plus souvent causé par une surcroissance de bactéries filamenteuses, et les usines traitant les effluents de fabrication de pâtes et papiers semblent être particulièrement sujettes à ces problèmes. Par conséquent, les boues activées décantent lentement et ne s'épaississent pas de façon adéquate, menant parfois au débordement de boues à l'effluent. Si les causes et les sources du problème ne sont pas identifiées à l'avance, le phénomène de foisonnement filamenteux requiert l'utilisation de mesures correctives coûteuses pour éviter de compromettre l'efficacité du traitement et continuer à respecter les normes de rejet. De plus, l'utilisation de ces méthodes réactives plutôt que proactives ne cible pas les causes spécifiques des problèmes et n'en supprime les effets que temporairement. La DBO et les MES à l'effluent d'usines canadiennes étant généralement bien en-dessous des normes établies, la question opérationnelle clé n'est donc pas d'améliorer l'efficacité du traitement, mais bien d'éviter les perturbations de procédé. L'importance de prédire l'occurrence du foisonnement filamenteux à son début et d'identifier les facteurs contribuant à de telles poussées vers des états non désirables est donc importante pour assurer la performance du procédé de boues activées. L'objectif principal de la thèse était de développer une approche systématique pour la prédiction, le diagnostic et la réduction de problèmes de foisonnement filamenteux dans l'industrie des pâtes et papiers. Pour prédire les problèmes de foisonnement filamenteux avant que son momentum soit inarrêtable ou avant que l'utilisation de produits chimiques soit impérative, il est important de développer des procédures utilisant sur des données que des opérateurs peuvent facilement suivre et incorporer dans leur routine décisionnelle. Les objectifs spécifiques sous-jacents à cet objectif général étaient (1) de vérifier le potentiel de mesures émergentes à prédire les problèmes de foisonnement filamenteux normalement surveillés à l'aide d'indices de volume des boues, (2) d'obtenir un signal d'alerte identifiant le début d'un problème de foisonnement filamenteux et (3) d'identifier les facteurs contribuant au foisonnement filamenteux ainsi que les sources reliées à son occurrence. En fournissant donc aux opérateurs des signaux d'alerte ainsi que les relations de cause-source correspondantes, un contrôle durable du foisonnement filamenteux pourrait être implanté et les coûts d'exploitation en seraient diminués.  ABSTRACT: The Canadian pulp and paper industry has faced many challenges over the last few years. Rising energy costs and export markets weakened by a strong Canadian dollar are examples of setbacks that have considerably dampened performance. This has left the industry with the need for innovation in equipment and operation and the need to identify opportunities for reducing operating costs. Wastewater treatment by the activated sludge treatment process has been widely implemented in the pulp and paper industry. However, this process can be difficult to operate, particularly during sludge bulking events. The phenomenon called bulking is most often caused by the excessive growth of filamentous bacteria and plants treating the effluents from pulp and paper manufacturing are particularly subject to these problems. Consequently, activated sludge settles slowly and does not thicken adequately, often leading to sludge escaping from the secondary clarifiers to the final effluent. If the causes and sources of the problem are not identified in advance, filamentous bulking will require costly remediation measures to avoid compromising treatment efficiency and to maintain compliance with effluent permit levels. Furthermore, the use of these reactive rather than proactive methods does not target the specific causes of these problems and only temporarily suppresses the effects. Effluent BOD and TSS from Canadian mills are usually far below accepted levels, and the key operational issue lies not in improving efficiency, but in avoiding process upsets. The importance of predicting the onset of filamentous bulking and of identifying the factors contributing to such an outbreak towards non desirable states is thus important in order to ensure that an optimal performance of the activated sludge process is maintained. The main objective of this thesis was to develop a systematic approach for predicting, troubleshooting and reducing filamentous bulking problems in the pulp and paper industry. In order to predict the onset of filamentous bulking problems before its momentum becomes unstoppable or before the use of chemicals is imperative, it is important to develop procedures that are based on actionable data that operators can easily follow and incorporate into their decision-making routine. The underlying specific objectives were (1) to verify the potential of emerging measurements to predict filamentous bulking problems normally monitored with sludge volume indices, (2) to obtain a warning signal that identifies the onset of a filamentous bulking event and (3) to identify the factors contributing to filamentous bulking and the sources related to its occurrence. By providing operators with early warning signals and corresponding root cause relationships, filamentous bulking can be sustainably controlled and operating costs can be reduced.


