identifier: Cazin, Thomas  (2021). Conception de chaînes logistiques pour des projets de construction modulaire.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: gestion de la chaîne logistique de la construction

subject: logistique de construction

subject: modèle d'optimisation

subject: programmation en nombres mixtes

subject: matrice de transition

abstract:
La conception de la chaîne logistique (supply chain) dans un projet de construction est à l’heure actuelle très manuelle. La conséquence de ce fait est une organisation peu efficace, entraînant des surcoûts et des dépassements de délais conséquents, réduisant ainsi la rentabilité des projets. En outre, un manque de concertation entre les différents acteurs de la chaîne logistique cause des difficultés supplémentaires pouvant ralentir le projet et gêner les activités.

L’étude des méthodes de conception et d’optimisation de la chaîne logistique dans le secteur manufacturier souligne un retard important de l’industrie de la construction, et met en évidence l’intérêt possible à adapter les méthodes déjà existantes dans l’industrie manufacturière au cas de la construction. Après avoir observé les modèles de conception et d’optimisation développés dans la littérature, nous en avons donc construit un nouveau, adapté aux problématiques spécifiques du secteur étudié et permettant d’influencer la prise de décision dès la conception du projet.

Une première version permet l’optimisation des coûts d’une construction simple comportant plusieurs possibilités pour être réalisée. Une planification est ensuite effectuée à partir des données issues de la simulation. Une seconde version du modèle intègre la problématique du stockage et ajoute également la possibilité d’influer sur le temps de réalisation grâce à l’introduction d’un « crashing cost ». Les différentes options ainsi générées à travers ces versions permettent de servir d’aide à la décision au moment de concevoir la chaîne logistique, et donc augmenter l’intégration au sein de celle-ci pour réduire les incidents.


identifier: Sharifzadeh, Mohammad  (2021). Optimized multilevel inverters and modulation techniques for power electronics applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject: onduleurs multiniveaux

subject: techniques de modulation à faible fréquence de commutation

subject: élimination sélective d’harmoniques

subject: atténuation Sélective d’harmoniques

subject: cellule-U compacte

subject: cellule-E compacte

abstract:
The main goal of this thesis is to optimize the modulation techniques and multilevel inverter topologies to reach a higher efficiency in power electronics applications. Among conventional multilevel inverters, compact topologies like Packed U-Cell is interesting particularly for single phase applications because of single dc source structure. Five-level Packed U-Cell appeared as a promising topology that could find its way to industry; but, it confronts some drawbacks when it is extended to generate more levels. The main drawback is the capacitor voltage balancing issue which demands a deep optimization to reach a novel and reliable compact multilevel inverter topology. Along with optimization of the inverter topology, modulation techniques need to be optimized to enhance the inverters efficiency in the targeted applications. Although popular techniques like SVM and SPWM could show their reliable performance, they have high switching frequency which increases power losses. On the other hand, SHE-PWM and SHM-PWM were introduced as a promising low switching frequency techniques where, they can be the appropriate candidates for optimization and utilization in high power applications of multilevel inverters. As the primary effort for optimization of the SHE and SHM, a new switching angles has been obtained for a low switching frequency voltage waveform through the precise mathematic analysis on the triplen harmonics to self-eliminate all triplen harmonics without doing any extra calculations. Then, the determined non-triplen harmonics are eliminated or mitigated by the normal operation of the SHE or SHM. Therefore, maximum harmonics amplitudes are controlled while the switching frequency is at minimum.

In the next work, SHE is optimally designed for 3phase 4wire inverters as to supply both symmetrical and asymmetrical loads under low switching frequency operation. SHE has been adaptably designed for both 4wire configurations of 3phase NPC inverter; 4leg 4wire and 3leg 4wire. It has been shown that SHE is more compatible with 3leg 4wire configuration over 4leg 4wire one in terms of harmonic distortion of output phase voltage, switching angles calculations and design complexity as well as power losses. Next work presents a hybrid strategy of SHM modulation technique for controlling CMV in 3phase inverters. In all previous works where software solution based on the modulation techniques was used to control CMV, the applied technique was deigned based on the proper selection of the switching vector. However, it the proposed work in this thesis, the CMV is controlled based on the harmonic analysis in order to formulize CMV in the hybrid SHM technique. It was shown that CMV is notably reduced by elimination of triplen harmonics while the switching frequency ratio is kept under 1KHz. Finally, last work introduces a novel compact multilevel inverter so-called as Packed E-Cell topology. Packed E-Cell is a deep optimization of previous generation of compact multilevel inverter; Packed U-Cell to reach further output voltage levels, reduced components counts and simplicity in capacitor voltage balancing. Packed E- Cell has been established based on the idea of extending the capacitors in horizontal way unlike vertical way which results in more optimized structure compared to Packed U-Cell. It was shown that the Packed E-Cell can be a suitable and reliable alternative topology to replace Packed U-Cell.

