identifier: Pelletier-Grenier, P. (2018). Modélisation de l'impact de la performance des modes actifs et collectifs sur le choix modal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mobilité urbaine étant de plus en plus un enjeu, de nombreux plans et projets sont proposés afin d'améliorer la qualité de l'offre de transport collectif et d'y attirer une quantité croissante d'utilisateurs. Le présent mémoire s'inscrit dans un plus vaste projet d'étude visant à identifier les impacts qu'aura le développement urbain de la grande région métropolitaine de Montréal à l'horizon 2031. Dans cette optique, ce projet de recherche vise à mettre sur pied des modèles de choix modal qui mettront en évidence le niveau de performance des divers modes, tant motorisés (auto, transport collectif) qu'actifs (marche, vélo).  ABSTRACT: Urban mobility being an increasingly challenging issue, numerous plans and projects are proposed to improve the quality of the public transit so as to attract more riders. This research is conducted as part of a wider research project aiming to identify the impacts of transportation and urban scenarios on public health at the 2031 horizon. this specific research aims to model the modal choice of the population with respect to relative performance of motorised (car, public transit) and active (walk, bicycle) modes.


identifier: Doyon Barbant, J. (2018). Impact de l'orientation des fibres sur les comportements en traction, en flexion et en cisaillement d'un béton renforcé de fibres métalliques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le béton renforcé de fibres (BRF) est un matériau de construction en plein développement depuis les années 1990. Plusieurs travaux de recherche ont permis de mettre en évidence les avantages de ce matériau composite, tel que l'augmentation des résistances post-fissuration, l'augmentation de la ductilité ainsi que l'augmentation de la durabilité (ACI Committee 544, 2002; Desmettre & Charron, 2012; MC2010, 2010). Malgré les nombreux avantages du BRF, ce matériau demeure encore peu utilisé de nos jours dans la pratique nord-américaine. Ceci est principalement dû à l'absence de recommandations dans les normes pour la conception d'éléments en BRF. En effet, les normes nord-américaines ne permettent pas de considérer l'apport des fibres dans le dimensionnement.  ABSTRACT: Since the 1990s, fiber reinforced concrete (FRC) is a building material in full development. Several researches have highlighted benefits of this composite material, such as the increase in post-crack resistance, ductility and durability (ACI Committee 544, 2002; Desmettre & Charron, 2012; MC2010, 2010). Despite its benefits, this material is still not widely used in North American practice nowadays. This is mainly due to the lack of recommendations in the standards for the design of FRC elements. Indeed, the North American standards do not allow to consider the fibers contribution in design.


identifier: Lambin Iezzi, V. (2018). Conception de laser et capteur distribué de température par cascade d'ondes Stokes Brillouin stimulées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La diffusion Brillouin fut prédite au début des années vingt par Léon Brillouin. Cette dernière décrit le comportement émanant de l'interaction lumière matière où une partie de l'énergie de la lumière est transférée au matériau sous la forme d'une onde acoustique thermique (phonon). Cet effet non linéaire d'ordre 3 est l'un des plus faciles à générer dans les fibres optiques où à saturation, la majorité de la puissance incidente est transférée vers l'onde Stokes rétrodiffusée, ce qui par le fait même limite la puissance de transmission maximale pouvant être envoyée. Vue initialement comme un problème majeur pour le réseau de télécommunication mondial, de nos jours, la diffusion Brillouin, ainsi que son homologue stimulé (SBS), sont employées dans une foule d'applications. Entre autres, la SBS sert de source laser monomode à faible largeur spectrale ou encore comme laser multicanal par un effet en cascade des ondes Stokes, comme amplificateur optique et filtre radiofréquence, ainsi que comme capteur distribué de température ou contraintes et bien plus encore. Le sujet de cette thèse porte sur la conception, la fabrication, la modélisation ainsi que l'utilisation de lasers Brillouin multi-Stokes (MWBEFL) et se divise en deux sections. Dans la première section, une analyse complète appuyée par une modélisation mathématique décrit le comportement fréquentiel et principalement temporel des lasers MWBEFL. Bien que ce type de génération en cascade existe depuis deux décennies et de nombreuses configurations aient été proposées par le passé, une analyse temporelle exhaustive est manquante dans la littérature, ce qui est par ailleurs présenté à l'article 1. La grande conclusion de cet article 1 est que bien qu'attrayant tant comme source WDM ou comme horloge optique pour les télécommunications, les lasers MWBEFLs à longue cavité sont loin d'être simple à opérer de façon stable temporellement. Ceci est dû à la trop grande présence de modes de cavité sous chaque onde Stokes influençant aléatoirement le transfert d'énergie, la fréquence centrale des ondes Stokes ainsi que leur phase relative. La compétition de modes, les sauts de modes ainsi que l'opération multimode et les fluctuations thermiques sont toutes responsables de l'instabilité temporelle de ce type de laser. Des pistes de solutions employant un MWBEFL à courte cavité n'allouant qu'un seul mode de cavité par onde Stokes est proposé en conclusion de cette section. Lors des articles 2 et 3 présentés dans le cadre de cette thèse et composant la seconde section du travail, une attention est portée à l'intégration des sources MWBEFLs comme senseur de température.  ABSTRACT: Brillouin scattering was predicted at the beginning of the twenty-first century by Leon Brillouin. It describes the behaviour emanating from light-matter interaction where part of the energy of the light is transferred to the material in the form of an acoustic thermal wave (phonon). This nonlinear effect of 3rd order is one of the easiest to be generated in optical fibers where at saturation, the majority of the incident power is transferred to the backscattered Stokes wave. This drastically limits the maximum power transmitted through this media. Originally seen as a major problem for global telecommunication networks, nowadays Brillouin scattering (BS), as well as its stimulated counterpart (SBS), are employed in a number of applications. Among other things, SBS serves as a single-mode laser source with a narrow spectral width or as a multichannel laser by a cascade process of Stokes waves, or as an optical amplifier and a radio frequency filter, as well as a distributed temperature or strain sensor and much more. The subject of this thesis is the design, fabrication, modelling and use of multi-Stokes Brillouin lasers (MWBEFL) and is divided into two sections. In the first section, a complete analysis supported by a mathematical model describes the frequency and mainly temporal behaviour of the MWBEFL lasers. Although this cascading process has been investigated for over two decades and many configurations have been proposed in the past, an exhaustive temporal analysis is missing from the literature, which is also presented in the 1st article. The general conclusion of article 1 is that while attractive as both, a WDM source or as an optical clock for telecommunications, MWBEFLs long cavity lasers are far from simple to operate in a temporally stable manner. This is due to the excessive presence of cavity modes under each Stokes wave randomly influencing the energy transfer, the central frequency of each Stokes waves as well as their relative phases. Mode competition, mode hops, as well as multimode operation and thermal fluctuations are all responsible for the temporal instability of this type of laser. Solutions using a short cavity MWBEFL that allows only one cavity mode per Stokes wave are proposed at the end of this section. In articles 2 and 3 presented as part of this thesis and composing the second section of this work, attention is paid to the integration of an MWBEFL source as a temperature sensor. A new method in the already rich universe of Brillouin based sensors is proposed with a completely new approach by using higher order Stokes waves to improve the sensitivity of the detector compared to the literature and to commercially available products.


identifier: Chagnon, D. (2018). Encapsulation hermétique de microbolomètres pour caméras infrarouges : optimisation et études in situ de l'instabilité des interfaces  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse, l'optimisation de l'encapsulation hermétique au niveau de la gaufre (WLP) de microbolomètres est faite par thermocompression de Au, AuSn TLP et AuSn eutectique. L'objectif principal de ce travail est d'obtenir une pression interne des puces sous 100 mTorr pendant 10 ans, correspondant à 50 mTorr après collage avec taux de fuite inférieur à 1.4* 10−16 Pa*m3/s. Le collage doit être fait sur des tranches de 200 mm, à une température inférieure à 400C et doit résister à des recuits à 450C. Le taux de fuite visé étant inférieur à ceux publiés dans la littérature, cette optimisation doit passer par une compréhension poussée du comportement en fonction de la température des matériaux utilisés. Pour ce faire, de nombreuses techniques in situ (PEEM, AES, XPS) et ex situ (SEM, EDX, XRD, ERD, TEM) sont utilisées pour caractériser les couches avant, pendant et après recuits. La qualité du collage est évaluée par SAM, microscopie à rayon X, inspection de tranches décollées et mesures d'herméticité. La première technique de collage tentée est la thermocompression de Au. Lors des essais effectués sur des piliers fabriqués par DRIE et ayant donc des parois à 90 degrés de la surface, des craques se sont formées partout sur la surface, craques ayant mené à l'étude de la stabilité de la barrière anti-diffusion. Cette étude a démontré que l'exposition du TiN à l'atmosphère, appelée stuffing, augmente sa stabilité de 200C. Les essais subséquents de collage sont faits sur une disposition non-uniforme des puces afin de réduire la surface de contact. Ces tests démontrent que l'ajout d'une couche d'adhésion de Ti entre TiN et Au améliore grandement la qualité du collage. Pour la dernière série de collages, effectuée sur une disposition uniforme des puces, aucun défaut n'a été observé par SAM ou FIB/SEM. Toutefois, l'herméticité mesurée par déflexion de membrane n'est pas suffisante pour l'application visée. De plus, le dépôt de la couche de Au étant difficile à intégrer dans la fabrication des dispositifs, la thermocompression de Au est rejetée. L'optimisation du collage AuSn TLP débute par l'identification des épaisseurs et compositions de la couche de AuSn idéales, soient entre 3 et 3.5 μm et entre 70 et 75 wt% de Au. Les défauts obtenus lors de ces collages sont des cavités près du centre du seal ring et une craque correspondant au plan de Kirkendall à 4/3 de l'épaisseur initiale de Au. Les mesures d'herméticité effectuées sur des puces collées avec ces paramètres ont montré que le taux de fuite est inférieur à la limite de détection de l'appareil (< 10−16 Pa*m3/s).  ABSTRACT: In this thesis work, the hermetic wafer-level packaging of microbolometers is optimized using Au thermocompression, AuSn transient liquid phase and AuSn eutectic bonding. The main objective is to obtain a pressure within the dies under 100 mTorr over 10 years, corresponding to 50 mTorr after bonding with a leak rate under 1.4* 10−16 Pa*m3/s. To fulfill the device requirements, the bonding process has to be done on 200 mm wafers, at temperatures lower than 400C and must sustain 450C annealing. Since the targeted leak rate was set to be lower than those reported in the literature, the bonding has to be optimized through an in depth understanding of the thermal behavior of the materials utilized. Towards this end, the stacks are characterized with numerous techniques in situ (PEEM, AES, XPS) and ex situ (SEM, EDX, XRD, ERD, TEM) before, during and after annealing. Bonding quality is thoroughly investigated using with SAM, X-ray microscopy, inspection of separated wafers and hermeticity tests. The first bonding attempts are done using Au thermocompression. Preliminary tests using DRIE fabricated pillars with sidewalls perpendicular to the surface showed crack formation throughout the wafers thus raising concerns regarding the diffusion barrier's thermal stability. Our investigation of the latter showed that TiN stuffing (exposition of the TiN to atmosphere) increase its stability by 200C. Subsequent bonding tests are done with a non-uniform die disposition in order to decrease the contact area. These tests show that a Ti adhesion layer between TiN and Au greatly increase the bonding quality. Although no defects are found using SAM and SEM/FIB on the last bonding tests using a uniform die distribution, the hermeticity evaluated with membrane deflection remains insufficient for the targeted technology. Moreover, the difficulty in integrating patterning of the Au layer on the LID wafer leads to Au thermocompression to be rejected. Optimizing the AuSn TLP bonding process begins with the identification of the ideal AuSn thickness and composition, which are between 3 and 3.5 μm and between 70 and 75 wt% of Au, respectively. Two types of defects are observed on these bondings: cavities near the seal ring's center and a crack at 4/3 of the initial Au thickness corresponding to the Kirkendall plane. Hermiticity tests done on dies bonded using these parameters gave leak rates lower than the detection limit of the setup (< 10−16 Pa*m3/s), but high partial pressure of noble gases. Since the latter cannot be trapped using getter layers, a pre-bonding annealing is added to the recipe in order to degas the layers.


