identifier: Taherparvar Pahmedani, M. (2022). Numerical Study of Sediment and Chemical Transport in the Lower Athabasca River Due to a Tailings Dam Breach Spill and in the Context of Climate Change  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les barrages de résidus sont connus pour causer des accidents et ont déjà été la cause d'accidents mortels. Maintenant que cette question est posée, quelles seront les conséquences de la rupture possible des digues à résidus, et ces effets persisteront-ils au fil du temps ? Ces barrages offrent la possibilité de stocker à grande échelle et pour une longue durée les déchets issus du processus d'extraction minière. Rien qu'au cours du siècle actuel, qui s'est écoulé depuis près de 2 décennies, 11 ruptures graves de ces barrages ont été signalées, et il semble que ce nombre soit en augmentation. Dans le même temps, la probabilité de défaillance et d'effondrement des digues à résidus est plus élevée que dans les barrages hydrauliques, et cela s'explique par leur utilisation industrielle. Les barrages hydrauliques sont des structures fiables qui sont utilisées pour stocker l'eau et être efficaces dans son utilisation, tandis que les barrages à résidus sont utilisés pour stocker les résidus qui ne sont pas nécessaires. En conséquence, nous préférons dépenser le moins d'argent pour leur construction. Pour répondre à la question de savoir pourquoi une digue à résidus s'effondre, plusieurs raisons peuvent être avancées, telles que le poids imposé à la digue à la suite de fortes pluies et la faiblesse des fondations de la digue. De plus, la transformation des déchets solides en une substance liquide peut entraîner le rejet de déchets à la surface de l'eau et dans les eaux souterraines, ce qui constitue une menace pour la faune.  ABSTRACT: Tailings dams are notorious for causing accidents and have been the cause of fatal accidents before. Now this question is raised, what consequences will befall us due to the possible failure of tailings dams, and will these effects still remain over time? These dams provide the possibility of storing wastes from the mineral extraction process on a large scale and for a long time. Only in the current century, which has passed nearly 2 decades, 11 serious breaks in these dams have been reported, and it seems that this number is increasing. At the same time, the probability of failure and collapse of tailings dams are higher than in water dams, and the reason for this is their industrial use. Water dams are reliable structures that are used to store water and be efficient in its use, while tailings dams are used to store residues that are not needed. As a result, we prefer to spend the least amount of money on their construction. To answer the question of why a tailings dam collapses, several reasons can be put forward, such as the weight that is imposed on the dam as a result of heavy rains and the weak foundation of the dam. Also, the transformation of solid waste into a liquid substance can lead to the discharge of waste to the water surface and underground water, which is a threat to wildlife. Many historic catastrophic tailings dams failures in Canada have raised concerns about the risk associated with oil-sands tailings, such as safety and environmental impacts. Therefore, it has increased the interest to investigate the potential effects of the failure of an oil sand tailings dam on the water quality as well as the adjacent lands in the downstream area. Studying and modeling the flow after the failure of tailings dams creates its own difficulties due to the non-Newtonian behavior of tailings materials. This study aims to numerically investigate the flow of dam breach tailings on oil sands tailings dams.


identifier: Asmar, M. (2022). A Computer Vision-Based Automatic Transcription of Guitar Music from RGBD Videos  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La musique est un art d'expression auditive, beaucoup de musiciens écoutent et jouent de la musique. Ces derniers partagent leurs musiques en forme écrite (notation) grâce à la transcription. Plusieurs notations existent, comme la notation musicale standard (la portée) et les tablatures de la guitare. La transcription ou l'écriture d'une pièce musicale en cours de composition est faite généralement à la main, toutefois le processus est long, fastidieux et prone aux erreurs. Pour cela, plusieurs travaux ont porté sur l'automatisation de cette tâche. Les approches proposées utilisent la vision par ordinateur, le traitement du signal audio ou bien une combinaison des deux. Dans ce travail, nous nous intéressons à un instrument en particulier, commun et utilisé presque partout aujourd'hui, la guitare. Pour partager des pièces musicales destinées à être jouées sur une guitare, les guitaristes peuvent utiliser la tablature ou bien la notation standard. Cette dernière est plus généraliste (c'est-à-dire peut être utilisée par des instruments différents) et se concentre sur la note et la durée de cette dernière. Hors, dans le cas de la guitare, une même note peut etre jouée sur différentes cordes et frettes de la guitare. Ainsi, la tablature offre une notation plus directe puisqu'elle indique exactement la corde à gratter et la frette à presser. Ces informations sont absentes dans la notation musicale standard. Puisque le traitement par audio nécessite une connaissance a priori sur le réglage des cordes ainsi que leurs timbres, en plus de ne pas pouvoir savoir la frette et la corde jouée sans savoir les timbres des cordes, une approche basée sur le traitement du signal audio semble complexe. Par conséquent, dans ce travail, nous proposons une méthode de transcription se basant uniquement sur des vidéos. Dans l'objectif de développer un système de transcription automatique basée sur la vision par ordinateur, nous avons utilisé une camera RGBD de grade commercial, qui offre à la fois des trames RGB ainsi que des cartes de profondeur. Les trames RGB sont utilisées pour la segmentation de la guitare, l'estimation de la pose de la main, le calcul du flux optique et le post-traitement; tandis que les cartes de profondeur sont utilisées pour l'estimation de la pose de la main et le post-traitement. Dans le but d'entrainer un modèle d'apprentissage profond pour la segmentation automatique du manche de la guitare dans les trames RGB, nous commençons par construire notre propre base de données.  ABSTRACT: Music has been an artful way of expression, and since it is based on sounds, musicians transcribed their music so it can be shared and used by others. Several notation systems exist for music, such as the standard music notation and guitar tablature. When musicians transcribe an existing musical piece or write down a song they are composing, they notate the music manually. This makes the process long, tedious and error-prone mostly for amateur guitarists. Thus, several studies were conducted on automating transcription in many contexts and for different instruments. Some of these methods are based on audio signal processing, while others are based on computer vision or a combination of both. The instrument of interest in this work is the guitar. The guitar is a musical instrument that has been existing for a long time and it is widely used across a wide spectrum of music styles across the globe, and it is one of the instruments used for research towards developing more robust automatic transcription of tablature. Unlike the standard music notation, which is not specific to any instrument, guitar tablature is. The latter is a notation created specifically for stringed instruments such as the guitar or the bass. Tablature displays which fret to press and on which string, which is a piece of information that the standard music notation lacks, and this is important since the same pitch exists in many different places on a guitar fretboard. Thus, the aim of this work was to develop an automatic transcription system producing a guitar tablature from the analysis of video images of a guitarist playing the instrument. Furthermore, our system relies only on visual information to perform the task of transcription since we believe that a computer vision approach is more suited for the tablature transcription problem. An approach based on audio processing would increase the complexity of the task, especially when dealing with chords (multiple notes at the same time), frets and strings. In the case of processing audio signal, the pitch can be recognized, however, a string timbre is a must-know since the same pitch can exist on different string/fret combinations; in addition to requiring to know the tuning of the guitar beforehand. The system developed in this work, uses videos that encodes both color and depth information through the use of a RGBD camera. The RGB frames are used in all stages of the project while depth maps are only used during hand pose estimation and post-processing. Indeed, the approach adopted in this work is comprised of many stages that include segmentation, hand pose estimation, optical flow and post-processing.