All works are fully supported by theoretical, simulation and experimental analyses and discussion.


identifier: Mushakhian, Siamak  (2021). Design of forest supply chain under uncertainty: the impact of spruce budworm infestation on the wood supply.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
planification de la gestion forestière
récolte du bois
planification de la récolte
programmation linéaire
modèle II
tordeuse des bourgeons de l'épinette
infestation
défoliation
approvisionnement en bois
récolte de récupération
pulvérisation
programmation stochastique

abstract:
The forest industry is very important from both environmental and economic perspectives for Canada. In 2017, production in the forest sector contributed around $25 billion to Canada’s real gross domestic product (GDP) through 210 thousand direct and 107 thousand indirect jobs. However, millions of dollars are the cost of damage of invasive species to forest owners such as government, industries, and private citizens. Revenue losses, prevention and control investments, and environmental mitigation efforts have cost Canada hundreds of millions of dollars during the last years. Spruce budworm (Choristoneura fumiferana (Clemens)) outbreaks is a well known major natural disturbance in eastern Canada. It is one of the most destructive insects in North America’s conifer stands. Reduction in the wood supply is one major direct impact of insect outbreaks. As an example, in 2017, more than 7 million hectares were defoliated by spruce budworm in Quebec. Repeated defoliation causes tree mortality, reduction of growth rates, and reduced lumber quality. There are different control methods to protect forest against insects and diseases. Silvicultural control methods such as salvage harvesting and pre-emptive harvesting, are used to satisfy the forestry companies’ demand and chemical methods like spraying biological insecticide Bacillus thuringiensis ssp. kurstaki (Btk) is taken into account to maintain trees alive during large-scale infestation for later harvest.

In my article, titled “Salvage Harvest planning for Spruce Budworm Outbreak using Multistage Stochastic Programming”, we considered the effect of changes of outbreak intensity on wood values throughout the forest as the wood infestation can change the lumber quality. Salvage harvesting considered as an action to mitigate the economic and environmental damages. We propose a multistage stochastic mixed-integer programming model for harvest scheduling under various outbreak intensities. The objective is to maximize revenues of wood value minus logistic costs while satisfying demand for wood in the industry. Results show that when there is an outbreak throughout the forest, the first priority for salvage harvesting is to focus on forest areas with the lowest level of infestation.

The other article, titled “The integration of spraying and harvesting to minimize the wood losses during an outbreak of Spruce Budworm” uses two control techniques, spraying and harvesting, against spruce budworm defoliation in the forest. In each period, the estimation of wood volume for each stand is updated based on its feature attributes, history of the defoliation, and whether it has been sprayed or not. This study provides a deterministic model addressing the questions of where and when should be harvested or sprayed to maximize revenues of harvested wood minus logistic costs and maximize the value of standing trees at the end of the planning horizon while satisfying demand for wood in the industry and minimizing the forest protection costs. The model has been applied to a case study located in the Bas-Saint Laurent region in Quebec. The results show that the benefits of harvesting outweigh the benefits of spraying and the models prefer to harvest rather than spraying; however, it does not mean that spraying is not effective. Spraying is helpful but it is not economical in comparison with harvesting. Furthermore, stands which have the highest wood loss, in other words, they have a high proportion of BF and WS and the cumulative defoliation score is around the turning point of the cumulative mortality curve are elected for harvesting. Finally, stands which have a highdensity ratio (volume to the area) are economical choices for spraying.