identifier: Tardif, P.-L. (2018). Validation de l'imagerie intravasculaire par tomographie par cohérence optique sérielle et microscopie confocale en fluorescence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les récentes avancées dans le domaine de la biophotonique offrent de nouveaux outils prometteurs dans le champ de l'histologie, plus précisément dans l'étude des maladies cardiovasculaires. En effet, la combinaison de différentes techniques d'imagerie, comme l'ultrasonographie intravasculaire (IVUS), la spectroscopie proche infra-rouge (NIRS), la tomographie par cohérence optique (OCT) et l'imagerie moléculaire par fluorescence (NIRF) offrent tous des avantages qui permettent d'améliorer les diagnostics autant en recherche fondamentale que dans le domaine de la santé clinique. Dans les études ex vivo, l'histologie conventionnelle demeure à ce jour le ''gold standard'' de mesure de géométrie et de composition moléculaire de plaques d'athérosclérose. Cependant, certains problèmes liés à l'histologie rendent cette méthode imparfaite. En effet, même si cette dernière offre beaucoup d'information sur la composition moléculaire des tissus étudiés, le sous-échantillonnage de l'organe fait en sorte que beaucoup d'information par rapport à la localisation de la tranche est perdue. Plus précisément, dans le domaine de la cardiologie, il est d'un grand intérêt d'obtenir des outils de diagnostic permettant de cibler et de localiser avec précision les plaques d'athéroscléroses vulnérables, à risque de se rupturer et de causer des syndromes coronaires aigus (ACV, infarctus du myocarde). Le document suivant présente une méthode permettant de colocaliser les plaques d'athérosclérose imagées in vivo avec un cathéter multimode développé par le Laboratoire d'Imagerie Optique Moléculaire (LIOM) et avec un microscope à double modalité (OCT, microscope confocal en fluorescence). La méthode a été testée sur 5 lapins New Zealand White maintenu sur une diète riche en cholestérol pendant 14 semaines. Différents lits vasculaires ont ensuite été imagés à l'aide d'un cathéter IVUS/NIRF. Un marqueur fluorophore lié à une molécule d'adhésion (Inter Cellular Adhesion Molecule-1, ou ICAM-1) était injecté au site imagé afin d'obtenir un signal en fluorescence provenant de plaques athérosclérotiques. Les animaux ont ensuite été sacrifiés et les lits vasculaires ont été conservés pour être imagés avec notre microscope OCT/confocal en fluorescence. Le microscope était combiné à un vibratome lié à une lame de rasoir et de moteurs de précision micrométrique, permettant de trancher très finement l'échantillon et d'imager successivement et automatiquement chaque tranche. Cela nous permettait, à l'aide d'algorithmes développés en Python, d'obtenir une reconstruction entière de l'artère, et par le fait même de localiser avec précision les plaques athérosclérotiques. Les expériences ont aussi montré qu'il est possible de récupérer les tranches après l'acquisition de données et de les analyser en histologie conventionnelle, ce qui permet de valider les résultats obtenus in et ex vivo. Bien qu'il s'agisse d'une étude préliminaire, l'étude s'est avéré être une preuve de concept valide, permettant de démontrer la faisabilité de la méthode. Mon projet s'inscrit dans une étude plus large menée sur des lapins et des porcs diabétiques conjointement par l'Institut de Cardiologie de Montréal (ICM) et Polytechnique Montréal qui cible les plaques vulnérables. L'étude globale vise à développer des méthodes invasives d'imagerie par cathétérisme pour la caractérisation de la vulnérabilité des plaques d'athérosclérose en combinant plusieurs modalités in vivo, incluant l'ultrasonographie intravasculaire (IVUS), l'histologie virtuelle (VH), la spectroscopie par proche infra-rouge (NIRS), la tomographie par cohérence optique (OCT) et l'imagerie moléculaire par fluorescence (NIRF) (cette dernière ciblant une molécule d'adhésion cellulaire (ICAM-1) et les monomères de collagène); la validation des résultats est obtenue par histologie massive en imagerie 3-D puis par histologie conventionnelle avec immunohistochimie. Le cathéter multimodalités mis au point par notre équipe permet d'ailleurs la collecte des images IVUS et NIRF. Plus précisément, mon projet de maîtrise portait sur le développement d'une méthode permettant de colocaliser les plaques d'athérosclérose entre les données dans les données acquises avec le cathéter et avec un microscope à double modalité (OCT, microscope confocal en fluorescence). Les deux microscopes combinés permettent de simultanément obtenir une carte anatomique des vaisseaux (OCT) et d'obtenir un signal en fluorescence provenant de la plaque d'athérosclérose (confocal). En raison des longueurs d'ondes beaucoup plus courtes utilisées (proche infrarouge), l'OCT offre une résolution latérale supérieure que l'IVUS, et son aspect interférométrique permet d'imager en trois dimensions. L'OCT offre aussi une meilleure résolution axiale grâce à sa courte longueur de cohérence. Cependant, puisque le proche infrarouge est beaucoup diffusé dans les tissus vivants, l'OCT n'a pas eu très grande longueur de pénétration. Pour remédier à cela, un sectionnement automatique du segment vasculaire d'intérêt effectué à l'aide d'une lame tranchante liée à un vibratome, ce qui nous permettait d'imager le segment de vaisseau entier en recollant par ordinateur des tranches minces (200um) imagées successivement. Le mémoire suivant présente la méthode que nous avons mise au point ainsi que la publication qui en a résulté, soit un article dans le International journal of Molecular Biology.  ABSTRACT: Recent advances in biophotonics are offering new tools in the field of histology. Imaging techniques such as Optical Coherence Tomography (OCT), intravascular ultrasound (IVUS), nearinfrared spectroscopy (NIRS), near-infrared fluorescence imaging (NIRF) and their combination all have advantages that can lead to more precise diagnostics, both in fundamental research and in clinical sciences. In the field of cardiology, conventional histology remains as of today the gold standard for measuring atherosclerotic plaque geometry and molecular composition. However, conventional histology does have its shortcomings. For instance, even if histology gives plenty of information of tissue molecular composition, it requires the experimenter to significantly downsample the studies organ, thus losing information on tissue localization. This manuscript describes a novel approach developed by our laboratory, Laboratoire d'Imagerie Optique Moléculaire (LIOM), that allows us to colocalize atherosclerotic plaques imaged in vivo with a multimodal catheter (IVUS, NIRF) with a double-modality (OCT, confocal fluorescence microscopy). The method was tested on 5 New Zealand White rabbits subjected to a cholesterolrich diet for 14 weeks. Pullbacks were performed with the catheter on different vascular beds in the rabbit aortas. A fluorophore bound to an adhesion molecule (Inter Cellular Adhesion Molecule- 1, or ICAM-1) was injected in the bloodstream before pullbacks, offering a source of signal for the fluorescence imaging. Vascular beds were then salvaged after sacrifices, embedded in agarose gels and imaged in the OCT/confocal microscope built by our team. A vibratome attached to a razorblade and micrometer-precise motor were used to cut thin slices automatically, allowing to image each slice one after the other. Custom algorithms written in Python allowed to stitch all the slices, in order to obtain a 3D view of the whole segment (massive 3D histology). The slices could also be saved for conventional histology after the procedure. This allowed us to validate measurements done with the catheter and the microscope.