identifier: Courtade, E. (2022). Importance des variables et régressions statistiques imitant l'heuristique de branchement fort dans un problème de rotation d'équipages  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Afin d'optimiser l'ensemble du processus de planification des plans de vols, les compagnies aériennes ont recours à des solveurs de plus en plus performants. Une des étapes de ce processus est la construction de rotations d'équipages où l'on cherche à trouver les ensembles de vols minimisant les coûts. Ces rotations doivent répondre à un ensemble de règles définies par des conventions entre la compagnie et ses employés afin d'être considérées valides. Les techniques de recherche opérationnelle produisent aujourd'hui des solutions relativement bonnes en prenant en compte l'ensemble de ces contraintes. Le problème est résolu sous forme d'un arbre de Branch-and-Bound, et plus particulièrement un arbre de Branch-and-Price. En effet, à cause du grand nombre de rotations entrant en jeu dans la définition du problème,il n'est pas possible de résoudre ce dernier sous sa forme initiale. La méthode de la génération de colonnes est utilisée à chacun des noeuds de l'arbre de Branch-and-Price pour résoudre le problème sous une forme réduite et ainsi explorer efficacement l'arbre en des temps réduits. Des méthodes dites de diving peuvent aussi être utilisées pour réduire encore plus les temps de résolution: une fois qu'un noeud a été exploré, il n'est plus possible de revenir sur des noeuds précédemment mis de côté plus haut dans l'arbre. L'espace de recherche s'en retrouve ainsi grandement réduit. Le choix de la variable à fixer lors de la résolution de l'arbre de Branch-and-Price peut se faire grâce à plusieurs heuristiques. La plus utilisée par les compagnies aériennes aujourd'hui est celle de la fixation de colonne qui consiste à brancher sur la colonne ou rotation ayant la plus grande valeur fractionnaire. Sa rapidité et ses bons résultats la rendent facilement exploitable dans un environnement industriel. L'heuristique du branchement fort propose quant à elle des résultats bien plus proches de l'optimalité mais souffre d'un temps d'exécution très élevé. Elle considère en effet un certain nombre de rotations candidates qui la mènent à résoudre successivement plusieurs problèmes linéaires avant d'étendre l'arbre. Cette particularité la rend donc inexploitable dans la pratique. Afin de combiner les très bonnes performances du branchement fort et la rapidité de la fixation de colonne dans notre contexte de Branch-and-Price et de diving, l'utilisation d'un modèle d'apprentissage machine se présente comme une solution adéquate.  ABSTRACT: To optimize the whole planning process of their flight plans, airlines employ state-of-theart solvers. One of the steps of this process consists in the building of crew pairings where one aims to find the lists of pairings that minimize operation costs. These pairings must satisfy a set of rules defined by collective agreements and airline regulations between the company and its employees to be judged valid. Nowadays, operational research techniques generate very good solutions while considering these constraints. The problem is solved as a Branch-and-Bound tree, and especially a Branch-and- Price tree. Indeed, because of the large numbers of pairings present in the problem, it is not possible to solve it under its initial form. The column generation method is used at each node of the Branchand- Price tree to solve the problem under a reduced form and thus efficiently explore the tree with a lower computational time. Diving methods can also be used to reduce even more the resolution time: once a node has been explored, it is not possible to come back to previous nodes which have been put aside higher in the tree anymore. The search space is thus greatly reduced. The choice of the variable to fix during the resolution of the Branch-and-Price tree can be done thanks to several heuristics. The most used by airlines today is column fixing where we chose to branch on the column which has the highest fractional value. Its speed and its good results make it easily exploitable in an industrial environment. On the other side, the strong branching heuristic generates optimal or near-optimal results but suffer from a very high computational time. It considers a certain number of candidate pairings which lead it to solve successively several linear problems before expanding the tree. This particularity makes it unexploitable in practice. To combine the very good results of strong branching and the speed of column fixing in a Branch-and-Price and diving context, the use of a machine learning model appears promising. Specifically, imitation learning can take decisions similar to those of an expert, the strong branching. However, such a model does not need to solve each candidate node, reducing drastically the computational time. To produce a result, the model needs information about the candidates. The choice of those features is crucial to have the most precise predictions.


identifier: Bernier, N. (2022). Optimisation d'une stratégie de gestion de la demande de puissance en utilisant différentes sources de stockage thermique dans un agrégat de bâtiments  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La lutte aux changements climatiques constitue l'un des enjeux les plus critiques de l'ère moderne. Pour diminuer considérablement les émissions de gaz à effet de serre, la plupart des secteurs de l'économie doivent être électrifiés et l'électricité doit être produite par des sources d'énergies propres. Cependant, énergies propres signifient souvent énergies renouvelables intermittentes et l'intégration de ces types d'énergies aux réseaux électriques présente des défis opérationnels importants. Bien entendu, l'équilibre entre la demande et la production doit être maintenu en tout temps, et historiquement, c'est la production qui suivait la demande malgré son profil très peu constant. Il semblerait pourtant bénéfique de renverser ce paradigme avec l'avènement des réseaux énergétiques intelligents. Considérant la nature stochastique de la production et de la demande, une source de stockage est essentielle dans l'équation, de sorte à éliminer les désynchronisations entre les deux composantes du système en plus de pouvoir pallier l'incertitude des prédictions. L'environnement bâti étant l'un des consommateurs les plus importants d'énergie à travers le globe, ce mémoire de maîtrise se concentre sur les stratégies du côté de la demande, plus particulièrement sur l'écrêtage des pointes de puissance des bâtiments connectés au réseau électrique. En utilisant la masse thermique déjà présente dans les bâtiments, il semble possible de suivre le profil de production électrique sans nécessiter d'investissements majeurs de capitaux. Pour considérer plusieurs facteurs comme le confort thermique ou bien l'efficacité énergétique dans la fonction à optimiser, le modèle d'optimisation utilisé dans ce projet de recherche se base sur des prédictions de l'inertie thermique calculées via des techniques d'apprentissage machine avec Python. Ainsi, en utilisant les données historiques de n'importe quel bâtiment, un algorithme de contrôle optimal est en mesure d'envoyer des commandes aux systèmes électromécaniques de sorte à optimiser son profil de consommation pour répondre aux besoins du réseau électrique. Ce mémoire présente les résultats des différents scénarios simulés avec le logiciel de modélisation TRNSYS pour une saison hivernale. L'interopérabilité entre TRNSYS et Python est possible grâce au développement d'un outil informatique développé dans le cadre de cette recherche. Les études de cas mettent en valeur les avantages et les inconvénients environnementaux, économiques et opérationnels d'une alimentation biénergie ou bien purement électrique.  ABSTRACT: There is a consensus among the scientific community when it comes to fighting climate change: the future needs to be electrified and the grid needs to be powered by clean energy. However, clean energy often means intermittent renewable energy, and its integration into the grid comes with a few operational challenges. An equilibrium between the power supply and the demand has to be maintained at all times, and historically, the supply has been following the demand even if it has been spiking daily. It is worth reversing the perspective: what if the demand can be flexible and adapt to the supply according to the resources' availability? Given the stochastic nature of the supply and demand, one can only achieve such a paradigm with a means of storage allowing to achieve the energy transfer when the supply and demand are asynchronous and to act as a buffer to account for prediction uncertainties. Since the built environment is one of the main energy consumers, this thesis focuses mainly on demand-side strategies, especially load shifting, applied to Grid-Interactive Efficient Buildings (GEBs). By leveraging the thermal mass already inside commercial buildings, it becomes possible to adapt to the needs of the grid without additional financial investments. To ensure thermal comfort and energy efficiency, the optimization scheme is based on a thermal inertia prediction model using machine learning techniques in Python. Using historical data of buildings, a dedicated optimal control-based algorithm is able to send commands to the electromechanical components of a building to optimize its load profile to suit the grid's needs. This thesis shows the results of different simulations performed for an institutional building located in Montréal during a winter season, using the TRNSYS modelling software paired with a Python script acting as the controller. The co-simulation between TRNSYS and Python is enabled by a new TRNSYS component that was created as part of this work. These different case studies shed light on the pros and cons from an environmental, economic, and operational point of view of a dual-energy system and a purely electrical system. The results show that the dual-energy system is the one with the overall best flexibility score; it can achieve shifting of the entire load during a peak event without disturbing the occupants' thermal comfort and is the most viable financial option. However, on the other hand, this scenario generates at least 6 times more CO2 than the fully electrical reference scenario.


identifier: Chaillard, D. (2022). Combinaison de la programmation par contraintes et de l'apprentissage par renforcement profond pour résoudre les tâches de planification IA classique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Bien qu'il y ait eu des progrès significatifs dans le domaine de la planification IA en général, certains domaines demeurent hors de portée des systèmes de planification IA actuels. Récemment, l'utilisation d'apprentissage par renforcement avec des réseaux de neurones profonds a permis de repousser cette frontière. Nous essayons de pousser cette frontière encore plus loin en utilisant la programmation par contraintes avec de la propagation de croyance. La programmation par contraintes est une très bonne méthode pour découvrir la structure d'un problème. On utilise cette information pour guider un agent d'apprentissage par renforcement sur un tâche de planification IA classique, Floortile. De nos agents avec de l'information de la CP on peut tirer trois types. Ceux où l'information est injectée dans les observations du monde. Ceux où l'information est ajoutée dans le choix de l'agent lorsqu'il utilise sa politique. Et enfin, ceux où l'information est ajoutée dans la récompense. De ces trois types seul le second obtient des performances supérieures à l'agent témoin. Cependant, ces agents ne peuvent pas se passer de programmation par contraintes pour continuer à fonctionner et ne généralisent pas très bien à d'autres exemplaires du même problème. Le premier type d'agent obtient des performances bien en-dessous de celles de l'agent témoin et le troisième agent les égale.  ABSTRACT: While there has been significant progress in general AI planning, certain domains remain out of reach of current typical AI planning systems. Recently, the use of deep reinforcement learning has allowed to push that frontier further. We try to help further these RL agents with the use of constraint programming with belief propagation. Constraint programming is a very good method to uncover the structure of a problem and we use that information to guide a reinforcement learning agent on a classical AI planning task, Floortile. Our agents using constraint programming can be separated into three types : those where the information is used in the observations, those where the information is used in the decision process and those where the information is used in the reward. Of these three types, only the second one achieves performances better than the control agent. However, these agents cannot work without constraint programming and don't generalize very well to other instances of the same problem. The first type achieves performances way below the control and the third one achieves about the same as the control.