While studying strategic forest management models, we observed two mistakes in the original formulation in one of the well-known models called Model II if the minimum number of periods between regeneration harvests is overlooked. The first is a mistake in the area constraints and the second in calculating one important parameter of the model representing discounted net revenue per hectare between periods. We provide a revised model together with comments on the computations of a parameter used in the model formulation. Then, in order to validate the problem identified, we solve the Model II with realistic data to address the modeling mistakes and explain how our revised formulation works with the same data. We also describe situations where the mistakes may have a larger impact and explain why they have not been identified earlier. This study is the first article called “How the minimum number of periods between regeneration harvests induces modeling mistakes in the well-known Model II forest management”.


identifier: Dancila, Radu Ioan  (2021). Aircraft Trajectory Optimization for a Cruise Segment with Imposed Flight Time Constraint.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

format: application/pdf application/pdf

subject: trajectoire de vol

subject: plan de vol

subject: optimisation des trajectoires de vol

subject: contraintes d’optimisation

subject: heure d’arrivée requise (RTA)

subject: système de gestion du vol (FMS)

subject: système de gestion du trafic aérien (ATM)

subject: performance de vol de l’avion

subject: modèle de performance de l’avion

subject: Base of Aircraft Data (BADA)

subject: données atmosphériques

subject: modèle des données atmosphériques

subject: modèle des données d’atmosphère GRIdded Binary (GRIB)

subject: algorithmes d’optimisation

subject: optimisation multi-objectifs

subject: algorithmes génétiques

subject: Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II)

abstract:
The work presented in this thesis is applied in the field of aircraft flight trajectory optimization, approached as a flight-planning problem. The objective of the optimization is to determine an optimal flight plan, which minimizes a selected cost function and satisfies all the imposed constraints. The optimization takes into account the particular aircraft performance data and flight configuration (load, fuel quantity, etc.), initial and final points (latitudes, longitudes, and altitudes) of the flight segment to be optimized, atmospheric conditions along the flight trajectory, as well as optimization and navigation constraints. It was assumed in this work that the lateral component of a flight plan was composed by a set of sub-segments, constructed by selecting adjacent nodes from a routing grid. The routing grid was constructed based on the orthodromic route between the initial and final points of the segment to be optimized, a selected maximum lateral deviation from the orthodromic route, and a maximum sea level distance between the grid nodes.

The first research subject concerned a new atmospheric data model that defines the variation of the atmospheric parameters as functions of time in selected points along the lateral flight trajectory or in the nodes of a routing grid, at a selected altitude. The model was constructed based on the forecast data provided by the Meteorological Agencies, in GRIB2 data format, and defined in the nodes of a 4D grid (geographic location, altitude, and time). As a result, an atmospheric parameter value in an atmospheric data definition point (geographic location and altitude), at the time instance of interest, was obtained by a one-dimensional linear interpolation. Test results showed that, compared with the classic four-dimensional linear interpolation from the GRIB forecast data, the proposed model yielded identical atmospheric parameters values (differences of the order of 10-14) and, on average, it was six times faster. Therefore, by using the proposed atmospheric data model it would be possible to perform an optimization faster or to evaluate more candidate flight plans during the allotted execution time, which would yield better optimization results. The proposed model can be extended by generating the model data for each altitude from a set of altitudes of interest.

The second investigation evaluates the performance of a new optimization method, based on genetic algorithms, where both the lateral and the vertical components of the flight plan are subjected to optimization. In this study, the routing grid for the lateral component of the candidate flight plans was constructed according to the methodology presented in the first investigation. The family of vertical flight plans was constructed according to a selected structure and topology. The results were compared with a reference flight plan, obtained as the optimal profile (speed optimization) for a flight along the flight track and altitude profile of a real flight, retrieved from the FlightAware website. Subsequently, another investigation analyzed the effects of performing flight plan corrections (altitude – speed profile) relative to the aircraft flight envelope (correction of the candidate flight plan parameters, so that the aircraft flight parameters would remain within the flight envelope limits), on the optimization results and execution time. A total of 60 tests were performed, composed of 10 test runs for each of the six cost index values considered in the evaluation. The results showed that, by performing the flight plan corrections relative to the aircraft flight envelope, the computation times increase by a factor larger than two and the results are less optimal. Relative to the reference flight plan, the proposed optimization method, in which the candidate flight plans were not corrected, yielded a total cost reduction between 1.598% and 3.97%.