identifier: Laverdière-Papineau, M.-A. (2018). Finding Differences in Privilege Protection and their Origin in Role-Based Access Control Implementations  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications Web sont très courantes, et ont des besoins de sécurité. L'un d'eux est le contrôle d'accès. Le contrôle d'accès s'assure que la politique de sécurité est respectée. Cette politique définit l'accès légitime aux données et aux opérations de l'application. Les applications Web utilisent régulièrement le contrôle d'accès à base de rôles (en anglais, « Role-Based Access Control » ou RBAC). Les politiques de sécurité RBAC permettent aux développeurs de définir des rôles et d'assigner des utilisateurs à ces rôles. De plus, l'assignation des privilèges d'accès se fait au niveau des rôles. Les applications Web évoluent durant leur maintenance et des changements du code source peuvent affecter leur sécurité de manière inattendue. Pour éviter que ces changements engendrent des régressions et des vulnérabilités, les développeurs doivent revalider l'implémentation RBAC de leur application. Ces revalidations peuvent exiger des ressources considérables. De plus, la tâche est compliquée par l'éloignement possible entre le changement et son impact sur la sécurité (e.g. dans des procédures ou fichiers différents). Pour s'attaquer à cette problématique, nous proposons des analyses statiques de programmes autour de la protection garantie des privilèges. Nous générons automatiquement des modèles de protection des privilèges. Pour ce faire, nous utilisons l'analyse de flux par traversement de patron (en anglais, « Pattern Traversal Flow Analysis » ou PTFA) à partir du code source de l'application. En comparant les modèles PTFA de différentes versions, nous déterminons les impacts des changements de code sur la protection des privilèges. Nous appelons ces impacts de sécurité des différences de protection garantie (en anglais, « Definite Protection Difference » ou DPD). En plus de trouver les DPD entre deux versions, nous établissons une classification des différences reposant sur la théorie des ensembles.  ABSTRACT: Web applications are commonplace, and have security needs. One of these is access control. Access control enforces a security policy that allows and restricts access to information and operations. Web applications often use Role-Based Access Control (RBAC) to restrict operations and protect security-sensitive information and resources. RBAC allows developers to assign users to various roles, and assign privileges to the roles. Web applications undergo maintenance and evolution. Their security may be affected by source code changes between releases. Because these changes may impact security in unexpected ways, developers need to revalidate their RBAC implementation to prevent regressions and vulnerabilities. This may be resource-intensive. This task is complicated by the fact that the code change and its security impact may be distant (e.g. in different functions or files). To address this issue, we propose static program analyses of definite privilege protection. We automatically generate privilege protection models from the source code using Pattern Traversal Flow Analysis (PTFA). Using differences between versions and PTFA models, we determine privilege-level security impacts of code changes using definite protection differences (DPDs) and apply a set-theoretic classification to them. We also compute  explanatory counter-examples for DPDs in PTFA models. In addition, we shorten them using graph transformations in order to facilitate their understanding. We define protection-impacting changes (PICs), changed code during evolution that impact privilege protection. We do so using graph reachability and differencing of two versions' PTFA models. We also identify a superset of source code changes that contain root causes of DPDs by reverting these changes. We survey the distribution of DPDs and their classification over 147 release pairs of Word-Press, spanning from 2.0 to 4.5.1. We found that code changes caused no DPDs in 82 (56%) release pairs. The remaining 65 (44%) release pairs are security-affected. For these release pairs, only 0.30% of code is affected by DPDs on average. We also found that the most common change categories are complete gains (� 41%), complete losses (� 18%) and substitution (� 20%).


identifier: Schmitt, J. (2018). Mesure du coefficient de friction statique à haute température et mécanismes d'adhésion  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un effort international est actuellement mené afin d'augmenter le rendement thermodynamique des centrales thermiques jusqu'à 50%. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'augmenter la température des vapeurs entrainant les turbines. De nouveaux matériaux sont donc développés afin de pouvoir supporter les efforts mécaniques à des températures jusqu'à 760 C. Il existe donc une nécessité de développer de nouveaux équipements et méthodologies permettant de caractériser les matériaux à haute température. Les valves MSBV (Metal-Seated Ball Valves) sont des dispositifs permettant de couper ou d'ouvrir un flux et sont couramment utilisés dans les centrales thermiques. De par leur utilisation, elles peuvent être exposées à de longues périodes d'immobilité. C'est dans le but d'étudier ce type particulier de contact  statique que le tribomètre haute température (HTT800) a été développé. Cet équipement unique permet de mesurer le coefficient de frottement statique entre un pion et un plan jusqu'à une température de 800 C. Pour cela, une méthodologie de mesure non conventionnelle a été développée. Cette dernière a été appliquée sur un contact pion-plan composé de stellite 6 massif et d'un revêtement de chrome dur. Ces matériaux sont classiquement utilisés dans l'industrie des valves. L'évolution du coefficient de friction statique a été mesurée en fonction de trois paramètres : la pression de contact (170 et 1000 MPa), la température (20, 500 et 800 C), et le temps de maintien (de 30 secondes à 16 heures). Les contacts ont ensuite été analysés en termes de microstructure, de composition chimique, et de topographie. L'utilisation de cette méthodologie montre, qu'à température ambiante, le coefficient de frottement statique n'est pas affecté ni par la pression de contact ni par le temps de maintien. À haute température, le coefficient de frottement statique dépend à la fois de la pression de contact et du temps de maintien. À 500 C, deux comportements sont observés en fonction de la pression de contact. À faible pression de contact, le coefficient de frottement statique diminue avec le temps de maintien alors qu'il augmente dans le cas d'une forte pression de contact. À cette température, le coefficient de frottement statique le plus élevé est obtenu pour la plus haute pression de contact. À 800 C, le comportement est caractérisé par une augmentation du coefficient de frottement statique en fonction du temps de maintien jusqu'à des valeurs supérieures à 1. De plus, un endommagement adhésif beaucoup plus prononcé qu'aux autres températures est observé.  ABSTRACT: An international effort is being made currently in order to increase the thermodynamic efficiency of thermal power plants up to 50%. To achieve this goal, it is necessary to increase the temperature of the vapors driving the turbines. New materials are therefore developed to withstand mechanical stresses at temperatures up to 760 C. This rise in temperature leads to a need to develop new equipments and methodologies to characterize materials under such severe conditions. MSBV valves (Metal-Seated Ball Valves) are devices that are able to close or open a flow and are commonly used in thermal power plants. By their use, they can be exposed to long periods of immobility. A new tribometer has been developed in order to be able to study this particular static contact. This unique equipment is able to measure the coefficient of static friction between a pin and a plane up to a temperature of 800 C. A methodology has been developed to simulate the contact in a valve consisting of cast stellite 6 and a hard chrome plating. These materials are typically used in the valve industry. The evolution of the static coefficient of friction was measured according to three parameters: the contact pressure (170 and 1000 MPa), the temperature (20, 500 and 800 C), and the holding time (from 30 seconds to 16 hours). The contacts were then analyzed in terms of microstructure, chemical composition, and topography. The use of the methodology showed that, at ambient temperature, the coefficient of static friction is not affected either by the contact pressure or by the duty time. At high temperatures, the coefficient of static friction depends on both the contact pressure and the holding time. At 500 C, two behaviors are observed depending of the contact pressure. The coefficient of static friction decreases with the holding time at low contact pressure, while it increases at higher contact pressure. At this temperature, the highest coefficient of static friction is obtained for the highest contact pressure. At 800 C, the behavior is characterized by an increase in the static friction as a function of the holding time to values greater than 1. In addition, a much more pronounced adhesive damage is observed compared to the other temperatures. Also, the highest static friction is obtained for the lowest contact pressure, unlike at 20 and 500 C. All those observations were attributed to the evolution of the contact as a function of the testing conditions. In particular, the formation of a mixed oxide inside the contact seems to have a major influence on the tribological response of the system.


identifier: Ferlisi, C. (2018). Rotor Wake Modelling Using the Vortex-Lattice Method  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le but de ce travail est de débuter le développement d'un modèle aérodynamique de basse-fidélité à moyenne-fidélité pour la simulation de vol  d'hélicoptères. Le travail est limité à l'étude de rotors en vol stationnaire, en vol axial (montée) et en effet de sol. La méthode de réseau de vortex instationnaire (UVLM) a été choisie comme plateforme de développement. Deux modèles de sillage basés sur la loi de Biot-Savart sont étudiés : le sillage classique de panneaux, tel que présenté par Katz et Plotkin, et le sillage de particules de vorticité (vortons), tel que présenté par Winkelmans et Leonard. Pour fidèlement représenter le sillage d'un hélicoptère, quatre modèles à noyau visqueux ont été implémentés pour enlever les singularités de la méthode UVLM. Les modèles Lamb-Oseen, Scully et Vatistas sont utilisés pour le modèle de sillage de panneaux, alors que le modèle de lissage algébrique est utilisé pour le sillage à vortons. Le sillage est convecté librement dans l'air, permettant l'enroulement du sillage en bout de pale, ainsi que des effets instationnaires. Les modèles à noyau visqueux sont comparés à l'aide du rotor de Caradonna-Tung. Le modèle de Lamb-Oseen est le plus rapide à converger en génération de poussée pour le sillage classique de panneaux. Toutefois, le sillage composé de particules de vorticité est le plus stable dans la génération de poussée. Il permet également la convergence en traînée (puissance requise du moteur), permettant le calcul de l'indicateur de qualité du rotor. La position du sillage développé par ces deux méthodes converge également. Des simulations utilisant un sillage composé de vortons sont comparées aux résultats expérimentales du rotor de Caradonna en montée. L'indicateur de qualité obtenu par la simulation est surestimé en comparant aux mesures expérimentales. Ce résultat est attendu, car la UVLM utilise une approche non visqueuse. Le couplage de cette méthode à une base de données visqueuse est proposé. Le modèle de sillage utilisant des vortons est ensuite comparé aux résultats expérimentales du rotor anticouple du Lynx en effet de sol. Une augmentation de la poussée générée par le rotor est obtenue en approchant le rotor du sol, en accord avec les résultats expérimentales. La convergence devient problématique lorsque le rotor s'approche du sol. Des effets instationnaires, tels que la génération d'anneaux de vorticité près du moyeu du rotor, sont capturés.  ABSTRACT: The purpose of this work is to begin the development of a low-fidelity to medium-fidelity aerodynamic model for rotorcraft for flight simulation. This work is limited to the study of rotors in hover, axial flight (climb) and hover in ground effect. The Unsteady Vortex-Lattice Method (UVLM) is selected as the development platform. Two wake models based on the Biot-Savart law are studied: the classic panel wake, as presented by Katz and Plotkin, and the vortex particle (or vorton) wake, as presented by Winkelmans and Leonard. In order to correctly model the wake for rotorcraft applications, four viscous core models are implemented to remove the singularities present in the UVLM. The Lamb-Oseen, Scully and Vatistas core models are used for the classic panel wake, while the algebraic core smoothing model is used for the vorton wake. The free-wake methodology is used to convect the wake with the flow field, allowing tip roll up and the capture of unsteady effects. The viscous core models are compared using the Caradonna-Tung rotor. The Lamb-Oseen core model proves to converge the quickest in thrust for the panel wake methods. The vortex particle wake, however, is found to be the most stable in thrust. It also allows convergence in drag (torque), allowing the calculation of the Figure of Merit. The wake developed using the Lamb-Oseen and vortex particles showed convergence in the position of the tip vortex. The vortex particle wake is used to compare simulation results to the Caradonna rotor in climb. The Figure of Merit calculated by the simulation is shown to overestimate the value measured in experiments. This is expected, as the UVLM is an inviscid approach. Further investigation into viscous coupling algorithms is proposed. The vortex particle wake is also compared to the Lynx tail rotor in ground effect. Increase in the thrust generated by the rotor when approaching the ground is seen in the simulation data, agreeing with experimental data. Convergence becomes an issue as the rotor approaches the ground. Unsteady phenomena, such as the creation of vortex rings near the rotor hub, are captured. The work is concluded by summarizing the described work and stating the current limitations of the model. Recommendations for future work are then proposed.