identifier: Bussières, F. (2009). Intrication temporelle et communication quantique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La communication quantique est l'art de transférer un état quantique d'un endroit à un autre et l'étude des tâches que cela permet d'accomplir. Cette thèse présente des avancées technologiques et théoriques appliquées à la communication quantique dans un contexte réaliste avec essais sur le terrain. Ceci a été réalisé à l'aide d'une transmission de l'information quantique par une fibre optique déployée dans un environnement urbain. Les innovations présentées élargissent le champ d'application de l'intrication temporelle à travers l'élaboration de nouvelles méthodes pour manipuler l'encodage temporel, d'un nouveau modèle de caract érisation d'une source de paires de photons, de nouvelles facons d'étudier la non-localité et de l'élaboration et la première réalisation d'un nouveau protocole de pile ou face quantique tolérant aux pertes. Manipulation de l'encodage temporel Le photon unique est un excellent véehicule avec lequel un qubit, l'unité fondamentale de l'information quantique, peut être encodée. En particulier, l'encodage temporel de qubits photoniques est bien adapté à la transmission par fibre optique. Avant les travaux de cette thèse, le champ d'application de cet encodage était limité par l'absence de méthodes réalisant opérations et mesures arbitraires. Nous avons éliminé cette restriction et propose les premières méthodes permettant de réaliser une opération arbitraire et deterministe sur un qubit temporel ainsi qu'une mesure dans une base arbitraire. Nous avons appliqué ces propositions au cas spécifique du calcul quantique basé sur la mesure et sur l'optique linéaire et montré comment réaliser les opérations en aval essentielles à cette approche. Ceci ouvre la voie vers la création d'un ordinateur quantique basé sur l'optique, mais également à de nouvelles tâches en communication quantique. Caractérisation de sources de paires de photons La communication quantique expérimentale nécessite la création de photons uniques et de paires de photons intriqués. Ces deux ingrédients peuvent être obtenus à partir d'une source de paires de photons basée sur un processus non-linéaire spontané. Plusieurs tâches en communication quantique nécessitent une connaissance précise des propriétés de la source utilisée. Nous avons développé et démontré expérimentalement une nouvelle méthode simple et rapide permettant de caractériser une source de paires de photons. Cette méthode est particulièrement bien adaptée à un contexte de transmission sur le terrain où les conditions expérimentales, telles que la transmittance d'un canal, peuvent  uctuer, et où la caract érisation de la source doit être faite en temps réel.  ABSTRACT: Quantum communication is the art of transferring a quantum state from one place to another and the study of tasks that can be accomplished with it. This thesis is devoted to the development of tools and tasks for quantum communication in a real-world setting. These were implemented using an underground optical bre link deployed in an urban environment. The technological and theoretical innovations presented here broaden the range of applications of time-bin entanglement through new methods of manipulating time-bin qubits, a novel model for characterizing sources of photon pairs, new ways of testing non-locality and the design and the rst implementation of a new loss-tolerant quantum coin- ipping protocol. Manipulating time-bin qubits A single photon is an excellent vehicle in which a qubit, the fundamental unit of quantum information, can be encoded. In particular, the time-bin encoding of photonic qubits is well suited for optical bre transmission. Before this thesis, the applications of quantum communication based on the time-bin encoding were limited due to the lack of methods to implement arbitrary operations and measurements. We have removed this restriction by proposing the rst methods to realize arbitrary deterministic operations on time-bin qubits as well as single qubit measurements in an arbitrary basis. We applied these propositions to the specic case of optical measurement-based quantum computing and showed how to implement the feedforward operations, which are essential to this model. This therefore opens new possibilities for creating an optical quantum computer, but also for other quantum communication tasks. Characterizing sources of photon pairs Experimental quantum communication requires the creation of single photons and entangled photons. These two ingredients can be obtained from a source of photon pairs based on non-linear spontaneous processes. Several tasks in quantum communication require a precise knowledge of the properties of the source being used. We developed and implemented a fast and simple method to characterize a source of photon pairs. This method is well suited for a realistic setting where experimental conditions, such as channel transmittance, may  uctuate, and for which the characterization of the source has to be done in real time. Testing the non-locality of time-bin entanglement Entanglement is a resource needed for the realization of many important tasks in quantum communication. It also allows two physical systems to be correlated in a way that cannot