The third investigation evaluates a new flight plan optimization method / approach, derived from the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II multi-objective optimization method. The proposed method applies to the case where a crossing time is desired / expected to be imposed at the final point of the segment under optimization (Required Time of Arrival). The time constraint value could be a preferred crossing time instance selected by the flight planner or, it could result from a negotiation with the Air Traffic Management System. The proposed method identifies, in parallel, a set of optimal flight plans corresponding to a set of selected contiguous flight time constraints (“windows”) imposed at the final point of the flight segment to be optimized. The advantage of the proposed method is that decision makers can select the flight plan that best suits their criteria and, if rejected by the Air Traffic Management system, they can select the next best flight plan from the set of solutions without having to perform a new optimization. Seven method variants were evaluated, and 10 test runs were performed for each variant. The tests considered the case where 31 contiguous time constraint windows were imposed at the final point of the segment under optimization. Test results showed a very good convergence of the solutions. For five method variants the maximum fuel burn differences relative to the “global” minimum for a time constraint value (for all the method variants and all the test runs) were less than 90 kg of fuel (0.14%). The worst optimization method found optimal flight plans that yielded fuel burns with a maximum of 321 kg (0.56%) more than the “global” optimum.


identifier: Hoang, Van-Tien  (2021). Toward a smart system for pets.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Toward a smart system for pets

subject: Internet des objets (IoT)

subject: architecture logicielle

subject: animaux de compagnie

subject: systèmes intelligents

subject: classification du comportement des animaux de compagnie

subject: applications mobiles

subject: cloud computing

abstract: When pet owners take care of their pets, it sparks the need to improve the well-being and happiness of their pets. This requires the ability to control an array of smart toys for pets and monitor the animals’ activities. By doing that, the owner has the possibilities to recognize unexpected behavior and to positively influence the behavior of the pets. Such smart toys’ systems are also useful for pet training purposes, which could be extended to more intelligent systems used to encourage specific behavior of pets. Currently, there are several existing products for monitoring purposes. However, they are lacking integrating features such as capabilities to be incorporated within current smart home systems and lacking the ability to add new devices to the product. This study aims to propose multi-use systems that can track and record data of pets (e.g. movements, body temperature) and which can be integrated into other smart systems. The thesis has implemented a demonstration system that includes a collar affixed to the pet, interacting with a mobile application, a cloud data storage and an analytic function. The achieved results of the presented study show that it is feasible to design and implement the targeted system’s architecture. It also demonstrates the abilities of using machine learning algorithms to detect pet behaviors.


identifier: Sehati, Faezeh  (2021). Developing a method based on EMG to assess muscle fatigue during manual lifting in a simulated laboratory environment.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
fatigue musculaire
sEMG
levage manuel en laboratoire simulé
fréquence moyenne/médiane
carré moyen et différentes hauteurs

abstract:
Muscle fatigue has been recognized and considered as a high-risk issue for back pain injuries resulting in MSDs and chronic lower back pain. The aim of current research was to investigate differences in surface electromyography (EMG) data of ten back muscles performing a manual lifting task inducing muscle fatigue with respect to four different heights.

Four healthy subjects were asked to lift and deposit twenty-four 10-kg boxes for almost 16 minutes in a simulated laboratory environment in order to assess muscle fatigue. EMG data for ten muscles was collected and cut off for each cycle (lift plus deposit) by the magnetometer and evaluated using a time-frequency analysis procedure (STFT) for extracting the mean and median frequency calculation.

Median and mean frequency (MDF/MNF), and root mean square (RMS) were measured and used to analyze the changes in the EMG signal of all the tested muscles for four different heights. The results showed that MDF/MNF decreases and RMS increases as a sign of muscle fatigue factor. The results obtained from this experiment revealed that the greatest rate of muscle fatigue was demonstrated by the posterior deltoid muscles compared to the other muscles. Based on the results, during the entire manual lifting task, height 2 and height 1 (at ground level) presented the highest number of fatigue repetitions compared to all other heights. It is evident from the findings that various muscles had their own unique fatigue pattern between the four different heights, and it can be expected that fatigue occurs from approximately 6 to 14 minutes of entire experiment.