identifier: Jahan, N. (2018). Development of the Piezoelectric Properties of Poly(Vinylidene Fluoride) Based Ferroelectrics and Ferroelectrets Using Fillers and Mechanical Stretching  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les polymères piézoélectriques sont très utiles pour plusieurs applications électrochimiques vu leur forte réponse piézoélectrique, leur flexibilité, leur légèreté ainsi que leur formabilité. En plus des céramiques ferroélectriques, les polymères ferroélectriques (comme le PVDF) et les ferroélectrets sont aussi populaires comme nouveau groupe de piézoélectrique. L'intérêt pour les ferroélectriques basés sur le b-PVDF est dû à la facilite de leur préparation avec une réponse piézoélectrique usable, en plus des avantages de polymères déjà cités. L'incorporation d'une nanocharge (comme le PZT, les nanotubes de carbone, l'argile, les nanoparticules ferrite, la charge pour céramique BaTiO3)  dans le PVDF est une des approches faciles pour produire une phase b dans le PVDF souvent suivi par un étirement mécanique. Ces charges aident à la nucléation de la phase b dans la matrice de PVDF tandis que l'étirement mécanique subséquent aide à aligner les dipôles dans une certaine mesure. Par conséquent, le but de la première partie de cette étude est de préparer des films ferroélectriques B-PVDF en incorporant une charge hybride (micro-CaCO3+ nanoargile) suivi par un étirement mécanique. La nanoargile, l'une des charges rentables les plus utilisées, est capable de nucleer le b-PVDF. L'amélioration synergétique dans la formation de la phase b ainsi que les propriétés mécaniques, électriques et piézoélectriques ont été rapportées dans cette partie de l'étude. De plus, l'influence de l'étirement mécanique subséquent (le rapport de tirage, R (longueur finale / longueur initiale)) a également été étudié. FTIR et XRD sont utilisés pour déterminer la teneur en phase b dans les deux échantillons étirés et non étirés. Alors que les propriétés de traction montrent une diminution progressive, la constante diélectrique a augmenté progressivement avec l'augmentation de la teneur en CaCO3 dans la charge hybride. Le coefficient d33 piézoélectrique maximum de 30 pC/N est obtenu pour des films composites hybrides étirés. D'autre part, les ferroélectrets sont un autre type de films polymères fonctionnels avec une structure cellulaire hétérogène et des moments dipolaires internes quasi-permanents. La piézoélectricité dans les ferroélectrets provient de la variation des moments dipolaires avec l'application d'une charge mécanique. Au cours des dernières décennies, les films de polypropylène cellulaire (PP) ont été les ferroélectrets les plus populaires et les plus étudiés et ont déjà des applications commerciales. Alors que le coefficient piézoélectrique d33 des ferroélectrets PP peut présenter jusqu'à 1000 pC/N ou plus, leur température de fonctionnement est assez faible, inférieure à 60 °C. Les fluoropolymères récemment développés, i.e. les ferroélectrets à base de polytetrafluoroethylene (PTFE) et de fluoroethylene propylène (FEP), présentent une forte réponse piézoélectrique et une excellente stabilité thermique. Cependant, le traitement de ces ferroélectrets de fluoropolymères en utilisant une technique de fabrication commercialement viable telle qu'une extrusion de film coulé pose quelques défis en raison de leur viscosité très élevée à l'état fondu, de leur haute température de fabrication, de leur tendance à la dégradation et de leur faible élongation à la traction. Par conséquent, dans cette partie de l'étude, un nouveau ferroélectret thermiquement stable a été étudié en utilisant une technique de traitement commerciale avec une forte réponse piézoélectrique. L'extrusion par coulée du mélange polymère / charge suivie d'un étirage mécanique est l'une des techniques prometteuses pour préparer un polymère cellulaire. Les charges à l'échelle micrométrique sont habituellement utilisées pour créer des vides à partir de la délamination interfaciale sous contrainte appliquée. Le fluorure de polyvinylidène (PVDF) est un fluoropolymères qui est facilement transformable à l'état fondu par rapport aux autres fluoropolymères et qui présente d'excellentes propriétés physiques, chimiques et électriques. Un procédé "d'extrusion-étirage-gonflage" a été suivi pour préparer une structure cellulaire dans des films de PVDF. Des films solides de PVDF / charge hybride (micro-CaCO3 + nanoargile) ont été extrudés et ensuite étirés pour créer la structure cellulaire initiale à l'intérieur des films. Tandis que le CaCO3 agit comme centre de nucléation des vides, la nanoargile augmente l'etirabilité des films de PVDF fortement chargés en CaCO3. L'expansion de diffusion de gaz (GDE) ou le gonflage contrôlé est préformé pour ajuster les dimensions des vides à des vides en forme de lentilles conduisant à des modules d'élasticité inférieurs et à une piézoélectricité plus forte. De toute évidence, les caractéristiques de perméation de gaz dans les polymères polaires sont différentes de celles des polymères non polaires en raison de l'interaction polymère / gaz différente et de la forte dépendance des propriétés piézoélectriques finales des ferroélectrets en la morphologie cellulaire comme la taille, la forme et la distribution des vides. Par conséquent, deux gaz de gonflage différents, à savoir le N2 neutre et le CO2 polaire, sont utilisés avec différentes stratégies de gonflage. Plusieurs combinaisons de la pression, la température et leur mode d'application (direct ou par paliers) sont examinées pour optimiser le niveau de gonflage. Les films gonflés sont ensuite soumis à une charge corona à température ambiante pour créer les dipôles à l'intérieur des vides. Enfin, les ferroélectrets de PVDF montrent un coefficient piézoélectrique d33 atteignant 251 pC/N avec un gonflage N2 et 327 pC/N pour le traitement au CO2. Comme prévu, les ferroélectrets de PVDF présentent une meilleure stabilité thermique que le PP, le PETP, le COP et le PEN et aussi élevés que le Teflon. Les échantillons chargés à température ambiante pourraient avoir leur température de travail jusqu'à 120 °C.  ABSTRACT: Piezoelectric polymers are very useful in various electromechanical applications because of their strong piezoelectric response, flexibility, lightweight and formability. In addition to ferroelectric ceramics, ferroelectric polymers (such as PVDF) and ferroelectrets are also popular as a new group of piezoelectrics. Ferroelectrics based on b-PVDF are interesting due to the ease of preparation with usable piezoelectric response in addition to the above mentioned advantages of polymers. Incorporating nanofillers (e.g. ceramic filler-BaTiO3, PZT, carbon nanotube, clay, ferrite nanoparticles etc.) into PVDF is one of the facile ways to produce b phase in PVDF often followed by mechanical stretching. While fillers nucleate b phase in the PVDF matrix, subsequent mechanical stretching helps in aligning the dipoles to some extent. Therefore, the aim of the first part of this study is to prepare ferroelectric b-PVDF films by incorporating a hybrid filler (micro-CaCO3+ nanoclay) followed by mechanical stretching. While nanoclay is one of the most widely used cost-effective fillers capable of nucleating b-PVDF, synergistic improvement in b phase formation as well as in mechanical, electrical and piezoelectric properties of hybrid composites have been reported in this part of the study. Additionally, the influence of subsequent mechanical stretching e.g. draw ratio, R (final length/initial length), has also been investigated. FTIR and XRD are employed to determine the b phase content in both stretched and unstretched samples. While the tensile properties show a gradual decrease, dielectric constant increased gradually with increasing CaCO3 content in the hybrid filler. The maximum piezoelectric d33 coefficient of 30 pC/N is obtained for stretched hybrid composite films. Ferroelectrets, on the other hand, are another type of functional polymer films with heterogeneous cellular structure and internal quasi-permanent dipole moments. The piezoelectricity in ferroelectrets originates from the change in dipole moments under an applied mechanical stress. Over the past few decades, cellular polypropylene (PP) films have been the most popular and widely investigated ferroelectrets and are already in commercial applications. While the piezoelectric d33 coefficient of PP ferroelectrets could exhibit up to 1000 pC/N or more, their working temperature is quite low, not higher than 60 °C. Recently developed fluoropolymer i.e. polytetrafluoroethylene (PTFE) and fluoroethylene propylene (FEP) based ferroelectrets exhibit strong piezoelectric response and excellent thermal stability. However, processing these fluoropolymer ferroelectrets using commercially viable manufacturing technique such as cast film extrusion poses few challenges because of their very high melt viscosity, high manufacturing temperature, degradation tendency and low tensile elongation. Therefore, in this part of the study, a new thermally stable ferroelectret has been investigated using commercial processing technique with strong piezoelectric response. Cast extrusion of the polymer/filler mixture followed by mechanical stretching is one of the promising techniques for preparing a cellular polymer. Micron scale fillers are usually employed for creating voids from interfacial delamination under applied stress. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a fluoropolymer which is easily melt-processable than other fluoropolymers and showing excellent physical, chemical and electrical properties. An “extrusion-stretching-inflation” process has been followed to prepare a cellular structure in PVDF films. Solid PVDF/hybrid filler (micro-CaCO3 + nanoclay) films were extruded and subsequently stretched to create the initial cellular structure inside the films. While CaCO3 acts as void nucleation centers, nanoclay increases the stretchability of the highly CaCO3 filled PVDF films. Gas diffusion expansion (GDE) or controlled inflation is preformed to adjust the voids dimensions to lens-shaped voids leading to lower elastic moduli and stronger piezoelectricity. Obviously, the gas permeation characteristics in polar polymers is different than non-polar polymers because of their different type of polymer/gas interaction and the final piezoelectric properties of the ferroelectrets strongly depend on the cellular morphology such as void size, shape and distribution. Therefore, two different inflation gases i.e. neutral N2 and polar CO2 are used with various inflation strategies. Combination of pressure, temperature and their way of application (direct or step-wise) is examined for various times to optimize the inflation level. The inflated films are then subjected to corona charging at room temperature to create the dipoles inside the voids. Finally, PVDF ferroelectrets show piezoelectric d33 coefficient as high as 251 pC/N with N2 inflation and 327 pC/N for CO2 treatment. As expected, PVDF ferroelectrets exhibit better thermal stability than PP, PETP, COP and PEN and as high as Teflon. Samples charged at room temperature have their working temperature up to 120 °C.