identifier: Duplessis-Guidon, P. (2022). Méthodes d'apprentissage profond pour l'estimation de disparités d'une paire d'images multispectrale  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente plusieurs nouvelles méthodes pour estimer la disparité des silhouettes humaines dans une scène à l'aide d'une paire d'images stéréoscopiques du spectre infrarouge thermique et du spectre couleur. Le défi ce problème est de faire correspondre des sous-régions d'images qui ne partagent pas la même information. En effet, le spectre infrarouge thermique et RGB ont quelques informations en commun, telles que les formes générales des silhouettes, mais la principale source d'information du spectre RGB est manquante dans les images infrarouges thermiques (LWIR), soit la couleur. Des méthodes ont été proposées dans des précédents travaux pour résoudre ce problème, mais nous voulons appliquer de connaissances plus récentes pour améliorer les résultats. Trois grandes idées forment notre méthodologie. La première idée a été d'ajouter les masques de segmentation aux sous-régions d'entrée de notre réseau. Le réseau va donc connaître le contexte de la sous-région pour la comparer à la sousrégion de l'autre spectre. Le réseau va donc savoir si la sous-région appartient à une instance ou non, et verra si une frontière est présente. La deuxième idée est de modifier l'architecture de l'extracteur de caractéristiques afin d'opter pour une solution plus moderne. Nous avons donc remplacer les deux RNCs du réseau pseudo-siamois par HRNet. HRNet est un extracteur de caractéristique gardant la même résolution tout au long de l'extraction des caractéristiques. Ceci permet donc d'avoir des cartes de caractéristiques avec le plus grand nombre de détails possible. Dans cette même idée, nous avons dû adapter le réseau HRNet étant donné que nous l'utilisons sur des entrées de 36×36, et que l'architecture est initialement faite pour des images de plus grande taille. Nous avons ensuite modifié la sortie de l'architecture HRNet, pour encore une fois garder le plus de caractéristiques possibles. La dernière idée apportée dans ce mémoire a été de combiner les deux premières idées ensemble pour introduire les masques dans le réseau HRNet. Les deux premières idées prises séparément ont donné de très bons résultats. Par contre, la combinaison des deux a donné des résultats peu concluants, mais il était bon de faire l'étude pour prouver l'efficacité des masques selon l'extracteur de caractéristiques. Pour l'ensemble des méthodes présentées, la tête du réseau reste inchangée. La tête qui est présentée est constituée de deux branches avec un fonctionnement identique. Il y a une branche de concaténation et une branche de corrélation. Le principe de ces branches est le suivant. L'opération de fusion est faite sur les deux vecteurs de caractéristiques sortant des extracteurs. Ensuite le vecteur résultant de cette opération de fusion est passé dans un réseau pleinement connecté qui déterminera l'estimation de disparité pour la branche donnée. L'estimation finale sera donnée par la moyenne de ces deux estimations de disparité. Avec ces méthodes, nous avons été capables de générer des résultats qui dépassent l'état de l'art.  ABSTRACT: This work will presents several methods to estimate the disparity between human silhouettes using RGB and infrared images. The main goal of this master thesis is to match two stereo patches from two different spectrum. Between a RGB and a thermal image, there is not much shared information, except from the shapes of the humans in the scene. Methods were proposed for this problem, but we want to improve the solution by bringing new ideas from recent work. This work presents three proposed ideas that we have implemented. The first idea consists of concatenating segmentation masks to the input patches of the network. The network can know the context of the patch using the masks. The goal of the patch is to identify the boundary in the image. The second idea is to modify the architecture to change the feature extractor for a modern one. We will replace both CNNs in the pseudo-siamese network with an HRNet backbone. We chose HRNet because it is a feature extractor that keeps a high resolution feature map across all the network. The output has a lot of information, and is the same size as the original input patch. Because the HRNet backbone was not designed for 36×36 images, we had to adapt it to fit this input size. We removed the smallest sub-sampling which was too small for such a small input patch. When HRNet was adapted to our network, we then modified the output to see if the result could be improved by concatenating the last high resolution layer of every stage. The last idea was to take this modified pseudo-siamese HRNet network and mix it with the first idea of introducing masks in the network. We obtained very good results by applying separately both ideas. However, the combination of both did not give convincing results, but it was a good study to see the efficiency of the masks with a high resolution feature extractor. For every method presented, the head of the network stayed the same. The head of the network was made of two branches. One concatenation branch and one correlation branch. A branch takes the output of the fusion operation and passed it to a fully connected layer to output the estimated disparity. The final disparity is given by the mean of both branches.


identifier: Garcia Vega, P. (2022). Development of a Method for Anomaly Detection in Time Series Applied to Vehicle Monitoring  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de ce projet a été de développer une méthode de détection des anomalies dans les séries temporelles, applicable à la surveillance des véhicules routiers. La détection de comportements anormaux dans la conduite des véhicules permet d'anticiper les problèmes mécaniques, les mauvaises pratiques et d'améliorer les performances des véhicules. Pour le présent projet, nous avons collaboré avec une entreprise montréalaise visant l'électrification partielle des camions. Les séries temporelles associées aux véhicules proviennent de la surveillance effectuée par leurs capteurs tout au long du processus de conduite. Ces informations sont stockées sous la forme de séries chronologiques multivariées. La détection d'anomalies dans ces véhicules se heurte notamment à la présence de séries chronologiques multivariées, à la subjectivité de la définition de l'anomalie et au manque d'ensembles de données étiquetées.  Les techniques étudiées dans la littérature ont été classées en méthodes probabilistes, basées sur la distance, basées sur un modèle, basées sur la fréquence et basées sur la théorie de l'information. À partir de ces approches, une méthodologie itérative a été développée. Elle se compose de cinq étapes, brièvement décrites ci-dessous : La première étape est appelée prétraitement. Ici, il faut s'assurer que les données d'entrée sont dans un format approprié. Certaines opérations de filtrage ou de normalisation sont effectuées à ce stade. La deuxième étape vise à extraire des sous-séquences de la série temporelle. Ces sous-séquences sont obtenues en recherchant les changements dans la dynamique de la série multivariée. Dans la troisième étape, un score d'anomalie est calculé pour chaque sous-séquence et un seuil d'anomalie est défini. À l'issue de la troisième étape, un lot de sous-séquences extraites de la série originale est défini comme des anomalies candidates. Les candidats sont regroupés en catégories en fonction de leur comportement dynamique dans la quatrième étape et la cinquième étape consiste à valider les catégories de candidats précédemment crées. Cette méthodologie est dite itérative car les résultats de chaque itération sont utilisés pour le calibrage des paramètres de chaque étape, ainsi que pour identifier à chaque fois des anomalies différentes. La méthode décrite est appliquée dans un cas réel en utilisant les données d'un partenaire industriel. Ce partenaire installe des modules « Stop Start » (SSM) dans des camions afin de réduire leur consommation de carburant. Lorsque le moteur du camion est arrêté, la batterie intégrée au SSM est chargée d'alimenter les systèmes auxiliaires du camion (chariot élévateur, climatisation, etc.) et elle aide également à redémarrer le camion. Actuellement, la détection des anomalies est effectuée visuellement par l'équipement de diagnostic. La valeur perçue par le partenaire industriel consiste à automatiser la détection et le diagnostic des anomalies. Dans le cadre du présent projet, les données recueillies par le SSM pour l'une des flottes de camions ont été utilisées. La base de données initiale contient un total de 206 923 observations de 279 variables différentes pour un camion. Au total, trois itérations de la méthode sont effectuées. Au cours de la première itération, l'extraction des sous-séquences est effectuée en utilisant la série temporelle de la position de l'accélérateur comme référence. Le score d'anomalie est calculé en mettant en relation les courbes de vitesse et d'accélération du véhicule. Les candidats identifiés sont les séquences pour lesquelles la relation entre l'accélération et la vitesse est inhabituelle. Un total de 19 séquences anormales sont validées par le partenaire industriel dans cette itération.  La deuxième itération utilise une variable catégorielle, liée à l'état du SSM pour l'extraction des sous-séquences. En utilisant le même score d'anomalie que lors de la première itération, on obtient 82 anomalies validées par des experts. En outre, un patron d'anomalie est découvert dans cette itération, qui est utilisé dans l'itération suivante.  La troisième itération utilise les mêmes sous-séquences extraites lors de la deuxième itération, mais le score d'anomalie est lié à la distance par rapport au patron anormal détecté lors de la deuxième itération. Ainsi, après classification et validation, 103 sous-séquences sont validées comme anomalies. Enfin, on obtient ainsi après trois itérations, en éliminant les anomalies qui se chevauchent entre les itérations, 122 séquences validées comme anomalies, 13 sous-séquences qui nécessitent une analyse plus approfondie pour être validées et 125 sous-séquences rejetées comme anomalies. Un outil visuel a été développé pour aider l'équipe de diagnostic lors du processus manuel de détection des anomalies. La méthode employée s'est avérée efficace pour la détection des anomalies dans le domaine de la surveillance des véhicules. Une attention particulière a été accordée pour faciliter l'interprétation des résultats par l'équipe de diagnostic du partenaire. Cependant, elle présente des limites liées à l'évolutivité, en raison de l'intervention humaine pour l'étape de validation, et à la mesure des performances, en raison du manque de données étiquetées. À l'avenir, l'incorporation de méthodes plus complexes et automatiques sera une option intéressante pour détecter de nouvelles anomalies, de même que le passage à un modèle hors ligne, tel que le modèle actuel, à un modèle en ligne dans lequel les données télémétriques des véhicules peuvent être analysées en temps réel.  ABSTRACT: The objective of this project was to develop a method for detecting anomalies in time series, applicable to vehicle monitoring. The detection of abnormal behaviors in the driving of vehicles allows to anticipate mechanical problems, bad practices and to improve the performance of vehicles. For the present project, we collaborated with a Montreal-based company aiming at the partial electrification of trucks. The time series associated with the vehicles come from the monitoring performed by their sensors throughout the driving process. This information is stored in the form of multivariate time series time series. Detecting anomalies in these vehicles is hampered by the presence of time series with multiple variates, the subjectivity of the definition of anomaly and the lack of labeled databases.  The search of the literature provided several perspectives on the problem of anomaly detection in time series. The techniques studied were classified into probabilistic, distance-based, model-based, frequency-based, and information theory-based methods.  From the studied techniques, an iterative methodology was developed. The first step, preprocessing, aims at clean, filter and normalize the data. The whole time series is segmented in subsequences taking into account the dynamical changes of the time series in the second stage of the method. Then, for each subsequence, an anomaly score is calculated and, by defining an anomaly score threshold, some candidates are identified as potential anomalies. Candidates are grouped according to their dynamic behavior in the fourth step to then proceed to validation by the industrial experts. Finally, the results after three iterations, eliminating overlapping anomalies between iterations, are 122 sequences validated as anomalies, 13 subsequences that require further analysis to be validated, and 125 subsequences rejected as anomalies. A visual tool was developed to assist the diagnostic team in the manual anomaly detection process. The method used has proven to be effective for anomaly detection in the vehicle monitoring domain. Special attention was given to facilitate the interpretation of the results by the diagnostic equipment. However, limitations related to scalability and performance measurement have been identified. In the future, it will be of interesting to incorporating more complex and less interpretable methods will be for detecting new anomalies and move from offline to an online model capable of processing data in real time.