This research is also important because it will enable warehouse employees to build a structure for proper box setup at acceptable heights to avoid muscle fatigue and eventually reduce.


identifier: Samad, Abdallah  (2021). Modeling effects of external convective heat transfer on rotating blades in anti-icing operations.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
méthode instationnaire Vortex Lattice
théorie de l'élément du moment de pale
transfert de chaleur par convection
givrage/dégivrage
rotorcraft

abstract: Calculating the unsteady convective heat transfer on helicopter blades is a first step in the prediction of ice accretion and the design of ice-protection systems. CFD simulations are considered a high-fidelity model of the complex aerodynamics of rotors as well as the heat transfer on blade surfaces. The literature indicates that coupling methods have emerged to model aerodynamic problems in a fast and efficient way, convenient for a conceptual design. Coupling methods are defined as the coupling of classical aerodynamic methods with viscous CFD databases, with the purpose of increasing the classical model fidelity yet maintaining its relatively computationally inexpensive solution. The main objective of this thesis is to develop numerical tools based on a new methodology of coupling to calculate the external convective heat transfer onto rotating blades while heated during anti-icing. Four specific objectives are set : 1- Build a viscous and heat transfer database for an airfoil; 2- Develop a low-fidelity rotor aerodynamic tool coupled with the CFD database; 3- Develop a medium fidelity rotor aerodynamic tool coupled with the CFD database; and 4 – Compare results from the low and medium fidelity tools to those of experimental work conducted on a heated fixed wing and 2- blade rotor. The novelty of this research originates from the introduction of an added layer of the coupling technique to predict rotor blade heat transfer using the Blade Element Momentum Theory (BEMT) and the Unsteady Vortex Lattice Method (UVLM). The new approach implements the viscous coupling of the two methods from one hand and introduces a link to a new airfoil CFD-determined heat transfer correlation. This way, the convective heat transfer on rotor blades is estimated while benefiting from the viscous extension of the BEMT & UVLM. An airfoil viscous and heat transfer database is built using CFD RANS simulations for a wide range of Re and α as well as two different thermal boundary conditions TBC. A curve fitting method is applied on the obtained average and maximum Frossling Number FrAvg and FrMax. Four correlations are then proposed for the FrAvg and FrMax, two for each TBC. The CFD heat transfer prediction is verified using existing correlations for a flat plate and validated by comparing the predicted airfoil heat transfer to experimental data from the literature. Thrust predictions by the implemented UVLM and BEMT agree within 92% and 80% compared to experimental data for rotors in hover, axial and forward flight. Tip vortex locations by the UVLM are predicted within 90%. The end results present as an estimate of the heat transfer for a typical lightweight helicopter tail rotor for four flight modes. Regarding the fixed wing experiments, comparisons CFD simulations indicate a discrepancy between 5% and 32%, suspected to be due to flow transition effects. For the rotor tests, most points of the experiments agreed with BEMT-RHT and UVLM-RHT predictions between 5% and 12%, although a maximum discrepancy of 80% was found. The rotor tests showed that for a rotor subjected to a freestream of air, turbulence will be present throughout the blade sections. This will cause increases of the heat transfer throughout the airfoil sections that are higher than what’s found on a no-to-low turbulence airfoil flow. The use of the fully turbulent CFD database with the BEMT-RHT and UVLM-RHT was therefore useful in calculating the heat transfer on the rotor blades. Its main limitation however was in the lack of a proper estimation of the transition effect on heat transfer.


identifier: Ahmid, Ali Elmbrok Salem  (2021). Hard optimization of structural design subjected to buckling using the evolutionary computation approach.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: méta-heuristiques

subject: NP-problèmes d’optimisation complexes

subject: optimisation de conception structurelle

subject: facteur de charge critique de flambement

subject: grue

subject: plate composite laminée

subject: hyper-cube amélioré

subject: algorithme de recherche adaptative discret Cuckoo

subject: incertitude

subject: réseaux de neurones artificiels.

abstract:
The optimization techniques aim to reduce the used material in the structure design without violating the imposed design and manufacturing constraints; thus, the materials cost is decreased, and less material is consumed. In addition to the low-cost and positive sustainability impact of Structural Design Optimization (SDO), it promotes the engineers to develop innovative designs for several real-life structural applications.

The previous studies in the domain of SDO gainfully contributed in the way that expanded our knowledge in this specific field. However, this research theme still watches debates on various issues, not only how we could achieve the desired physical features of a structure, but also how we could make this is happening efficiently at a lowest possible computational cost. With this regard, a couple of potential research opportunities have been extracted from the literature, and in-context novel contributions were presented in the current thesis.