identifier: Woodall-Kalfaian, S. (2018). Safety Analysis of Roundabout Conversions Based on Video Observations  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les carrefours giratoires prennent de plus en plus de place dans le réseau routier Nord-Américain, remplaçant les intersections à géométrie plus standard pour accroître la sécurité et l'efficacité. La réduction à la fois des vitesses, mais aussi du nombre et de la sévérité des collisions, tout en conservant un débit de véhicules efficace, sont tous des avantages qui ont justifié l'introduction des carrefours giratoires dans les réseaux routiers en Amérique du Nord.  ABSTRACT: Roundabouts in North America have been increasing in importance in recent years, as they replace intersections for increased safety and efficiency. The reduction in speeds as well as in the number and severity of collisions while conserving efficient vehicle flow are all advantages that have justified the introduction of roundabouts into recent road designs in North America.


identifier: Thimbo, A. (2018). Fissuration sismique des barrages-poids : modélisation de l'effet du taux de déformation sur la résistance dynamique du béton  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les barrages-poids jouent un rôle essentiel dans les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la production hydroélectrique à travers le monde. De ce fait, il est nécessaire d'effectuer l'évaluation sismique des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Lors d'un séisme, la fissuration des barrages en béton est contrôlée par la résistance dynamique à la traction. Dans la littérature, plusieurs études expérimentales indiquent que la résistance à la traction augmente en fonction de l'intensité du taux de déformation. Le terme anglo-saxon utilisé dans la littérature pour représenter l'effet du taux de déformation sur les propriétés mécaniques du béton est le « Dynamic Increase Factor » (DIF).  ABSTRACT: Dams are critical lifeline infrastructures that serve water supply, flood control and electricity generation. As a result, seismic assessment of existing dams is required to ensure public safety. During an earthquake, the cracking of the concrete dams is controlled by dynamic tensile strength. In the literature, several experimental studies indicate that the tensile strength increases with increasing levels of strain rate. The term used to represent the effect of the strain rate on the mechanical properties of the concrete is the “Dynamic Increase Factor” (DIF).


identifier: Vermette, D. (2018). Approche de caractérisation géoenvironnementale axée sur l'utilisation des concepts géométallurgiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière génère un volume important de roches stériles qui sont généralement entreposées dans des haldes en surface. Ces stériles incluent les différentes lithologies encaissantes du gisement, chacune d'entre elles étant caractérisée par des compositions minéralogique et chimique spécifiques. Bien que leur potentiel économique soit très restreint, ces lithologies peuvent contenir une certaine proportion des métaux potentiellement à risque pour l'environnement. La circulation et le contact de l'eau et de l'oxygène avec les minéraux des lithologies des stériles peuvent mener au déclenchement de réactions géochimiques. L'oxydation des minéraux sulfureux (ex. pyrite, chalcopyrite) conduit à l'acidification des eaux minières et la dissolution de certains métaux pour générer un drainage minier acide. Si la proportion de minéraux neutralisants (carbonates, silicates) est suffisante pour neutraliser l'acidité, il est possible de produire un drainage neutre qui peut tout de même contenir des métaux lourds (ex. Cu, Mn) à des concentrations excédant les normes et réglementations en vigueur pour l'industrie minière. Devant ces problématiques de risques environnementaux, la caractérisation des stériles miniers devient donc essentielle pour évaluer et prédire leur potentiel de contamination dans l'écosystème.  ABSTRACT: The mining industry generates a large volume of waste rock that is generally stored in surface disposal areas. These rocks include the different host lithologies of the deposit, each characterized by specific mineralogical and chemical compositions. Although their economic potential is limited, these lithologies may contain a certain proportion of elements potentially at risk for the environment. The contact between water, oxygen and the minerals of the waste rock can lead to the trigger geochemical reactions such as the oxidation of sulphide minerals (eg. pyrite, chalcopyrite) which can lead to the acidification of water and the dissolution of metals. If the proportion of neutralizing minerals (carbonates, silicates) is sufficient to neutralize the acidity produced by sulphide oxidation, it is possible to produce a neutral mine drainage that contain heavy metals (eg. Cu, Mn) at concentrations exceeding the regulation criteria. Given these environmental issues, the characterization of mine waste rock becomes essential to assess and predict their contamination potential for the ecosystem.


identifier: St-Charles, P.-L. (2018). Segmentation mutuelle d'objets d'intérêt dans des séquences d'images stéréo multispectrales  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de vidéosurveillance automatisés actuellement déployés dans le monde sont encore bien loin de ceux qui sont représentés depuis des années dans les oeuvres de sciencefiction. Une des raisons derrière ce retard de développement est le manque d'outils de bas niveau permettant de traiter les données brutes captées sur le terrain. Le pré-traitement de ces données sert à réduire la quantité d'information qui transige vers des serveurs centralisés, qui eux effectuent l'interprétation complète du contenu visuel capté. L'identification d'objets d'intérêt dans les images brutes à partir de leur mouvement est un exemple de pré-traitement qui peut être réalisé. Toutefois, dans un contexte de vidéosurveillance, une méthode de pré-traitement ne peut généralement pas se fier à un modèle d'apparence ou de forme qui caractérise ces objets, car leur nature exacte n'est pas connue d'avance. Cela complique donc l'élaboration des méthodes de traitement de bas niveau. Dans cette thèse, nous présentons différentes méthodes permettant de détecter et de segmenter des objets d'intérêt à partir de séquences vidéo de manière complètement automatisée. Nous explorons d'abord les approches de segmentation vidéo monoculaire par soustraction d'arrière-plan. Ces approches se basent sur l'idée que l'arrière-plan d'une scène peut être modélisé au fil du temps, et que toute variation importante d'apparence non prédite par le modèle dévoile en fait la présence d'un objet en intrusion. Le principal défi devant être relevé par ce type de méthode est que leur modèle d'arrière-plan doit pouvoir s'adapter aux changements dynamiques des conditions d'observation de la scène. La méthode conçue doit aussi pouvoir rester sensible à l'apparition de nouveaux objets d'intérêt, malgré cette robustesse accrue aux comportements dynamiques prévisibles. Nous proposons deux méthodes introduisant différentes techniques de modélisation qui permettent de mieux caractériser l'apparence de l'arrière-plan sans que le modèle soit affecté par les changements d'illumination, et qui analysent la persistance locale de l'arrière-plan afin de mieux détecter les objets d'intérêt temporairement immobilisés. Nous introduisons aussi de nouveaux mécanismes de rétroaction servant à ajuster les hyperparamètres de nos méthodes en fonction du dynamisme observé de la scène et de la qualité des résultats produits.  ABSTRACT: The automated video surveillance systems currently deployed around the world are still quite far in terms of capabilities from the ones that have inspired countless science fiction works over the past few years. One of the reasons behind this lag in development is the lack of lowlevel tools that allow raw image data to be processed directly in the field. This preprocessing is used to reduce the amount of information transferred to centralized servers that have to interpret the captured visual content for further use. The identification of objects of interest in raw images based on motion is an example of a reprocessing step that might be required by a large system. However, in a surveillance context, the preprocessing method can seldom rely on an appearance or shape model to recognize these objects since their exact nature cannot be known exactly in advance. This complicates the elaboration of low-level image processing methods. In this thesis, we present different methods that detect and segment objects of interest from video sequences in a fully unsupervised fashion. We first explore monocular video segmentation approaches based on background subtraction. These approaches are based on the idea that the background of an observed scene can be modeled over time, and that any drastic variation in appearance that is not predicted by the model actually reveals the presence of an intruding object. The main challenge that must be met by background subtraction methods is that their model should be able to adapt to dynamic changes in scene conditions. The designed methods must also remain sensitive to the emergence of new objects of interest despite this increased robustness to predictable dynamic scene behaviors. We propose two methods that introduce different modeling techniques to improve background appearance description in an illumination-invariant way, and that analyze local background persistence to improve the detection of temporarily stationary objects. We also introduce new feedback mechanisms used to adjust the hyperparameters of our methods based on the observed dynamics of the scene and the quality of the generated output.