identifier: Assaf, H. (2022). Design and Characterization of a CMOS-Based Long Retention Time Memristive Cell  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré les promesses de la dernière décennie, les memristors ne sont pas encore des dispositifs utilisables en pratique pour les applications récentes qui nécessitent une immense puissance de calcul. Le dispositif, que Leon Chua a découvert en 1971 et que Hewlett Packard a fabriqué pour la première fois en 2008, manque encore de robustesse et de fiabilité dans son processus de fabrication. Chaque memristor peut être caractérisé par deux caractéristiques principales: (a) la memristance qui est la fenêtre de résistance et (b) la durabilité qui est souvent appelée temps de rétention. Pourtant, les memristors, qui sont également connus comme des dispositifs de commutation résistifs, sont confrontés à de multiples défis qui empêchent les chercheurs de les utiliser dans leurs applications finales. Les défis les plus courants pour un memristor sont la contrôlabilité de la fenêtre de résistance, le dopage des ions, les caractéristiques physiques des matériaux constitutifs, la nano-échelle et quelques autres défis. Heureusement, les émulateurs de memristors peuvent remplacer le dispositif réel dans plusieurs applications modernes. Ces émulateurs sont basés sur un processus de fabrication CMOS éprouvé. Cependant, l'inconvénient commun de ces émulateurs est leur incapacité à conserver leurs états internes pendant de longues périodes. Dans ce travail, nous présentons une cellule memristive qui non seulement possède les caractéristiques du memristor comme la fameuse courbe d'hystérésis I-V pincée, mais qui possède également un temps de rétention de 10 ans. Pour réaliser une telle cellule, nous avons utilisé des transistors à grille flottante pour la rétention des charges et un émulateur de memristor pour que le circuit présente un comportement similaire à celui des memristors. Une puce de 1 mm², que nous avons fabriquée en utilisant un processus CMOS standard de 65 nm avec une fine épaisseur de diélectrique de grille, a été utilisée pour caractériser les mécanismes de charge et décharge des dispositifs à grille flottante. Nos expérimentations en laboratoire ont permis de découvrir des faits intéressants sur les transistors à grille flottante réalisés avec un procédé CMOS à 65 nm."  ABSTRACT: Despite being actively researched in the past decade, memristors still lack practical realizations that could be used to implement usable devices. The device, which Leon Chua discovered in 1971 and Hewlett Packard fabricated for the first time in 2008, is still missingrobustness and reliability in its manufacturing process. Any memristor can be characterizedby two main features: (a) memristance, which is the device's resistance range and (b) durability, which is often referred to as retention time. Nonetheless, the memristors, also known as resistive switching devices, are facing multiple challenges that prevent researchers from using them in their end applications. The most common challenges for a memristor are memristance window controllability, ion doping, physical characteristics of the composing material and nano-scalability. Luckily, memristor emulators are good substitutes, for the time being, in most modern applications. Many memristor (or resistive switching device) emulators are based on a mature CMOS process. However, the common setback for these emulators lies in them lacking the ability to retain their internal states for long periods. In this dissertation we present a memristive cell that not only has the memristor's characteristics as the famous I-V pinched hysteresis curve but also has a 10-year retention time. To bring forward such a cell, we used floating gate transistors for charge trapping and a memristor emulator for a memristor-like behavior of the circuit. We fabricated a 1 mm2 chip using a standard 65 nm CMOS process with thin-gate dielectric thickness that was used to characterize both charging and discharging mechanisms of the floating-gate devices. Our in-laboratory experiments uncovered interesting facts about floating-gate transistors in the 65 nm process. For example, we found that charge tunneling starts at around 350 mV gate-source potential. However, at around 650 mV , the device loses its ability to trap charges. Nonetheless, and despite process sensitivity, the charges that were delicately tunneled into floating-gate devices continue to be trapped inside their circuits.


identifier: Alousi-Jones, M. (2022). L'influence de l'environnement bâti sur le niveau de satisfaction liée aux déplacements des Montréalais pendant la pandémie COVID-19  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des deux dernières années, la pandémie de COVID-19 a profondément changé la vie de tous et aura assurément des effets à long terme sur leurs habitudes, leur santé et leur bien-être. Au début de la pandémie, les restrictions ont forcé les gens à passer plus de temps chez eux et dans leurs quartiers immédiats que jamais auparavant, ce qui les a amenés à interagir avec leur environnement bâti de nouvelles façons. L'objectif principal de ce mémoire est de mieux comprendre la relation entre la satisfaction liée aux déplacements et l'environnement bâti des Montréalais dans le contexte de la pandémie, en étudiant aussi comment vient intervenir le comportement de déplacement dans cette relation. La revue de littérature fournit un contexte à l'étude et démontre l'importance d'explorer l'impact de l'environnement bâti sur le bien-être subjectif, en particulier dans le contexte de la pandémie. On trouve dans la littérature que les déplacements quotidiens affectent le bien-être des gens, et les gens tiennent compte de la satisfaction liée aux déplacements lorsqu'ils évaluent leur satisfaction générale de la vie. De plus, l'environnement bâti a un impact sur le choix de mode de transport, et les modes utilisés affectent la satisfaction liée aux déplacements. L'étude de ce sujet se complique par le fait qu'il subsiste une certaine ambiguïté dans la façon dont le bien-être est défini et dont les données, très subjectives, sont analysées.  ABSTRACT: Over the past two years, the COVID-19 pandemic has profoundly changed people's lives and will assuredly have long-lasting effects on their habits, health and well-being. Early in the pandemic, stay-at-home orders forced people to spend more time at home and immediate neighborhoods than ever before, which in turn made them interact with their built environment in new ways. The objective of this study is to better understand how the built environment impacted Montrealers' travel experience and well-being over the course of the pandemic thus far, also studying how travel behaviour comes into play in this relationship. The literature review on travel satisfaction and its relationship with travel behaviour and people's environments provides context to the thesis and demonstrates the importance of exploring the impact of the built environment on subjective well-being, especially in the current context. Daily travel has been found in the literature to affect people's well-being, and people seem to take travel satisfaction into account when rating their overall life satisfaction. In addition, the built environment has an impact on transport modal choice, and the modes used affect travel satisfaction. However, there remains a certain ambiguity in the way in which well-being is defined and in which the very subjective data is analysed.