identifier: Hébert-Desgroseilliers, L. (2009). Conception d'un plan de production minière avec rétroaction  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire de maîtrise porte sur la planification de la production pour un quart de travail dans une mine à ciel ouvert. Le problème de planification consiste à maximiser le transport de la roche fragmentée durant un quart de travail tout en satisfaisant les différentes contraintes opérationnelles. Nous proposons un modèle linéaire qui inclut les principales contraintes rencontrées dans le domaine minier. Le modèle tient compte, entre autres, de la capacité opérationnelle des équipements, de la quantité et des caractéristiques du minerai disponible aux sources (pelles) et des caractéristiques du matériel désirées aux puits (concasseurs). Le mémoire propose une façon originale d'inclure et de linéariser les fonctions non linéaires associées à l'attente des camions aux pelles. La motivation d'utiliser un modèle linéaire réside dans le fait qu'un tel modèle est facilement résoluble et dans un temps raisonnable. On présente d'abord un modèle de base qui inclut les principaux groupes de containtes. Ensuite, on enrichit le modèle avec l'ajout de contraintes sur la capacité de la flotte de camions incluant une estimation par des inéquations linéaires du temps d'attente des camions aux pelles. Pour la résolution du modèle linéaire de planification, on utilise un solveur nommé Xpress-MP. La stratégie de résolution est simple et, pour un problème de taille moyenne, la résolution s'effectue en moins de cinq secondes. Par ailleurs, nous développons des outils permettant de déterminer, dans certains cas, que l'exemplaire à résoudre est non réalisable avant d'entamer la résolution. Dans le cas où ces outils ne permettent pas de détecter un exemplaire non réalisable, un algorithme permet de cibler les groupes de contraintes causant cette non réalisabilité.  ABSTRACT: This thesis focuses on the production planning for a work shift in an open pit mine. The planning problem is to maximize the transportation of fragmented rock during a work shift while satisfying various operational constraints. We propose a linear model that includes the main constraints encountered in the mining industry. The model includes the operational capacity of equipment, the quantity and the characteristics of the ore available at the shovels and the characteristics of the ore at the crushers. The thesis proposes a new method to include and linearize nonlinear functions that one used for estimating the waiting time of the trucks at the shovels. We use a linear model because such a model can easily be solved in a reasonable computational time. First, we present a basic model that includes the main groups of constraints. Then, we enrich this model with additional constraints on the capacity of the fleet of trucks, including an estimation, by linear inequalities, of the waiting time at the shovels. For solving the proposed linear model, we use a solver named Xpress-MP. The solution strategy is simple and, for a medium sized instance, the computational time is less than five seconds. We also develop tools for determining if, in some cases, the instance is infeasible before starting the solution process. In cases where these tools does not detect an instance infeasibility, an algorithm can be used to identify a group of constraints causing this  nfeasibility. This method allows the user to ajust the parameters of the instance to obtain a valid production plan.


identifier: Ezzouhairi, A. (2009). Intégration et gestion de mobilité de bout en bout dans les réseaux mobiles de prochaine génération  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pendant les dix dernières années, l'utilisation des systèmes de communication sans fil est devenue de plus en plus populaire tant chez les entreprises que chez les particuliers. Cette nouvelle tendance du marché est due, en grande partie, à la performance grandissante des réseaux mobiles qui concurrencent davantage les réseaux filaires en termes de bande passante, de coût et de couverture. Toutefois, cette catégorie de solutions sans fil est conçue pour des services spécifiques et utilise des technologies très variées. De plus, les usagers sont de plus en plus mobiles et requièrent des applications sensibles au délai (voix, multimédia, etc.). Dans ce nouveau contexte de mobilité, la prochaine génération des réseaux sans fil (4G) s'annonce comme l'ultime solution visant à satisfaire les exigences des usagers tout en tirant profit de la complémentarité des services offerts par les systèmes mobiles existants. Pour ce faire, la principale vocation de la future génération (4G) consiste en l'intégration et la convergence des technologies sans fil existantes et celles à venir. Cette intégration passe obligatoirement par l'utilisation du protocole IP (Internet Protocol) qui permet de cacher l'hétérogénéité des systèmes intégrés puisqu'il demeure l'unique couche commune à toutes les plateformes mobiles. Plusieurs solutions d'intégration ont été proposées dans la littérature. Celles-ci concernent des architectures d'intégration et des mécanismes de gestion de mobilité. Cependant, les approches proposées ne font pas l'unanimité et souffrent de plusieurs handicaps liés, en particulier, à l'interopérabilité et la garantie des relèves sans coupures.  ABSTRACT: During the last few years, the use of wireless systems is becoming more and more popular. This tendency can be explained by the fact that mobile technologies are gaining in performance in terms of bandwidth, coverage and cost compared to the traditional wired solutions. However, each mobile network is tailored for a specific type of services and users. Moreover, end users are expected to become more and more mobile and show an increasing interest to real-time applications. In these circumstances, the next generation of mobile networks (4G) appears to be the ultimate solution that will satisfy mobile user demands and take benefit of the existing wireless systems. Indeed, the future generation consists of integrating, in an intelligent manner, the existing/future wireless systems in a way that users can obtain their services via the best available network. This integration passes through the use of the Internet Protocol (IP) that will hide the heterogeneity pertaining to the integrated networks. To deal with this very important task, several solutions are available in the literature. The proposed approaches cover some basic topics such as interworking architecture and mobility management. Nevertheless, these proposals suffer from drawbacks relevant to the guarantee of QoS through heterogeneous technologies.