identifier: Pouliot Laforte, L. (2018). Évaluation de la dégradation thermique de structures en composites assemblées par rivetage à haute température  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La nécessité d'alléger les avions de ligne, pour des raisons économiques et environnementales, entraine les concepteurs à utiliser davantage de matériaux composites dans les structures de leurs aéronefs. Cependant, les méthodes d'assemblage usuelles ont de nombreux désavantages lorsqu'appliquées aux structures composites. La corrosion galvanique, le risque d'étincelle, le poids et les coûts élevés sont des inconvénients de l'une ou l'autre des attaches métalliques conventionnelles, soit les rivets en aluminium et les boulons en titane. Un rivet en composites à matrice thermoplastique moulé in situ à haute température présente une solution innovatrice aux problèmes d'assemblage des structures composites par les méthodes usuelles. La température nécessaire à la mise en forme du rivet dépasse toutefois la température de service des matrices époxy employées dans les structures composites aéronautiques. Pour étudier le transfert thermique et la dégradation de la matrice époxy lors du rivetage, un modèle d'éléments finis du cycle thermique du rivetage a été mis au point. La conductivité thermique des composites a préalablement été caractérisée avec une méthode inverse développée pour ce projet. Des essais en matage sur des échantillons soumis au cycle thermique du rivetage ont permis d'évaluer les effets de la dégradation thermique de la matrice sur les propriétés mécaniques de la structure composite. Les résultats indiquent que la dégradation de la matrice est gouvernée par un phénomène de thermolyse se déclenchant seulement à température très élevée. La thermolyse de la matrice entraine une baisse de la résistance en matage de la structure en composite. Si la température du procédé de rivetage reste sous la température de thermolyse, le cycle thermique n'affecterait pas les propriétés en matage de la structure composite.  ABSTRACT: The necessity to make commercial aircrafts lighter, for environmental and economic reasons, pushes designers to use more composite materials in the structures of their aircrafts. However, the usual joining methods have numerous disadvantages when applied to composite structures. Galvanic corrosion, sparking hazard, increased weight and cost are issues associated to either of the conventional joining methods, the aluminum rivet and the titanium bolt. A thermoplastic matrix composite rivet molded in-situ at high temperature presents an innovative solution to the problems of joining aeronautical composite structures with traditional joining methods. However, the processing temperature required to install the rivet exceeds the maximum service temperature of the epoxy matrix used in aeronautical composite structures. To study the heat transfer and the thermal degradation of the epoxy matrix during riveting, a finite elements model of the riveting thermal cycle was elaborated. The thermal conductivity of the composite materials was characterized beforehand by an inverse method developed specifically for this project. Pin-loaded tests conducted on composite coupons exposed to the riveting thermal cycle allowed to study the effect of matrix degradation on the bearing properties of the composite structure. Results indicate that matrix degradation is driven by a thermolysis phenomenon activated only at very high temperatures. The matrix thermolysis results in a decrease of the composite's bearing strength. If the process temperature remains below the thermolysis temperature, the riveting thermal cycle does not seem to affect the bearing properties of the composite structure.


identifier: Mazaheri, A. (2018). Numerical Simulation of Radiative Heat Transfer in a High Voltage Circuit Breaker  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation de l'environnement thermique et la prédiction du taux d'ablation dans un disjoncteur dépendent fortement des résultats obtenus par la simulation du rayonnement. Par conséquent, le développement d'une méthode efficace pour la simulation est d'une importance capitale. Un code robuste appelé MC3 a été développé à l'École Polytechnique de Montréal depuis une trentaine d'années afin de simuler des disjoncteurs haute tension, et plusieurs méthodes ont été implémentées dans le code pour modéliser le transfert de chaleur radiatif. Cependant, chacun d'entre eux a des lacunes, ainsi un modèle plus efficace en termes de précision et de temps de calcul a été nécessaire. Dans ce projet, une méthode explicite de volume fini sans procédure itérative est utilisée pour simuler le transfert de chaleur radiatif dans les disjoncteurs haute tension. Dans le présent travail, la méthode explicite, utilisant le balayage de l'espace, est mise en oeuvre et plusieurs cas test sont étudiés. Afin de valider la méthode, une enceinte cylindrique classique est testée avec trois épaisseurs optiques et les résultats obtenus sont comparés aux résultats analytiques. Les résultats analytiques confirment les résultats numériques. Un disjoncteur semi-industriel est étudié avec trois épaisseurs optiques et les résultats obtenus du présent travail sont comparés aux résultats obtenus par la modèle P1 et la méthode implicite FVM (Finite Volume Method). Les résultats obtenus des deux FVM concordant. Cependant, les résultats P1 pour les cas optiquement épais et minces ne correspondent pas aux résultats du FVM. Le temps de calcul pour ces trois méthodes sont comparés. P1 est la méthode la plus rapide, tandis que le temps CPU pour le FVM explicite est raisonnablement proche du temps P1. La tuyère entourant l'arc dans un modèle de disjoncteur est simulée comme troisième cas test en utilisant P1 et FVM explicite pour cinq bandes de fréquence d'émission. Les résultats obtenus avec la méthode FVM sont comparés aux résultats de P1. Ces résultats sont calculés pour chaque bande afin de déterminer leur participation à la valeur totale. Des études montrent que le transfert de chaleur radiant qui atteint la paroi de la tuyère pour les trois premières bandes est négligeable et que seules les deux dernières bandes participent au rayonnement. L'effet de la condition limite de Marshak et Dirichlet sur le flux pour le modèle P1 est étudié et la valeur de l'énergie sur paroi pour les deux est comparée aux résultats obtenus de FVM. On observe que la valeur de l'énergie sur la paroi pour les conditions aux limites de Marshak est plus proche de celle obtenue de par FVM, tandis que P1 avec Marshak ne peut pas déterminer l'emplacement du flux maximal qui est très important dans le calcul du taux d'ablation. Le temps CPU pour le FVM implémenté dans le présent travail est comparé à celui obtenu de P1 et on observe que P1 est plus de 10 fois plus rapide alors que les résultats FVM sont plus réalistes.  ABSTRACT: Radiation is an effective mechanism of heat transfer in a circuit breaker. Simulation of the thermal environment and the prediction of the rate of ablation in a circuit breaker are strongly dependent on results obtained from simulation of the radiative heat transfer. Therefore, the development of an efficient method to simulate this phenomenon is of vital importance. A simulation software called MC3 has been developed at Ecole Polytechnique de Montréal since about 30 years ago to simulate high voltage circuit breakers, and several methods have been implemented in this code to model the radiative heat transfer. However, each of them has shortcomings, and a more efficient model in terms of accuracy and computational cost is needed. In this project an explicit finite volume method without any iterative procedure is proposed to simulate the radiative heat transfer in such devices. The explicit finite volume method (FVM) using a marching order map is implemented and applied to several test cases. For validation purposes of the implementation, a classic cylindrical enclosure is tested in three optical thicknesses and the results obtained are compared with analytical results which confirm numerical results. A semi-industrial circuit breaker is studied for three optical thicknesses and the results obtained are compared with those obtained from the P1 and the implicit FVM. The results obtained from both FVMs are in a good agreement. However, the P1 results for optically thick and thin cases do not match the FVM results. The CPU time for these three methods are compared. The P1 is the fastest computationally while the CPU time for the explicit FVM is reasonably close to that the P1. As a third test case, the nozzle surrounding the arc in a circuit breaker model is simulated by using both the P1 and FVM for five emission frequency bands. The results obtained from the FVM are compared with those for P1. These are calculated for each band in order to assess their participation in the total values. The results obtained from FVM are compared with those for the P1 in each band separately. Studies shows that the radiant heat transfer incident on the wall of nozzle for the three first bands is negligible, and only the 2 last bands participate in radiation energy transfer. The effect of Marshak and Dirichlet boundary condition on flux for the P1 model is studied and the value of the radiative heat received by the wall for both is compared with those obtained from FVM. It is observed that the value of heat on the wall of the nozzle for the Marshak boundary condition is closer to that obtained from the FVM, while the P1 with similar boundary condition cannot determine the location of the maximum flux which is very important in calculation of the ablation rate. The CPU time for the FVM implemented in present work is compared to that obtained from P1, and it is observed that P1 is faster more than 10 times, although FVM result are more realistic.


identifier: Nguyen, R. P. T. (2018). Études sur les jets à contre-courant  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

title: Études sur les jets à contre-courant

abstract: RÉSUMÉ: Les jets à contre-courant ont fait l'objet de plusieurs études puisqu'ils ont la capacité de favoriser le développement de la turbulence sans utilisation d'agitateurs mécaniques. Ce phénomène est possible puisque les couches de mélange entre le jet et l'écoulement à contre-courant ont un fort gradient de vitesse. Les résultats de recherches ont permis de comprendre par exemple l'évolution des dimensions des jets, la similitude des profils de vitesse et les limites d'instabilité en fonction de plusieurs paramètres adimensionels. Malgré ces nombreuses contributions scientifiques, ces résultats ont été validés en détails seulement pour le cas d'un jet unique et à haut nombre de Reynolds et peu d'information est disponible quand il y a présence de plusieurs jets à contre-courant. Un banc d'essai inspiré d'un bruleur à flamme unidimensionnelle a été utilisé pour étudier expérimentalement cette configuration : une matrice de jet à contre-courant. L'objet de cette recherche est d'investiguer les éléments suivants : — Les régimes stables et instables en fonction des paramètres adimensionels. — La différence entre un jet isolé et une matrice de jets à contre-courant. — La fréquence caractéristique des structures tourbillonaires. D'après la littérature, la longueur des jets évolue de façon linéaire en fonction du ratio vitesse du jet sur celui de l'écoulement (Ujet/U). De plus, la pente de cette droite est environ 2.4 à 2.9. Toutefois, dans une matrice de jets à contre-courant, la constante des droites se trouve entre 0.11 à 0.22 et ces valeurs dépendent du nombre de Reynolds de l'écoulement. Ensuite, la littérature prédit des jets instables quand le rapport des vitesses dépasse une valeur de 1.4 pour le jet isolé. Toutefois, pour le régime laminaire à très faible nombre de Reynolds étudié ici, que le jet soit isolé ou dans une matrice, les instabilités n'ont pas été détectées dans ces conditions. Le critère (Ujet − U)/(Ujet + U) > 1.32 a alors été utilisé pour tenter de détecter les instabilités introduites par les couches de mélange. Cependant, l'utilisation de ce critère dans la configuration de matrice de jets était inconsistente, ce qui a mené à utiliser un autre critère basé sur le nombre de Reynolds minimum qui varie entre Rejet � 35 et Re � 368. Finalement, une analyse fréquentielle des structures tourbillonaires générées par les jets a permis d'estimer une fréquence caractéristique entre 3 et 29 Hz dans les plages de ratio de vitesse étudiées.  ABSTRACT: Counterflow jets have been the subject of many studies because they favor the development of turbulence in the flow without the use of mechanical stirrer. This can be explained by the mixing layer between the jet and the counterflow that is highly unstable because the velocity gradient is strong in that area. Research on counterflow jets has permit to understand how non-dimensional parameters affect the jet length, the similarity of velocity profiles and the threshold for the flow stability. These results were validated for the case of a single jet at a high Reynolds number and few informations are available when an array of jets is against a counterflow, both under a low Reynolds number. A setup based on a novel burner to investigate unstretched planar diffusion flames is used to study the configuration of the jet array. The goal of this study is to investigate the following subjects: — The flow regime characterized by dimensionless parameters. — The difference between a single jet and a jet array against a counterflow. — The vortex shedding specific frequency in a transient flow. According to the litterature, the length of a jet evolves linearly in function of the velocity ratio of the jet and its counterflow (Ujet/U). Further, the slope of this linear scale is usually found between 2.4 and 2.9. It was expected that we would get similar results in a jet array, however, experimental data show that the slope constant is bounded from 0.11 to 0.22 and that these values themselves are strongly dependent on the Reynolds number of the flow. Next, litterature results predict jet instabilities when the velocity ratio exceeds 1.4 for the case of a single jet. In a laminar regime, at a very low Reynolds number, no instability was such detected for isolated jet or jets array. (Ujet − U)/(Ujet + U) > 1.32 is thus used as a criterion in order to detect the instability for a generalized shear layer and is applied in this study. The results were both inconsistent for a single or several jets. Therefore, the Reynolds number is used as reference and it seems that the lowest threshold for a single jet instability is Rejet � 35 and Re � 368. Finally, frequency analysis from the vortex shedding indicates periodic signals ranging from 3 to 29 Hz.