identifier: Tran, Q.-H. (2022). Architecture pour les analyses distribuées et parallèles de traces logicielles  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec l'augmentation de la complexité dans le développement de logiciel, les développeurs ont besoin d'outils sophistiqués pour faciliter leur travail. Les outils de traçage aident à comprendre le comportement réel des systèmes complexes grâce au relèvement des évènements bas-niveau, au moment précis des anomalies, avec très peu de surcoût, en production. Une fois que ces traces sont collectées, des outils d'analyse de trace sont nécessaires pour extraire des informations utiles, car il est presqu'impossible de les analyser manuellement. L'expansion de l'utilisation des systèmes distribués et parallèles crée des défis particuliers pour le domaine du traçage. Les outils traditionnels, créés pour analyser les traces des appareils personnels, ne sont pas adéquats pour analyser les traces générées par ces systèmes qui peuvent être gigantesques. Il existe une multitude de solutions dédiées au traçage des systèmes distribués. Ces outils supportent l'exécution des opérations pour agréger les analyses des traces de grande taille. Cependant, ces opérations sont souvent très couplées au type d'application ciblé par l'outil. Trace Compass est un outil très flexible. Il supporte plusieurs formats de fichiers de trace et offre des analyses très sophistiquées. Il est aussi facile de rajouter le support pour un nouveau type de trace ou de développer une nouvelle analyse, grâce à son architecture avec une base de données puissante qui permet d'effectuer n'importe quel type d'analyse de manière efficace. Cependant, Trace Compass, dans son état actuel, n'est pas encore utilisable dans un environnement distribué. Il lui manque la capacité de fournir une vue globale sur des traces de grande taille, ou de se déployer dans une organisation avec plusieurs instances parallèles, pour être capable de gérer un plus grand volume de traces. L'objectif de ce travail est de trouver une solution qui prend les meilleures caractéristiques des solutions existantes : un outil de traçage distribué qui fonctionne bien avec les traces de grand volume et offre des opérateurs puissants qui permettent aux utilisateurs de filtrer les données récupérées, tout en gardant la flexibilité pour faciliter l'adoption de l'outil dans des environnements différents. Nous avons fait une revue complète de la littérature sur les différentes techniques de traçage, et surtout les solutions existantes pour le traçage distribué en particulier. Nous avons souligné les avantages et les limitations de l'architecture de ces outils et avons fait ressortir les points sur lesquels nous pourrions apporter des contributions. Nous avons remarqué qu'il existe un patron d'architecture commun entre ces outils, et que la capacité d'offrir des opérateurs sur le résultat, à travers des requêtes, est très puissant.  ABSTRACT: The increasing complexity in software architecture requires sophisticated tools to help engineers in their development process. An efficient tool for this purpose is a tracer, which allows deep understanding of the behaviour of the running program, as well as the complex underlying system, by collecting low level events during execution at the near-exact moment of the anomaly, with minimal overhead, in production. Once these traces are collected, another set of tools are used to analyse and extract useful information from the raw data. Indeed, it is almost impossible to analyse this data manually in modern days, due to their size. The rapid expansion of distributed and parallel systems requires these tools to be adapted, since these types of systems raise specific challenges due to their nature. Very often, traditional tools created for analysing single machines are not suitable for analysing the traces generated from these large parallel systems. There are currently several solutions explicitly engineered for distributed tracing. These tools allow users to execute operators on the requested data through their query protocol, to aggregate the analysed data for large size traces. However, these operators are often semantically tightly coupled to the type of application for which the tool was created. Trace Compass is a very flexible tool in this sense. It supports various trace formats and sophisticated analyses. It is also relatively easy to add support for new trace formats, or new types of trace nalysis, thanks to its architecture and its powerful database that offer efficient queries for any type of analysis. That being said, Trace Compass in its current form has limitations on scalability. It cannot be deployed over multiple parallel instances, to carry the analysis in parallel, and offer an aggregated view, for very numerous or very big traces. The goal for this work is to find a solution that brings the best of both world: a tool for tracing distributed and parallel systems with good scalability, offering powerful operators to allow complex combinations of operations on the requested data, while maintaining a certain level of flexibility to ease the adoption of the tool in different types of environments. We did a thorough literature review on trace analysis tools, with a particular focus on existing solutions for distributed tracing. We underline the advantages and limitations in their architecture, and pointed out the areas where we can bring potential contributions. We noticed some common design patterns among these tools and confirmed that the ability to run operators on the requested data is particularly interesting. From there, we attempt to find a working model for distributed tracing, with Trace Compass as the main analysis module, to bring the advantages of existing solutions to the tool, while maintaining its flexibility.


identifier: El Aoun, M. R. (2022). Empirical Studies of Quantum Programming Issues  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec les progrès de l'informatique quantique ces dernières années, les logiciels quantiques deviennent essentiels pour explorer le plein potentiel des systèmes informatiques quantiques. Récemment, le génie logiciel quantique (QSE) est devenu un domaine émergent qui attire de plus en plus l'attention. Cependant, on ne sait pas quels sont les défis et les opportunités de l'informatique quantique auxquels est confrontée la communauté du génie logiciel. En tant que nouvelle approche pour effectuer des calculs afin de résoudre plus rapidement des problèmes spécifiques (par exemple, des problèmes d'optimisation combinatoire), la programmation quantique diffère de la programmation classique de plusieurs manières. Par exemple, l'état d'un programme quantique est de nature probabiliste et un ordinateur quantique est sujet aux erreurs en raison de l'instabilité des mécanismes quantiques. Par conséquent, les caractéristiques des problèmes de programmation quantique peuvent être très différentes de celles de la programmation classique. Cette thèse rapporte deux études empiriques menées dans le but de comprendre les problèmes de programmation quantique auxquels sont confrontés les développeurs de logiciels quantiques. Premièrement, nous effectuons une étude des défis perçus par les développeurs de logiciels quantiques et identifions des opportunités pour la recherche et la pratique du QSE. En particulier, nous examinons les forums de questions-réponses techniques où les développeurs posent des questions liées au QSE, et les rapports de problèmes GitHub où les développeurs soulèvent des problèmes liés au QSE. Deuxièmement, nous effectuons une étude des caractéristiques des bogues dans l'écosystème logiciel quantique et de leur distribution dans les composants du programme quantique. Pour comprendre les enjeux QSE perçus par les développeurs. Nous réalisons une étude empirique sur les forums Stack Exchange où les développeurs postent des questions et donnent des réponses liées à QSE et des rapports de problèmes Github où les développeurs soulèvent des problèmes liés au QSE dans des projets pratiques d'informatique quantique. Sur la base d'une taxonomie existante des types de questions sur Stack Overflow, nous effectuons d'abord une analyse qualitative des types de questions liées au QSE posées sur les forums Stack Exchange. Nous utilisons ensuite la modélisation automatisée des sujets pour découvrir les sujets dans les publications Stack Exchange liées au QSE et les rapports de problèmes GitHub.  ABSTRACT: With the advance of quantum computing in recent years, quantum software becomes critical for exploring the full potential of quantum computing systems. Recently, quantum software engineering (QSE) becomes an emerging area attracting more and more attention. However, it is not clear what are the challenges and opportunities of quantum computing facing the software engineering community. As a new approach of performing computation to solve specific problems (e.g., combinatorial optimization problems) faster, quantum programming is different from classical programming in several different ways. For example, the state of a quantum program is probabilistic in nature, and a quantum computer is error-prone due to the instability of quantum mechanisms. Therefore, the characteristics of quantum programming issues may be very different from that of classical programming. This thesis reports two empirical studies to understand quantum programming issues facing quantum software developers. Firstly, we perform a study of the challenges perceived by quantum software developers and seek opportunities for future QSE research and practice. In particular, we examine technical Q&A forums where developers ask QSE-related questions, and GitHub issue reports where developers raise QSE-related issues. Secondly, we perform a study of the bug characteristics in the quantum software ecosystem and their distribution throughout the quantum program components. To understand the QSE-related challenges perceived by developers. We perform an empirical study on Stack Exchange forums where developers post QSE-related questions & answers and Github issue reports where developers raise QSE-related issues in practical quantum computing projects. Based on an existing taxonomy of question types on Stack Overflow, we first perform a qualitative analysis of the types of QSE-related questions asked on Stack Exchange forums. We then use automated topic modeling to uncover the topics in QSE-related Stack Exchange posts and GitHub issue reports. Our study highlights some particularly challenging areas of QSE that are different from that of traditional software engineering, such as explaining the theory behind quantum computing code, interpreting quantum program outputs, and bridging the knowledge gap between quantum computing and classical computing, as well as their associated opportunities. Regarding the characteristics of bugs occurring in quantum software projects. We conduct an empirical study on the bug reports (in the forms of pull requests and issue reports) of 125 quantum software projects hosted on GitHub, in order to provide insights that can help devise effective testing and debugging mechanisms for quantum software projects.


identifier: Talebi, M. (2022). A Continuum-Based Fully-Lagrangian Model for Ice-Water Dynamics  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La reconnaissance du comportement dynamique des glaces fluviales est d'une grande importance, en particulier dans les régions froides, où elles ont le potentiel de déclencher les phénomènes dits de blocage des glaces. Étant donné que ces phénomènes sont hautement dynamiques, leur dynamique ne peut être capturée que par des méthodes numériques appropriées. Les méthodes numériques qui traitent les problèmes de la dynamique de glaces sont soit basées sur une représentation discrète ou continue de blocs de glace. Alors que les approches discrètes, telles que la méthode des éléments discrets (DEM) sont très précis, elles demeurent néanmoins coûteuses en ressources informatiques pour des applications à grande échelle car elles traitent de banquises prises individuellement. D'autre part, la description continue offre une scalabilité et est moins couteuse car elle considère un amas de glace comme un seul corps continu et permet de résoudre sur cet ensemble les équations de conservation. En combinaison avec les méthodes numériques lagrangiennes (particules) lissées et sans maillage, telles que le Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) et le Moving Particle Semi implicite (MPS), la description continue peut également offrir un niveau de précision et de flexibilité comparable à la description discrète.  ABSTRACT: Recognition of the behavior of the river ice dynamics is of great importance, especially in cold regions, as they have the potential to trigger the so-called ice jamming phenomena. Since these phenomena are highly dynamic, its dynamics can only be captured by proper numerical methods. Numerical methods for ice dynamic problems are either based on the discrete or continuum descriptions of the ice floes. While the discrete-based approaches, such as the Discrete Element Method (DEM), are very accurate, they are computationally expensive for large-scale problems, as they deal with individual ice floes. On the other hand, the continuum description offers scalability and computational  affordability, by considering the assembly of ice parcels as a body of continuum and solving the conservation equations. In combination with the mesh-free Lagrangian (particle) numerical methods, such as Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) and Moving Particle Semi implicit (MPS), the continuum description can also offer accuracy and flexibility comparable to the discrete description. In this study, we propose an MPS Lagrangian numerical method for simulation of multiphase, multiphasic ice-water dynamics, based on continuum description of both ice and water, considered as non-Newtonian and Newtonian fluids, respectively.