The literature of structural design optimization problems reveals that global optimization algorithms or Meta-heuristics (MHs) are the best available techniques that could be used to solve such hard optimization problems. Though, the main challenge confronted the engineer is which available MH fits much better to the structure design problem of his attention. Unfortunately, the literature of SDO experiences a lack of systematic assessment pattern that could help the engineers to overcome this issue. Currently, the commonly used measures of MHs performance by MHs developers are the statistical operators such as min, max, mean and standard deviation of the obtained solutions. However, such measures are not enough to reflect the actual MH performance when these measures are used alone. So, a comprehensive assessment criterion has been developed here to include more efficient measures like the practical reliability, price (computational cost), normalized price, performance rate, solution quality and Fitness-landscape analysis. Additionally, two different convergence rates were imposed to examine the MHs at slow and fast rates. As well as the reproducibility of the numerical experiments results considered within the procedure of MHs assessment. Lastly, the proposed criterion has been employed to compare five different Ant Colony Optimization (ACO) variants. The proposed measures demonstrated a comprehensive assessment of the compared ACOs performance.

Several studies were conducted to improve the MHs searching performance, and the results were promising in this direction. Unfortunately, the literature of SDO demonstrated an extreme tendency to develop new “metaphor” MHs instead of improving the performance of wellestablished MHs that have a remarkable history of solving Non-Polynomial (NP) -hard optimization problems. However, this thesis examines the possible improvements of two selected MHs searching features via integrating local search movements to MH's main structure to improve the intensification effort. The first selected MH is Cuckoo Search (CS) algorithm, which is intensively used to solve a variety of optimization problems such as weight minimization of the truss structure, Travelling Salesman Problem (TSP),…etc. CS is designed to solve unconstrained continuous optimization problems as most of MHs. Consequently, the original CS has been adapted and modified here to solve discrete SDO problems, and it is named Adapted CS Algorithm (ADCSA). The intensification effort of ADCSA improved through four different local search movements of permutation, swap, bit flip and insertion. ADCSA has been applied to solve two different SDO problems, and the obtained results of both case studies reveal that the proposed ADCSA has a considerable performance in solving SDO problems. The other improved MH was the ACO variant of the Hyper Cube Framework (HCFACO), which was selected based on the results of the comparison study of five different ACO variants that previously mentioned. The enhancement of the HCFACO intensification effort was carried out by integrating two local search movements of insertion and bit flip. The performance of improved version HCFACO, Enhanced HCFACO (EHCFACO), has been examined through solving a well-known SDO benchmarking problem. EHCFACO exhibited a significant performance compared to the original HCFACO and the other five ACO variants.

Regarding the structural design optimization frameworks, the literature review has shown that both deterministic and probabilistic SDO approaches are mostly used. Nevertheless, the scarcity of studies of uncertainty design using anti-optimization is understandable because of the associated expensive design analysis cost of the objective function. This approach has two levels, the top level devoted to the optimization phase, while the bottom level works to antioptimize the obtained optimal solution. During this process of optimization and antioptimization, a large number of objective function calls is taking place, and for those SDO problems with expensive functions, this approach becomes unfeasible. However, a costeffective uncertainty framework has been developed in the current study. The accompanied expensive cost of the objective function evaluation has been tackled by replacing the blackbox function (FEA software) by an Artificial Neural Network (ANN). The proposed procedure was applied to optimize a novel case study of a perforated composite laminated plate subjected to the uncertainty of loading conditions and the location of the cut-out center. The attained results reveal that using ANN techniques offers a cost-effective solution for SDO problems with expensive objective functions.

In addition to those specific research opportunities mentioned above, some others appeared during the research process, such as the effect of selection of the initial population, solution representation and adaptive generation of a new solution on the performance of MHs. Moreover, two novel SDO examples have been developed for customized I-beam overhead gantry crane and perforated composite laminated plate. In general, this thesis has gone some way towards enhancing our understanding of how to tackle the complexity of SDO problems.


identifier: Abdedou, Azzedine  (2021). Méthodes stochastiques non-intrusives pour l’analyse de la propagation d’incertitudes: Application aux écoulements des ruptures de barrages.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: propagation d’incertitudes

subject: B-Splines

subject: éléments de Bézier

subject: polynômes du chaos

subject: écoulements de ruptures de barrages

subject: modèle réduit

abstract:
La présente thèse est une contribution à l’analyse de la propagation des incertitudes à travers les modèles numériques des écoulements de ruptures de barrages. La complexité de ces phénomènes et le temps de calcul relativement élevé requis par les schémas numériques rendent l’application des méthodes d’échantillonnage telles que Monte Carlo ou Latin Hypercube Sampling (LHS) très onéreuse en temps de calcul au regard de la taille considérable des échantillons que ces méthodes exigent pour une convergence satisfaisante.