identifier: Bougrinat, Y. (2018). Design and Development of a Lightweight Ankle Exoskeleton for Human Walking Augmentation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RESUMÉ La plupart des exosquelettes motorisés de la cheville ont une masse distale considérable, ce qui limite leur capacité à réduire l'énergie dépensée par l'utilisateur durant la marche. L'objectif de notre travail est de développer un exosquelette de chevilles avec le minimum de masse distale ajoutée comparé aux exosquelettes motorisés de chevilles existants. Aussi, l'exosquelette doit fournir au moins 50 Nm de support au couple de flexion plantaire. L'exosquelette développé dans le cadre de ce mémoire utilise deux câbles Bowden pour transmettre la force mécanique de l'unité d'actionnement attachée à la taille aux deux tiges en fibre de Carbonne attachées à la botte de l'utilisateur. Quand les deux tiges sont tirées, ils génèrent un couple qui supporte le mouvement de flexion plantaire à la fin de la phase d'appui du cycle de marche. Une pièce conçue sur mesure et imprimé en plastique par prototypage rapide a été attachée au tibia pour ajuster la direction des câbles. Une étude d'optimisation a été effectuée pour minimiser la masse des tiges limitant ainsi la masse distale de l'exosquelette (attaché au tibia et pied) à seulement 348 g. Le résultat principal obtenu à partir des tests de marche est la réduction de l'activité des muscles soléaire et gastrocnémien du sujet par une moyenne de 37% et 44% respectivement lors de la marche avec l'exosquelette comparée à la marche normale. Cette réduction s'est produite quand l'exosquelette a fourni une puissance mécanique de 19 ± 2 W avec un actionnement qui a commencé à 38% du cycle de marche. Ce résultat démontre le potentiel de notre exosquelette à réduire le cout métabolique de marche et souligne l'importance de réduire la masse distale d'un exosquelette de marche.  ABSTRACT: Most of powered ankle exoskeletons add considerable distal mass to the user which limits their capacity to reduce the metabolic energy of walking. The objective of the work presented in this master thesis is to develop an ankle exoskeleton with a minimum added distal mass compared to existing autonomous powered ankle exoskeletons, while providing at least 50 Nm of assistive plantar flexion torque. The exoskeleton developed in this master thesis uses Bowden cables to transmit the mechanical force from the actuation unit attached to the waist to the carbon fiber struts fixed on the boot. As the struts are pulled, they create an assistive ankle plantar flexion torque. A 3D-printed brace was attached to the shin to adjust the direction of the cables. A design optimization study was performed to minimize the mass of the struts, thereby limiting the total added distal mass, attached to the shin and foot, to only 348 g. The main result obtained from walking tests was the reduction of the soleus and gastrocnemius muscles activity by an average of 37% and 44% respectively when walking with the exoskeleton compared to normal walking. This reduction occurred when the exoskeleton delivered a mechanical power of 19 ± 2 W with an actuation onset fixed at 38% of the gait cycle. This result shows the potential of the proposed exoskeleton to reduce the metabolic cost of walking and emphasizes the importance of minimizing the distal mass of ankle exoskeletons.


identifier: Alizadeh Aliabadi, H. (2018). Behavioural Considerations in Route Choice Modelling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La modélisation de choix d'itinéraires, i.e. de la route empruntée par les individus entre une paire origine et destination, est probablement l'un des problèmes les plus complexes et laborieux de l'analyse des comportements de déplacement. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la compréhension comportementale du choix des itinéraires routiers en observant le processus sous-jacent de prise de décision des conducteurs.  ABSTRACT: Route choice modelling is probably one of the most complex and challenging problems in travel behaviour analysis. It investigates the process of route selection by an individual, making a trip between predefined origin-destination pairs. The main objective of this thesis is to enhance the behavioural understanding of drivers' route choice decisions by observing drivers' underlying process of decision-making


identifier: Mosser, P. (2018). Caractérisation microstructurale et mécanique d'aciers à haute résistance sujets à la galvanisation continue  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'amélioration des performances des automobiles nécessite leur allègement. Ceci passe entre autres par l'adoption de nouveaux matériaux pour la structure interne de la carrosserie comme les aciers avancés à haute résistance mécanique en substitution des aciers faiblement allié à haute résistance (HSLA). Pour obtenir les propriétés mécaniques désirées et assurer une protection contre la corrosion, les aciers sont traités dans une ligne de galvanisation en continu. Dans ce procédé, la température du traitement thermique est contrôlée par pyrométrie. Cette méthode utilise les propriétés radiatives du matériau en cours de traitement à travers l'émissivité spectrale qui est sensible à l'état de surface. En raison de leur composition chimique, plus riche en manganèse notamment, les nouveaux aciers développent une oxydation superficielle sélective qui altère l'émissivité et donc qui provoque des erreurs de détermination de la température. Ce mémoire vise à évaluer l'écart de température maximale admissible pour que les propriétés mécaniques des aciers respectent leur norme de référence. Le projet a été mené sur un acier HSLA grade 50 et sur un acier biphasé grade 980 (DP980). Afin de simuler une situation de perte de contrôle de la température, des cycles altérés ont été réalisés à partir des cycles nominaux fournis par les partenaires industriels. La température maximale du revenu intercritique nominale est de 802°C, elle a été altérée de ±25°C et ±50°C pour le DP980 et seulement ±50°C pour le HSLA. Les traitements thermiques ont été réalisés dans le simulateur de galvanisation de McMaster University où la température est contrôlée par thermocouple. Les cycles thermiques ont été arrêtés juste avant l'étape de galvanisation. Les propriétés mécaniques ont été déterminées par des essais de traction uniaxiale selon la norme ASTM E8/A370. Une cartographie de la dureté des coupons traités thermiquement dans le simulateur a permis de définir une zone de température uniforme de ±10°C. Comme prévu, les propriétés mécaniques de l'acier DP980 sont fortement affectées par l'altération de la température. Quand la température dévie de -50°C à +50°C, la limite d'élasticité et la résistance mécanique augmentent respectivement de 540 MPa et 260 MPa. Quelle que soit la déviation de la température, les propriétés mécaniques dépassent les minimums requis par la norme ASTM. Concernant le HSLA, pour des déviations identiques de température, la limite d'élasticité et la résistance mécanique augmentent respectivement de 120 MPa et 40 MPa.  ABSTRACT: The improvement of automotive efficiency involves using better materials such as advanced high-strength steel (AHSS) in substitution to high strength low alloy (HSLA) to lighten the weight of autobody parts. To reach desired mechanical properties and to assure protection from the corrosion, the steel strips are processed in continuous galvanizing lines. During this process, it is observed that the steel strip temperature often deviates from the aimed temperature prior to immersion in the zinc pot. This is often the consequence of erroneous pyrometric measurements, due to variations in spectral emissivity of the steel strip, thereby providing faulty feedback to the soak furnace thermostat. The objective of this research is to quantify the strip temperature tolerance needed to achieve the specified mechanical properties of DP980 (AHSS, dual phase grade 980), in comparison with a HSLA steel grade 50. Based on nominal heat treatment issued by the industrial partners, several altered heat cycles were designed to simulate a deviating temperature control. Maximum intercritical annealing temperature, 802°C, is modified by ±25°C and ±50°C for DP980 and only by ±50°C for HSLA. By design the cycles are interrupted just before the galvanization step. Heat treatments have been performed in the McMaster galvanizing simulator. The coupon temperature is controlled by one thermocouple. A hardness mapping of heat treated coupons has been performed in order to determine the area where temperature is uniform within [0 / -10°C]. After heat treatment, the tensile properties (yield strength, tensile strength and elongation at failure) have been characterized on subsize specimens according to ASTM E8/A370. As expected, the mechanical properties of DP980 are strongly affected by temperature deviation. When the temperature deviates from -50°C to +50°C, the yield stress and ultimate tensile strength increase respectively by 540 MPa and 260 MPa. In the whole range the yield stress and ultimate tensile strength still significantly exceed the minimal values required by ASTM standard. For HSLA, with the same temperature deviation, the yield and ultimate tensile strength only increase respectively by 120 MPa and 40 MPa.