identifier: Alexandre, P. (2022). Méthodologie de modélisation et de caractérisation en régime transitoire d'électrolyseurs pour la production d'hydrogène vert  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'hydrogène vert jouera presque assurément un rôle important dans la transition énergétique mondiale. Le Québec, en tant que grand producteur d'énergie renouvelable, a le potentiel d'être un acteur important du développement de l'électrolyse de l'hydrogène. L'hydrogène sera amené à jouer un rôle de vecteur énergétique pour des applications qu'il est difficile d'électrifier avec des batteries électrolytiques. Il possède une grande densité énergétique massique qui rendrait possible de fournir en énergie des applications qui demandent une grande capacité énergétique (comme le transport maritime et les communautés éloignées), pour lesquels le poids est un enjeux important (comme le transport aérien) ou pour lesquels le temps de recharge est un enjeu (comme certains cas de transport routier léger). De plus, l'intégration d'électrolyseurs comme charges intelligentes peut participer à stabiliser un réseau de puissance. Ce mémoire présente une revue de littérature large du rôle de l'hydrogène dans la transition énergétique, des technologies d'électrolyse et de pile à combustible et des méthodes de modélisation d'électrolyseurs. Deux modèles d'électrolyseurs (par circuit équivalent et par schéma-bloc) sont ensuite présentés et leurs méthodes de caractérisation sont décrites. Les modèles ne prennent pas en compte l'effet de la température ni les pertes de concentration afin de rester simples, mais l'ajout de la dépendance en température devrait être une priorité des recherches futures. Afin d'être facilement utilisables, les modèles sont mis en place sur le logiciel de simulation Simulink. Finalement, les prédictions des modèles sont comparées aux résultats d'un montage expérimental. Parmi les deux modèles présentés, le modèle par schéma-bloc semble le plus adapté à prédire le comportement de l'électrolyseur. Notamment, il présente une dépendance en courant logarithmique du terme transitoire, similaire aux résultats expérimentaux observés. Comparativement au modèle par circuit équivalent, il présente une erreur trois fois plus faible lors de la validation des résultats et possède une méthode de caractérisation plus simple et plus précise.  ABSTRACT: Green hydrogen will surely play an important part in the world's green energy transition. Quebec, with its large renewable energy production, has the potential to be a leader in the developement of hydrogen electrolysis. Hydrogen will most likely be used as an energy vector for applications that are difficult to power using electrolytic batteries. It is characterised by a large energy capacity for its mass that makes it an interesting option to provide power to applications requiring considerable energy quantities (such as marine transport or remote communities), applications for which weight is a curcial issue (such as air travel) or for which the recharge time is important (such as certain light road transport). Furthermore, the integration of electrolysers as smart loads can help stablilyze a power network. This thesis features a broad literature review of green hydrogen's role in the energy transition, of electrolysis and fuel cell technologies and of electrolysis modelisation methods. Afterwards, two models (an equivalent circuit model and a block scheme model) are presented and their characterisation methods are described. The models do not take for account the effects of temperature or concentration loss to stay simple, but adding the temperature dependency should be a priority for future works. In order to make them accessible, the models have been implemented on the Simulink simulation program. Finally, the models' predictions have been compared to experimental results in order to validate them. The block scheme model seems more adapted to predict the electrolyser's response. Its transient response presents a logarithmic dependency to current which fits the experimental results. Compared to the equivalent circuit model, the error between the model's prediction and the experimental results is three times lower and its characterisation method is simpler and more precise.


identifier: Akbari, M. (2022). High Signal-to-Noise Ratio Successive Approximation Analog to Digital Converters  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes d'acquisition de données nécessitent des convertisseurs anaologique numérique (CAN) multicanaux, offrant de hautes performances et des larges bandes passantes. Ces besoins ont abouti à la conception de structures hybrides. Les CAN à registre d'approximations successives avec mise en forme du bruit (NS-SAR) ont montré des performances très intéressantes en termes d'énergie/surface en combinant les avantages des CAN à registre d'approximations successives et ceux à modulateurs delta-sigma (ΔΣMs). Étant compatibles avec de haut niveau d'intégration technologique, les CAN NS-SAR resteront une solution prometteuse dans l'avenir. Améliorer les performances des CAN NS-SAR sans augmenter la complexité de la conception des circuits et des techniques d'étalonnage est une exigence primordiale. D'autre part, les CAN incrémentiels hybrides (IADC) à partage de matériel et multi-étapes ont présenté les meilleures performances pour les applications multicanaux en ajoutant plusieurs avantages aux ΔΣMs. Les principaux facteurs qui limitent l'efficacité des IADC sont la bande passante étroite, la grande consommation d'énergie des intégrateurs basés sur l'amplificateur à transimpédance (OTA) des quantificateurs à plusieurs bits, le taux élevé de suréchantillonnage (OSR) et la complexité des architectures hybrides. Cette thèse contribue à ce sujet en proposant deux architectures de CAN basées sur des CAN NS-SAR. Premièrement, l'architecture de mise en forme du bruit à plusieurs étages (MASH) améliore l'ordre de mise en forme du bruit (NS) des CAN NS-SAR, en ajoutant une deuxième étape avec des exigences de conception assouplies et, sans excès significatif de complexité et de consommation d'énergie supplémentaires. Ce CAN est implémenté en technologie ST-28nm FD-SOI, réalisant une opération de NS de quatrième ordre avec un rapport signal sur bruit et sur distorsion (SNDR) de 75 dB et un taux de suréchantillonnage (OSR) de 10 avec une bande passante de 100 kHz. Deuxièmement, l'utilisation de la structure MASH NS-SAR proposée dans un mode incrémental en deux étapes augmente l'ordre de NS à six et atteint une résolution adéquate pour un système d'acquisition de données multicanal combinant les avantages des IADC multi-étapes, le CAN NS-SAR et la topologie MASH. Les structures proposées dans cette thèse sont caractérisées par un OSR requis plus faible, des quantificateurs SAR à faible puissance et un retour d'erreur (EF) basé sur un amplificateur à faible gain au lieu de filtres à boucle d'intégration en cascade (CIFF) basés sur des OTA de haute performance. Une simulation à l'aide d'un macro-modèle dans Cadence Spectre® a été réalisée pour vérifier l'idée proposée. De plus, des simulations basées sur SIMULINK®, modélisant les imperfections des circuits, et les équations analytiques dérivées prédisent les performances ainsi que la consommation d'énergie de l'architecture proposée.  ABSTRACT: High channel-density data acquisition systems require high-performance and wide-bandwidth multi-channel analog to digital converters (ADCs). This demand resulted in an approach to designing hybrid structures. Noise-shaping successive approximation register (NS-SAR) ADCs have shown power/area-efficient performance combining the advantages of SAR ADCs and delta-sigma (ΔΣ) modulators. Being technology scaling friendly, NS-SAR ADCs will remain a promising solution in the future. Improving the performance of NS-SAR ADCs without increasing the complexity of circuit design and calibration methods is a crucial requirement. On the other hand, multi-step hardware-sharing hybrid incremental ADCs (IADCs) have presented the best performance for the multi-channel applications, adding several advantages to ΔΣMs. Narrow bandwidth, high power consumption of the operational transconductance amplifiers (OTA)-based integrators and multi-bit quantizers, high oversampling ratio (OSR), and complex hybrid architectures limit the efficiency of IADCs. This thesis contributes to this topic by proposing two ADC structures based on NS-SAR ADCs. First, multi-stage noise-shaping (MASH) architecture enhances the NS order of NSSAR ADCs, adding a second stage with relaxed design requirements without significant additional complexity and power consumption. This ADC is implemented in ST-28nm fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) technology, achieving a fourth-order NS operation with an signal-to-noise-and-distortion-ratio (SNDR) of 75 dB and OSR of 10 at a bandwidth of 100 kHz. Second, using the proposed MASH NS-SAR structure in a two-step incremental mode augments the NS order to six and achieves a resolution suitable for the multi-channel data acquisition system combining advantages of multi-step IADCs, NS-SAR ADCs, and MASH topology. Lower required OSR, low-power SAR quantizers, and low-gain amplifierbased error feedback (EF) instead of OTA-based cascaded integrator feedforward (CIFF) loop filters address the limitations of hybrid multi-step IADCs. A macro-model simulation in Cadence Spectre® was performed to verify the proposed idea. Furthermore, SIMULINKbased simulations, modeling the circuit imperfections and the derived analytical equations, predict the proposed architecture's performance and power consumption.