Dans ce contexte, une nouvelle approche non-intrusive dénommée B-Splines Bézier Elements based Method (BSBEM) est proposée comme un outil efficace pour l’analyse de la propagation d’incertitudes pour des problèmes avec un comportement hyperbolique. Le caractère générique de l’approche proposée permet sa généralisation à d’autres problèmes de l’ingénierie. L’efficacité de la technique BSBEM est évaluée et comparée, dans un premier temps, avec la méthode des polynômes du chaos (PCE) et la méthode de Monte Carlo (considérée comme solution de référence), à travers une série d’exemples numériques reproductibles, et aussi en utilisant la solution analytique de Stoker décrivant une rupture idéalisée d’un barrage hydraulique avec la présence d’une discontinuité dans la réponse de sortie. La méthode proposée est par la suite appliquée à l’analyse de la propagation d’incertitudes d’une hypothétique rupture d’un barrage avec des données réelles (Rivière de Batiscan, province du Québec). Les paramètres d’entrée tels que, le débit amont, le coefficient de frottement de Strickler et la largeur moyenne de la brèche sont considérés comme des variables aléatoires à partir desquelles des incertitudes peuvent émaner et se propager à travers les modèles numériques. Les résultats obtenus montrent la capacité de l’approche BSBEM à prédire avec efficacité les moments statistiques et les densités de probabilité des réponses de sortie, représentées en termes d’hydrogramme, du niveau d’eau et du temps d’arrivée du front de l’onde de submersion avec des profiles lisses, contrairement aux prédictions des polynômes du chaos qui présentent un fort comportement oscillatoire.

Une autre contribution de la présente thèse concerne l’introduction d’une nouvelle approche non-intrusive de réduction de modèles appelée ‘proper orthogonal decomposition-based B-Splines Bézier Elements Method (POD-BSBEM)’. La méthode adopte l’approche de la décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD) à deux niveaux pour l’extraction de la base réduite. Un troisième niveau de POD est ensuite appliqué sur les données de projection résultantes afin de découpler la dépendance entre les modes temporels et les coefficients paramétriques, qui sont exprimés comme une décomposition en utilisant les fonctions de bases B-Splines locales dans chaque élément de Bézier. Les performances de la technique proposée sont évaluées et comparées avec d’autres approches notamment la technique du modèle réduit basée sur les réseaux de neurones artificiels (POD-ANN) et l’approche classique des polynômes du chaos (Full-PCE), et ce à travers des exemples numériques stochastiques et instationnaires. L’approche POD-BSBEM est ensuite appliquée pour l’analyse de la propagation des incertitudes paramétriques à travers un modèle numérique décrivant l’onde de submersion générée par une rupture hypothétique d’un barrage le long d’une rivière avec une bathymétrie complexe. Les principaux résultats obtenus montrent la fiabilité des prédictions de la méthode proposée dans l’approximation des moments statistiques avec un facteur de réduction significatif de l’effort de calcul dans les deux phases (apprentissage et prédictions) en comparaison avec les autres techniques.


identifier: Targino Lins, Lucas  (2021). A fast signal quality assessment algorithm applied to a contactless electrocardiogram system.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
ECG
évaluation de la qualité du signal
indice de qualité du signal
transformée en ondelettes rapide
apprentissage automatique
réseaux de neurones
extraction de caractéristiques

abstract:
Signal quality assessment (SQA), or noise detector systems, promise to improve the quality of the collected electrocardiogram (ECG). This is achieved by enabling automated systems to accurately collect and process ECG data, or facilitating telemetry through the accurate selection of acceptable data, in order to be analyzed remotely by a cardiologist.

This thesis is a research & development (R&D) collaboration with SIG.NUM, a company that is specialized in the development and commercialization of an innovative proprietary contactless and automated technology for both short and long term ECG acquisition, known as cECG. This work presents fundamentals regarding different ECG instrumentation systems; a review about SQA, its fundaments and applications to cECG systems; a review about wavelets and its applications regarding ECG signal representation; and finally, the design of an SQA classifier system, or noise detector, using artificial neural networks (ANN), and wavelet scalogram-based fast signal processing techniques for feature extraction purposes. The SQA classifier system is meant to be used as a real-time channel selector for the cECG system developed by SIG.NUM.