identifier: Bussières-Hersir, M.-H. (2018). Développement de procédés de fabrication de coupleurs à fibre optique : application aux hybrides optiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les hybrides optiques permettent des mesures fiables de l'amplitude d'un signal optique et de sa phase relative par rapport à un signal de référence, ou oscillateur local. La théorie prédit que, par sa symétrie, un coupleur 3x3 de géométrie équilatérale constitue un hybride optique 120  lorsque celui-ci présente une équipartition des puissances. La méthode de fusion-étirage est utilisée pour fabriquer des hybrides optiques 120 tout-fibre à partir de coupleurs optiques 3x3. Des blocs d'étirage usinés au micron près contraignent trois fibres optiques SMF-28 à adopter une géométrie équilatérale tout au long de la fabrication des dispositifs. Les fibres sont fusionnées et étirées à l'aide d'une micro-torche dont la flamme est à base d'un mélange d'oxygène et de propane. Plusieurs approches différentes ont été testées afin d'identifier la meilleure façon de fabriquer des hybrides optiques de manière répétable. Ces approches sont : l'étirage sans fusion, l'utilisation de torsions, l'ajout d'une étape de préforme avant la fusion, la fusion par balayage et la fusion en un passage. L'approche qui a donné les meilleurs résultats est la fusion en un passage ; tous les composants ayant pu être caractérisés entièrement sont sortis de cette approche. Les composants fabriqués sont caractérisés en transmission par des mesures de pertes d'insertion pour des longueurs d'onde entre 1300 et 1600 nm. Leur phase relative est également caractérisée dans la bande C, de 1530 à 1565 nm. Les hybrides optiques caractérisés présentent des pertes d'excès se situant entre 0,54+-0,16 dB et 1,85+-0,21 dB de 1300 à 1600 nm et des ratios de couplage de 33,3% dont l'écart-type varie de 0,5 à 4,1% selon le dispositif à sa longueur d'onde de croisement. Les phases relatives des dispositifs caractérisés se situent entre 112,3+-0,9 et 123,2+-3,6 autour du 120 recherché et entre 236,6+-2,4 et 241, 6+-3, 6 pour le 240 pour toute la bande C. En comparaison avec les travaux antérieurs, les hybrides optiques entièrement caractérisés sont fabriqués sans tube de verre externe ou torsion pour maintenir la géométrie. Ils présentent généralement moins de pertes d'excès et une bonne stabilité en phase dans la bande C.  ABSTRACT: Optical hybrids enable the unambiguous measurement of both the amplitude of an optical signal and its phase relative to a reference. A fusion-tapering technique is used to produce monolithic all-fiber 3x3 optical hybrids. By a symmetry argument, theory predicts that an equilateral triangular 3x3 coupler must form a 120 hybrid whenever a power equipartition is obtained during tapering. Precision-machined holding clamps constrain three SMF-28 fibers to an equilateral triangle geometry. An oxygen-propane micro-torch is used for the fusion and tapering steps. Several approaches have been tested to maximise the chances of having an equilateral ge-ometry of the fibers, thus a power equipartition. Those approaches are: tapering without fusion, fusion with or without twists, fusion with twists and with a preform of the fibers and fusion in one sweep. The fusion in one sweep and without twists produced the best results. All devices that were fully characterized were produced with the fusion without sweeping method. Fabricated devices are characterized with respect to insertion loss from 1300 to 1600 nm and relative phases in the C-band. Fabricated devices exhibit excess loss lying between 0,54 +- 0,16 dB and 1,85 +- 0,21 dB in the whole band, the coupling ratio is 33,3 +- 0,5 to 4,1% at their coupling wavelength. The relative phases are measured within 120±10 and 240+-10 across the whole C-band from 1530 to 1565 nm and showed a small variation of less than 3,6 for all devices. Compared to previous work, all-fibre hybrids are fabricated without an outer glass tube, exhibit lower excess loss and good phase tolerance over the whole C-band.


identifier: Somveille, Q. (2018). Effect of Selective Oxidation on Temperature Measurements of AHSS with Pyrometry  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le contrôle précis de la température dans les fours de traitement thermique sur les lignes de galvanisation continue est essentiel pour l'obtention des propriétés mécaniques désirées des aciers  galvanisés. Des capteurs sans contact, typiquement des pyromètres monochromatiques ou polychromatiques, sont employés pour le contrôle de température. Les mesures de ces instruments sont influencées par l'émissivité du matériau traité, qui est elle-même sensible aux caractéristiques surfaciques comme la rugosité or l'oxydation sélective de surface. Le travail présenté examine l'impact de la composition chimique du métal de base, de la rugosité de surface et de l'oxydation sur l'émissivité spectrale de deux grades d'aciers biphasés (DP) laminés à froid : le DP780 et le DP980. Un cycle de traitement thermique, représentatif du revenu intercritique effectué dans les fours industriels, a été appliqué aux deux alliages à l'aide d'un simulateur de galvanisation continue dans lequel l'atmosphère est composée de 95% N2 et 5% H2, avec un point de rosée de -30°C. Les cycles thermiques ont été interrompus à différents instants et les tôles ont été rapidement refroidies avec de l'azote dans le but d'observer l'évolution de l'oxydation au cours du cycle de revenu intercritique et son impact sur l'émissivité. L'émissivité spectrale des échantillon obtenus a été mesurée à température ambiante et pour des longueurs d'onde entre 0.6 et 25 µm. Les résultats indiquent que l'émissivité spectrale du DP780 varie plus lors du revenu intercritique que celle du DP980. L'émissivité spectrale augmente pour les courtes longueurs d'onde (< 2 µm) et diminue pour les grandes longueurs d'onde (> 2.5 µm) avec la croissance d'oxyde. La différence de comportement provient des différentes interactions physiques entre les ondes électromagnétiques et la surface de l'échantillon, en fonction de l'échelle de la rugosité par rapport à la longueur d'onde de la lumière. Les résultats d'émissivité sont comparés à des observations de la topographie de surface (SEM) et à des profils chimiques (GDOES). Ces mesures montrent que l'oxyde externe est plus visible et plus épais dans le cas du DP780, par rapport au DP980. La différence de composition chimique, et en particulier le rapport Mn/Si peut expliquer ces différences de comportement entre les deux grades d'aciers biphasés.  Le point de rosée de l'atmosphère du four de chauffe a été modifié de façon à étudier l'effet de la concentration en oxygène dans l'atmosphère sur l'oxydation et l'émissivité spectrale.  ABSTRACT: Precise steel temperature control in the soaking furnaces within the continuous galvanizing lines is essential for obtaining the desired mechanical properties of galvanized steel. Non-contact sensors, typically single and multi-wavelength pyrometers, are used for temperature control. The readings by these instruments are influenced by the spectral emissivity of the heat treated material, which is sensitive to surface characteristics like roughness or surface selective oxidation. The present work investigates the impact of the chemical composition of the base steel, surface roughness and oxidation, on the steel spectral emissivity and temperature measurements by pyrometry. The study focuses on two grades of cold rolled dual phase (DP) steel: DP780 and DP980. A heat treatment cycle representative of intercritical annealing performed in the industrial furnaces was applied to coupons of both alloys, using a galvanizing simulator in which the atmosphere was composed of 95% N2 and 5% H2, with a dew point of -30. The heat cycles were interrupted at various points and coupons rapidly quenched with nitrogen to observe the evolution of oxidation during the intercritical annealing cycle and its impact on emissivity. The spectral emissivity of the extracted coupons were measured at room temperature for wavelengths between 0.6 and 25 µm. Results indicate that the spectral emissivity of DP780 varies more during intercritical annealing than that of DP980. Spectral emissivity increases at short wavelengths (< 2 µm) and decreases at long wavelengths (> 2.5 µm) with the growth of oxide. The different behavior is explained by different physical interactions between electromagnetic waves and the surface, depending on the roughness length scale compared to the wavelength of light. Spectral emissivity results are compared with topography observations (SEM) and elemental profile measurements (GDOES). These measurements showed that external oxide is more visible and thicker for DP780 compared to DP980. These differences between these two dual phase steel grades originate from the different alloy composition, and especially the Mn/Si ratio. The furnace atmosphere dew point was modified in order to investigate the effect of the atmosphere oxygen concentration on oxidation and spectral emissivity. Changing the dew point from -30°C to 0°C reduces surface oxidation and variations in spectral emissivity during the cycle. The increase in the atmosphere oxygen concentration causes the transition from external to internal oxidation. In the case of DP980, modifying the dew point has little impact on spectral emissivity.


identifier: Barrette, S. (2018). Vulnérabilité des usines de traitement d'eau potable de la région métropolitaine de Montréal aux déversements accidentels d'oléoducs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les dernières années, plusieurs déversements d'oléoduc importants sont survenus sur le territoire Nord-Américain. Dans certains cas, la contamination subséquente d'un cours d'eau a forcé la fermeture de prises d'eau brute alimentant des usines de traitement de l'eau potable (UTEP) pour une durée prolongée. La possible implantation du projet d'oléoduc Énergie Est et le projet d'inversion de la canalisation 9B d'Enbridge a récemment ramené dans le débat public la question de la vulnérabilité des UTEP située sur le territoire de la Communauté Métropolitaine de Montréal (CMM) par rapport à ce type d'infrastructures. Deux autres oléoducs d'importance sont présents sur ce territoire, soit l'oléoduc Trans-Nord et l'oléoduc St-Laurent. Dans la région, 27 UTEP alimentant plus de 3,3 millions de personnes sont actuellement situées en aval hydraulique d'au moins un oléoduc. Considérant l'état de dégradation de certaines de ces infrastructures, une analyse du risque s'imposait afin d'avoir l'heure juste sur la situation.  ABSTRACT: In recent years, several major oil spills have occurred in North America. In some cases, a subsequent contamination of a watercourse has forced drinking water treatment plants (DWTPs) to close their raw water intakes for an extended period of time. The possible implementation of the Energy East Pipeline project and the Enbridge Line 9B reversal project recently brought into the public debate some questions about the vulnerability of the DWTPs located on Montreal Metropolitan Community (MMC) territory. Two other major pipelines are located in this territory, the Trans-Northern Pipeline and the St-Lawrence Pipeline. In the region, 27 DWTPs, supplying more than 3.3 million people, are currently located downstream of at least one pipeline. Considering the state of degradation of some of these infrastructures, an analysis was necessary in order to assess the situation.