identifier: Sabbagh, G. (2022). Amélioration des prévisions des conditions du sol dans le dimensionnement des échangeurs géothermiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente un modèle numérique de prédiction du profil de température du sol ainsi que différents facteurs pouvant affecter ce profil incluant le gradient géothermique et les changements climatiques. L'objectif principal est de vérifier l'impact de ces différents facteurs sur le dimensionnement des échangeurs géothermiques. Une revue de littérature de quelques modèles numériques et analytiques du sol est présentée dans ce mémoire pour pouvoir évaluer la capacité prédictive de ces modèles ainsi que leurs limitations. La revue touche aussi la portée de l'influence de différents facteurs sur la performance des échangeurs géothermiques et sur le profil de température du sol qui les entoure. Des facteurs tels le gradient géothermique présent dans le sol, qui résulte du flux de chaleur géothermique, et l'évolution du climat à la surface du sol sur de longues périodes temporelles sont examinés. Un modèle numérique modélisant le profil de température du sol est développé sous MATLAB. Le modèle unidimensionnel est d'abord développé pour calculer la température du sol non perturbé affectée par le climat et le gradient géothermique. Puis des modèles bidimensionnel et tridimensionnel sont développés pour explorer différentes configurations géométriques à plusieurs échangeurs. Une étude de cas est ensuite entreprise pour quantifier la contribution du flux de chaleur géothermique à l'énergie totale extraite par un échangeur géothermique et la comparer à l'énergie provenant de la surface ou du sol au voisinage du puits. Suite à 10 ans d'extraction continue d'énergie, le flux de chaleur géothermique constitue 7 % de la chaleur totale extraite par l'échangeur géothermique pendant cette période. Après 500 ans, le flux de chaleur géothermique devient la source prédominante d'énergie avec plus de 50 % de l'énergie totale extraite par l'échangeur. Plusieurs hypothèses couramment utilisées pour simplifier le gradient géothermique du modèle thermique complet du sol sont aussi comparées. Prendre une température du sol uniforme égale à la température du sol à mi-chemin de l'échangeur géothermique de façon à prendre en compte le gradient géothermique est avéré comme une bonne approximation. Enfin, l'effet de différents scénarios climatiques présents et futurs sur la performance d'un système résidentiel de pompe à chaleur géothermique est mesuré. La résidence ainsi que les différents types d'échangeurs géothermiques sont modélisées dans TRNSYS, un outil couramment utilisé pour simuler les systèmes thermiques. Les échangeurs géothermiques horizontaux sont plus affectés par le climat que les échangeurs verticaux. Pour un scénario de changement climatique extrême, la variabilité du climat affecte jusqu'à 6 % la consommation électrique du système de chauffage et de climatisation et l'évolution du climat sur trente années futures l'affecte de 0,47 % par décennie.  ABSTRACT: This thesis presents a numerical model for predicting the ground temperature profile as well as various factors that can affect this profile including the geothermal gradient and climate change. The goal is to examine the impact of these factors on the sizing of geothermal exchangers.  A literature review of some numerical and analytical ground models is presented to evaluate the predictive capacity of these models as well as their limitations. The review also touches on the scope of influence of different factors on the performance of geothermal exchangers and on the temperature profile of the ground surrounding them. Factors such as the geothermal gradient, which results from the geothermal heat flux, and the evolution of the climate at the ground surface over long time periods are examined.  A numerical model of the soil temperature profile is developed using MATLAB. A one-dimensional model is first developed to calculate the undisturbed ground temperature affected by the climate and the geothermal gradient. The two-dimensional and three-dimensional models are studied to explore different geometrical configurations with several exchangers. A case study is then undertaken to quantify the contribution of geothermal heat flow to the total energy extracted by a geothermal exchanger compared to energy from the surface or the ground itself. After 10 years of continuous energy extraction, the geothermal heat flux constitutes 7 % of the total heat extracted by the geothermal exchanger during this period. After 500 years, the geothermal heat flux becomes the predominant source of energy with more than 50 % of the total energy extracted by the exchanger. Several assumptions commonly used to simplify the geothermal gradient of the full ground thermal model are also compared. Taking a uniform ground temperature equal to the ground temperature at the halfway point of the geothermal exchanger to account for the geothermal gradient has proven to be a good approximation. Finally, the effect of different present and future climate scenarios on the performance of a residential geothermal heat pump system is evaluated. The residence as well as the different types of geothermal exchangers are modeled in TRNSYS, a commonly used tool to simulate thermal systems. Horizontal geothermal exchangers are more affected by climate than vertical exchangers. For an extreme climate change scenario, climate variability affects the electricity consumption of the heating and cooling system by up to 6 % and climate change over the next 30 years affects it by 0.47 % per decade.


identifier: Harandizadeh Najafabadi, D. (2022). Characterization of the Effect of Hydrogen Embrittlement on the Fatigue Crack Propagation Behaviour of AISI 415 Martensitic Stainless Steel  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Selon l'approche de tolérance aux dommages, le taux de croissance des fissures de fatigue et le mode de rupture doivent être connus à des fins de conception et de maintenance. Le comportement de croissance des fissures de fatigue de l'alliage AISI 415 est bien établi dans la littérature en raison de sa large utilisation industrielle, en particulier dans la fabrication des hydro-turbines. Cependant, l'effet des paramètres environnementaux sur le comportement de croissance des fissures de fatigue de ce matériau est toujours un domaine d'intérêt ouvert. Dans ce projet, l'effet de l'hydrogène interne (H) sur le taux de croissance des fissures de fatigue et le mode de rupture est étudié pour un acier inoxydable martensitique 415 trempé et revenu avec une résistance ultime (σu) d'environ 850 MPa et une teneur en austénite réformée de 20 %. Les propriétés mécaniques d'échantillons enrichis en hydrogène sont comparées à des échantillons bruts à l'aide d'essais de croissance de fissures de traction et de fatigue. Pour enrichir les échantillons en hydrogène, les échantillons sont chargés électrochimiquement en utilisant la méthode du courant constant. Les tests de croissance des fissures de fatigue sont effectués selon la procédure ASTM E647 à deux plages d'intensité de contrainte constante (ΔK = 8MPa.m0.5 et 15 MPa.m0.5) à trois fréquences de chargement cycliques (f = 35 Hz, 3.5 Hz et 0.35 Hz). Les résultats des tests monotones révèlent qu'une teneur en H interne d'environ 11 mg/kg en poids entraîne une diminution de la ductilité en traction du matériau à deux tiers. Le test de croissance des fissures de fatigue révèle que l'hydrogène interne à une concentration aussi faible que 4 mg/kg en poids augmente le taux de croissance des fissures de fatigue de 2 fois à ΔK =15 MPa.m0.5 et f = 0.35 Hz. Les résultats indiquent également que, en plus de la concentration en hydrogène, trois paramètres de la fréquence de charge, le niveau de ΔK et la fermeture des fissures affectent également la sensibilité du le taux de croissance des fissures de fatigue à la fragilisation par l'hydrogène. Un modèle est proposé basé sur les théories de la décohésion assistée par l'hydrogène (HEDE) et de la diffusion induite par les contraintes (SID) pour expliquer l'effet des variables étudiées. Ce modèle original est capable d'expliquer la sensibilité plus élevée du la croissance des fissures de fatigue à la fragilisation interne par l'hydrogène à ΔK=15 MPa.m0.5 (par rapport aux résultats obtenus à ΔK=8 MPa.m0.5) et à la fréquence de chargement la plus basse testée (0.35 Hz). Le modèle explique la proportion la plus élevée de rupture intergranulaire observée à ΔK=15 MPa.m0.5 et f=3.5 Hz.  ABSTRACT: The damage tolerance approach requires knowledge of the fatigue crack growth rate (FCGR) and fracture mechanisms of a material in order to plan inspection intervals so that any propagating cracks can be arrested before leading to a failure. The fatigue crack growth (FCG) behaviour of AISI 415 alloy has been well studied in the literature due to its wide industrial usage, specifically in the fabrication of hydro turbines. However, the effects of environmental parameters on crack propagation in this material has not yet been fully documented. An international partnership known as the Fatigue-Corrosion International Research Project (FATCO) was launched in 2019 to investigate the corrosion fatigue behaviour of 13Cr-4Ni alloy. Since hydrogen may be emitted during corrosion, the present study was defined as part of the FATCO project to determine the impact of absorbed hydrogen on fatigue crack growth in AISI 415 steel. To address this central question, a test method is established to introduce hydrogen to AISI 415 and its efficiency and reproducibility are validated. Then, the effect of absorbed hydrogen on the FCGR of AISI 415 is measured. In addition, its effect on the fatigue fracture mechanism is characterized. Lastly, the observed effect of hydrogen on the FCGR and fatigue fracture mode are explained theoretically.  In this project, the effects of pre-charged hydrogen (H) on the fatigue crack growth kinetic and fracture mechanisms are studied for a quenched and tempered 415 martensitic stainless steel with an ultimate strength (σu) of approximately 850 MPa and 20 % reformed austenite content. The mechanical properties of samples enriched with hydrogen are compared to raw samples in tensile and fatigue crack growth tests. To enrich the samples with hydrogen, electrochemical charging under a constant current is performed. Fatigue crack growth (FCG) tests are conducted following the ASTM E647 procedure at two constant stress intensity factor ranges (ΔK= 8 MPa.m0.5 and 15 MPa.m0.5) and three cyclic loading frequencies (f=35 Hz, 3.5 Hz and 0.35 Hz).  The results of monotonic tests reveal that a pre-charged H content close to the solubility limit (more than 13 mg/kg) causes a 30 % decrease in material ductility. FCG testing reveals that pre-charged hydrogen in concentrations as small as 4 mg/kg doubles the FCGR at a specific ΔK of 15 MPa.m0.5 and frequency of 0.35 Hz. In addition to the concentration of hydrogen, other factors influencing the sensitivity of the FCGR to hydrogen are the load frequency, level of ΔK, and crack closure.