identifier: Guilini Charette, K. (2009). Effets des mouvements sismiques sur les structures en acier de la catégorie des constructions conventionnelles  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire porte sur l'étude du comportement sismique des structures en acier de la catégorie des constructions conventionnelles (type CC) conçues avec des connexions non-ductiles et ductiles. Une attention particulière a été portée à la sélection des mouvements sismiques servant à effectuer les analyses temporelles qui ont permis de caractériser le comportement des structures étudiées. Pour déterminer les accélérogrammes à utiliser pour les analyses temporelles effectuées dans le mémoire, nous avons réalisé trois études. Tout d'abord, une étude sur l'amplification des mouvements sismiques due aux effets des sols meubles de l'est du Canada a été réalisée avec le logiciel d'analyse de sol Proshake. Cette étude a montré que les sols mous ont pour effets d'amplifier les mouvements sismiques aux alentours de la période fondamentale du sol et de les dé-amplifier pour les autres périodes. Cette étude nous a permis d'observer que les séismes synthétiques fournis dans Atkinson (2009) pour des sites de catégories D et E montrent une amplification légèrement supérieure à celle obtenue des analyses de sol dans Proshake pour les périodes inférieures à 0,5 s et supérieures à 2,0 s. Les effets des séismes synthétiques sur une structure inélastique de 4 étages ont été étudiés et comparés à ceux produits par des séismes historiques. Différentes méthodes de sélection et d'étalonnage des enregistrements sismiques ont été proposées et leurs effets sur une structure inélastique de 4 étages ont été étudiés. Suite à cette étude, nous avons proposé quelques suggestions sur la sélection et l'étalonnage des mouvements sismiques. Pour étudier le comportement sismique des contreventements en acier de type CC, 24 bâtiments de 2 à 10 étages situés à Montréal et à Vancouver sur des sites de catégorie C et E ont été examinés. Les 24 structures étudiées ont été modélisées avec des connexions non-ductiles dimensionnées avec l'effort sismique amplifié par 1,5 et avec des connexions ductiles. Ces dernières étaient des assemblages boulonnés ayant comme mode de rupture l'ovalisation excessive des trous du gousset due à la pression diamétrale des boulons. La capacité en déformation de ce type d'assemblages a été déterminée expérimentalement à 31 mm.  ABSTRACT: This thesis examines seismic behaviour of concentrically braced steel frames of the Conventional Construction (type CC) category designed with non ductile and ductile brace connections.  Special attention was given to the ground motion selection for the time history analyses to be performed to characterize the behaviour of the structures studied. To determine the accelerograms that should be utilized for the time history analyses, we have studied three aspects: ground motion amplification due to site effects for Eastern Canada; structure responses under historical and artificial accelerograms; and ground motion selection and scaling methods. A preliminary study on ground motion amplification due to soft soil effects of Eastern Canada was carried out with the Proshake computer program.  Soft soils were found to amplify the ground motion for building periods close to the soil fundamental period and to de-amplify the motions for other periods.  The study also showed that the artificial records of site classes D and E by Atkinson (2009) generally exhibit a higher amplification than the one found with Proshake for periods shorter than 0,5 s and longer than 2,0 s. Inelastic response of a structure subjected to artificial ground motions was studied and compared to that obtained under historical records. Different motion selection and scaling methods were proposed and compared by examining the inelastic response of a 4-storey building. From this study, it was possible to propose ground motion selection and scaling methods.  To study seismic behaviour of concentrically braced steel frames of the type CC category, a total of 24 buildings from 2- to 10-storeys located on site classes C and E in Montreal and Vancouver have been analysed. The 24 studied structures were modeled with non ductile connections designed with a seismic force amplified by 1,5 and ductile connections. Ductile connections, exhibiting a bolt bearing failure mode, were chosen and its deformation capacity available was experimentally estimated at 31 mm. Three series of analyses were performed. The first series included elastic time-history analyses to determine the force demand on non ductile brace connections. The brace forces obtained were compared to the brace connection capacity. In Montréal, on a site class C, the brace force demands were lower than the connection capacity for building of 4 storeys or less and higher than the capacity for buildings of 6 storeys and more.