identifier: Berthelin, S. (2022). Étude de méthodes d'intégration temporelle basées sur des schémas de corrections différées d'ordres élevés et A-stables  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le domaine de la simulation numérique en mécanique des fluides, deux aspects sont à prendre en compte : la discrétisation spatiale et la discrétisation temporelle. Ces deux aspects vont de pair et influent tous deux sur la précision et le coût d'un calcul. Dans notre travail, nous nous intéressons à la discrétisation temporelle et plus particulièrement aux méthodes BDF – Backward Differentiations Formulae – car elles permettent d'effectuer des calculs stables dans des cas de problèmes raides dont font notamment partie les problèmes de Navier-Stokes. Mais ces méthodes sont stables pour des ordres de convergence de un et deux seulement. Pour augmenter l'ordre de convergence, nous construisons une méthode de correction différée, c'est-à-dire que nous modifions le schéma de discrétisation avec une correction. Cette correction est basée sur l'erreur de troncature propre à chaque BDF. Nous construisons ainsi une méthode que nous nommons DC5/BDF1 qui est un schéma BDF1 corrigé successivement quatre fois afin d'obtenir une méthode stable d'ordre cinq. De même, nous construisons une méthode DC5/BDF2, également à l'ordre cinq, mais basée cette fois sur le schéma BDF2. De plus nous construisons ces méthodes pour qu'elles soient fonctionnelles, c'est-à-dire stables et avec le bon taux de convergence, à pas de temps alterné. En effet le but est de faire un premier pas en direction d'un intégrateur permettant de fonctionner avec des pas de temps adaptatifs. Nous testons ensuite nos méthodes pour des EDO simples et des systèmes d'EDO. Nous vérifions que les taux de convergence sont bien atteints. Nous discutons de la raideur des équations ainsi que du pas de temps utilisé pour les simulations. Ensuite des tests sur des EDP en une dimension sont effectués pour comprendre l'influence des conditions limites sur nos intégrateurs. Nous remarquons alors que des pertes d'ordre peuvent se produire sur des corrections successives, et cela en fonction des conditions limites et en utilisant des pas de temps alternés. Pour remédier à ce problème, nous développons donc une méthode pour imposer différemment les conditions limites : la correction de Verwer. Précédemment nous utilisions des conditions de Dirichlet, le principe est maintenant d'imposer faiblement une équation différentielle du premier ordre aux bords de notre domaine. Pour le faire directement au sein des formes faibles, nous utilisons un multiplicateur de Lagrange. Cette correction permet de remédier au problème de perte d'ordre et fournit également des informations supplémentaires sur la simulation via le multiplicateur de Lagrange. Dans un problème de thermique, le multiplicateur correspond au flux de chaleur au bord. Dans un problème d'écoulement isotherme, le multiplicateur nous donne la résultante des forces aux frontières. Cette information est très utile dans le cadre d'une application aux Interactions Fluide-Structure, car cela évite le difficile calcul des forces en post-traitement. Nous fournissons également des résultats en deux dimensions pour des problèmes de diffusion thermique et d'écoulements isothermes. Cela nous permet de discuter de l'effet de la correction de Verwer. Ces résultats nous permettent de valider nos méthodes. Enfin nous effectuons une simulation sur des tourbillons de Von Karman. Pour ce cas nous devons combiner nos intégrateurs DC/BDF1 et DC/BDF2 afin d'initialiser correctement la méthode DC/BDF2. Les résultats obtenus comparés à ceux de la littérature nous permettent d'apporter un élément de vérification à nos méthodes.  ABSTRACT: There are two main aspects of fluid numerical simulations: spatial discretization and temporal discretization. These two aspects go hand in hand and have an influence on the accuracy and the cost of a computation. We will focus our work on the temporal discretization and more specifically on the BDF – Backward Differentiation Formulae – methods because it allows stable computations for stiff problems. These problems are very sensitive to fluctuations of parameters and so can be unstable, Navier-Stokes problems correspond to this description. But the BDF methods are stable only for order one and two. So we build a new method that use a deferred correction to increase the order of convergence of the BDF. This correction is based on the truncation error of each BDF method. Thus we develop a method, named DC5/BDF1, where we successively correct a BDF1 method to get a stable method of order 5. By the same process we build a DC5/BDF2, also of order 5 but based on the BDF2. Besides we think these schemes in a way that it also works with alternate time-step. Indeed we open the possibility to improve our method with a adaptative time-step algorithm. We test our methods with simple ODE and system of ODE. We check that we reach the expected convergence order. And we discuss about the impact of the stiffness and the variability of the time-step. We also test with PDE to understand the influence of the boundary conditions and of the time-step on the result. We note that alternate time step and specific boundary conditions can lead to an order reduction. So we also develop a different way to implement the boundary conditions inspired by the Verwer correction. Previously we used Dirichlet boundary condition, now the idea is to impose a differential equation of order one on the boundary. It is possible to do it directly into the weak form of the problem using a Lagrange multiplier. Using the Lagrange multiplier has the double benefit to solve the order reduction and to provide more information during the computation. The Lagrange multiplier correspond to the heat flux in a heat and mass transfer problem and it gives us the sum of forces on a bound in a Navier-Stokes problem. This information is very useful in Fluid Structure Interaction problem because it will avoid the difficult calculation of forces in post treatment. To have a full set test we simulate a heat and mass transfer problem and Navier Stokes problem in two dimensions. It is the occasion to talk about the effect of Verwer's correction. Finally, to validate our scheme we simulate Von Karman vortex. For this particular situation, the DC5/BDF2 method will require the DC5/BDF1 method for the initialization. By comparing our result to others in the literature, we can validate our methods.


identifier: Pereira, P. (2022). Imitation du branchement fort pour les problèmes de rotations d'équipage  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les compagnies aériennes doivent résoudre des problèmes d'optimisations parmi les plus complexes en industrie. La planification de vol demande de respecter des multitudes de contraintes et met en jeu des ressources à la fois matérielles, humaines et économiques. C'est pourquoi il est crucial pour une compagnie de toujours chercher à améliorer les solveurs (logiciels de résolution de problèmes) chargés d'optimiser ces problèmes. Un de ces problèmes est celui de la planification d'équipage, qui a pour but de déterminer un emploi du temps pour chaque personnel navigant de la compagnie. La résolution de ce problème permet de s'assurer qu'à chaque vol soit affecté un pilote et copilote tout en respectant les contraintes liées aux droits du travail des employés et aux préférences de chacun. Les équipages sont une source de dépense annuelle très importante pour une compagnie aérienne. Pour autant, il n'est actuellement pas possible de trouver une solution optimale à ce problème et c'est pourquoi il y a beaucoup d'investissements pour améliorer les solveurs afin de réduire les coûts des solutions obtenues. Les meilleurs solveurs actuels se basent sur une recherche arborescente de solution : le Branchand- Bound. Un arbre de recherche est construit, afin de parcourir l'espace des solutions du problème. Cependant, dans le cas de la planification d'équipage, le problème est trop gros pour se permettre de parcourir l'ensemble de l'espace des solutions. En pratique, on se contente d'explorer en profondeur une partie de cet espace afin d'obtenir une solution approximative du problème : on nomme cette méthode le diving Branch-and-Bound. Le parcours en profondeur d'un tel arbre est guidé par une heuristique de branchement qui influence fortement la performance globale du solveur. L'heuristique de branchement doit prendre des décisions durant la résolution du problème afin de choisir comment parcourir l'arbre de recherche. La meilleure heuristique connue est le strong branching. Lorsque le solveur l'utilise il obtient en moyenne les solutions aux coûts les plus faibles. Cependant, l'utilisation de cette heuristique coûte cher en temps de calcul. En effet, elle augmente la quantité de sous-problèmes à résoudre durant le parcours de l'arbre ce qui allonge énormément les temps de calcul. C'est pourquoi en pratique ce n'est pas le strong branching qui est utilisé, mais le branchement fractionnaire. Ce dernier, lorsqu'il est utilisé dans un solveur ne permet pas d'obtenir les meilleures solutions approximatives mais il est beaucoup plus économe en temps de calcul (pour certains grands problèmes, il utilise de l'ordre de 4h de calculs contre 16h lorsque le strong branching est utilisé).  ABSTRACT: Airlines have to solve crew pairing problems every months. These problems aim to find a good anonymous schedule so that every flights are assigned to pilots and copilots. Crew scheduling needs to verify geographical, temporal and administrative constraints while optimizing millions of variables, which is why only an approximate solution can be found in practice. These problems are approximately solved using a diving Branch-and-Price algorithm. The diving Branch-and-Price algorithm constructs a tree of solutions that is searched using a branching heuristic. The branching heuristic have a great impact on the final solution quality and on the total runtime of the algorithm. The best known heuristic is the strong branching, it raises the best approximate solutions but it is also computationally heavy. A better approach is to use the fractional branching, which is faster and still raises good solutions. In this work, we use machine learning to learn new branching heuristics based on the strong branching decisions. The goal is to have a branching heuristic as fast as the fractional branching while yielding better approximate solutions. We study the possibility of using imitation learning to learn new branching heuristics with the objective of beating fractional branching based solvers. We compare the solutions and runtimes of our heuristics with the fractional and the strong branching heuristics. We also evaluate the impact of distributional shift on the heuristic performances as it could be a limit of the method. We show that imitation learning is a promising method to build new branching heuristics that can outperform the fractional branching solutions while having the same computational complexity.