identifier: Chagnon, A. (2009). Étude biomécanique de la dégénérescence du disque intervertébral à l'aide d'un modèle éléments finis poroélastique.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les disques intervertébraux confèrent flexibilité et mobilité à la colonne vertébrale, et sont responsables d'amortir et de transmettre les chargements tout le long du rachis. Avec l'âge et les facteurs environnementaux, l'usure et la dégénérescence des disques peuvent survenir et affecter considérablement leurs fonctions principales. La dégénérescence est généralement accompagnée de douleurs, principalement dans la région lombaire, celle étant la plus sollicitée mécaniquement. L'étude de cette pathologie a été entreprise par plusieurs expérimentations sur des rachis cadavériques, afin de mieux comprendre les effets de la dégénérescence sur la mobilité discale. En complément à ces études, des modèles éléments finis ont été développés afin de représenter le comportement biphasique des disques, essentiel à la représentation de la dégénérescence discale, mais peu de modèles ont été réellement exploités pour étudier la pathologie elle-même. Le présent projet visait à développer et valider un modèle poroélastique, par éléments finis, du disque intervertébral, puis à exploiter ce modèle pour identifier les paramètres biomécaniques discaux ayant une influence significative sur les comportements biomécaniques des disques sains et dégénérés. Le premier objectif du projet était de développer et de valider un modèle par éléments finis poroélastique et paramétrique du disque intervertébral lombaire intégrant une représentation générique des différentes structures du disque, des plateaux cartilagineux et des corps vertébraux. La géométrie simplifiée a été générée à partir de courbes paramétriques et de mesures expérimentales tirées de la littérature. La hauteur discale et les propriétés poroélastiques des disques sains (grade I de la classification de Thompson) et dégénérés (grades III et IV) ont été tirés de la littérature. La validation a ensuite été réalisée pour les modèles des disques de grades I, III et IV à l'aide de courbes expérimentales de fluage en compression extraites de la littérature. De plus, les amplitudes de mobilité ont été comparées pour des sollicitations en inflexion latérale, flexion et extension, par rapport à celles issues d'expérimentations in vitro présentées dans la littérature. Les profils de pression interstitielle, de contrainte effective et de contrainte totale ont été comparés entre les différents niveaux de dégénérescence du disque, et l'apport des différents chargements a été calculé afin d'identifier la phase (solide ou fluide) qui régit le comportement discal, sous l'application de chargement en compression, inflexion latérale, flexion et extension. Pour ce faire, une contrainte de 0,35 MPa a été appliquée pour le chargement en compression, et  ABSTRACT: The intervertebral discs impact the flexibility and mobility of the spine and play an important role in transmitting loads through the spine. Disc wear and degeneration occur as a result of age and environmental factors while these changes affect the main function of the disc. The degeneration is generally associated with low back pain, mainly in the lumbar region, where the spine carries heavy loads. Experimental studies were realized on cadaveric functional units to investigate this pathology and to understand its effect on spinal mobility. As a complement, poroelastic finite element (FE) models have been developed and used to represent the biphasic behaviour of the disc. The inclusion of this poroelasticity is essential in the representation of the degeneration process. However, to date such models were not really used to study the degenerative pathology by itself. The purpose of this project was to develop and validate a poroelastic parametric FE model of the intervetebral disc and then identify the significant biomechanical parameters affecting the healthy and degenerated disc behaviour. The first objective of this project was to develop and validate a poroelastic parametric FE model, which integrates a generic representation of the disc structure, endplates and vertebral bodies. The simplified geometry was generated using published parametric equations and data found in the literature. Disc height and poroelastic properties of both healthy (Thomson grade I) and degenerated (Thompson grades III and IV) discs were also taken from published data. FE models were validated using published experiments exploring creep. Ranges of motion (ROM) in lateral bending, flexion and extension were compared with those from published in vitro experiments. Pore pressure (PP), effective stress (SE) and total stress (ST) profiles were analyzed as a function of time following the application of load along discal region profiles for each disc grade. The relative contribution of SE and PP was then analyzed as function of time and in the mid-sagittal region. To do so, a compressive stress of 0,35 MPa was applied for every loading case and a moment of 5Nm was added. Simulations of grades I, III and IV disc models using the compressive stress alone agreed well with available published experimental creep data. However, ranges of motion obtained from bending moments were lower than published experimental values. As compared with healthy disc models, stress profiles were mainly concentrated in the annulus region for degenerated disc models (principally in the compressed zone). The PP was dissipated as consolidation occurs, at a higher rate for highly degenerated discs (GR.IV). Then, as the fluid was expulsed, the solid matrix took up extra stresses.