The developed machine learning based algorithm for ECG SQA is trained by a merge of several annotated data-sets, available from PhysioNet (Goldberger et al., 2000). Results of the designed system are mainly compared with the single-lead SQA technique proposed by the work of Clifford et al. (2012). In conclusion, this thesis showed that a simple shallow ANN is sufficient for well modelling a generalized SQA classifier system. Moreover, results showed that the wavelet transform feature extraction method, proposed by this thesis, is not only very powerful to represent ECG signal quality, but also computationally efficient.


identifier: Cariou, Gwendal  (2021). Analyse des forces des membres supérieurs développées par des participants hémiparétiques dans un entrainement bimanuel.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
membre supérieur
bras parétique
production de force
mode symétrique
contrôle dynamique de la force
hémiparétique
force bimanuelle

abstract:
Introduction : Lors d'un accident cérébral vasculaire (AVC), l'équilibre des forces de poussée des membres supérieurs est rompu. L'introduction d'un entraînement par thérapie de force dans la rééducation de la personne atteinte d'AVC pourrait être une piste permettant aux participants hémiparétiques de retrouver une symétrie des forces entre les deux bras.

Objectif : Ce projet a pour dessein principal d’investiguer le patron des forces de réaction sur un exerciseur bimanuel robotisé durant des exercices de poussées bimanuelles et déterminer s’il existe des différences significatives dans la production de force entre des participants hémiparétiques et des participants sains.

Méthode : Les données de force de dix-neuf sujets sains et de dix-sept sujets atteints d'AVC ont été collectées à 600 Hz (capteurs de force au poignées) durant des entraînements de poussée manuelle avec des résistances de 15% et 30% de la force maximale volontaire. L'analyse des courbes a permis de caractériser un régime transitoire et un régime permanent. Trois paramètres dépendant lors du régime transitoire ont été mesurés : le temps de poussée, le premier dépassement et l’écart temporel entre les départs des membres supérieurs. Trois paramètres dépendants ont été étudiés pour le régime permanent : la capacité du sujet à respecter la consigne à ± 2% appelée stabilité, le coefficient de variation de la force et la régularité des fluctuations du signal appelée entropie approximative.

Résultats : On ne distingue aucune différence entre les métriques du régime transitoire et l’entropie approximative des participants sains et celles des participants hémiparétiques. Mais il existe des différences significatives entre les sujets sains et les sujets post-AVC pour les métriques du régime permanent. Du coté non-dominant, la stabilité est plus grande pour les sujets sain, 29.1% ± 8.5 à 15%, contre 23.7% ± 5.5 pour les sujets parétiques. À l’inverse, le coefficient de variation est plus faible pour le groupe sain, 31.3% ± 8.7 à 15% en comparaison du groupe post-AVC, 40.1% ± 11.7 à 15%. Ces résultats indiquent une plus grande dispersion des données par rapport à la consigne pour le groupe post-AVC.

Conclusions : On observe une différence de la force lors du régime permanent. Ce régime correspondant au moment où les participants déplacent les poignées tout en maintenant une force constante. Des différences significatives sont observées pour la stabilité et le coefficient de variation de la force entre les sujets sains et les sujets hémiparétiques. Ces variables caractérisent la capacité des participants à viser la consigne et à ne pas s’en éloigner lors du déplacement des poignées. On constate donc une baisse de contrôle de la force liée à l'AVC.


identifier: Sherafati, Ghazal  (2021). Investigation on the efficiency of back-contact monocrystalline silicon solar cells in low concentration and non-homogenous illumination.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
cellule solaire
éclairage non uniforme
concentration
efficacité

abstract:
Renewable energy and in particular solar cells are the subject of a continued interest. Consequently, studying the parameters that influence the efficiency of the solar cells as well as methods to improve their performance is of great interest. Among the possible parameters that impact the efficiency of the solar cell, non-homogenous illumination occurs more frequently in particular in concentrating solar cell systems; therefore studying the influence of non-homogeneous illumination on the performance of the solar cells are of a great value.

In this thesis, a literature review on the subject of solar cells and in particular non-uniform illumination is given. The back-contact solar cell is modeled using COMSOL and the effects of doping on the parameters of the cell are being studied. The simulated model is verified by the theory in different light intensity. Afterwards this model is studied in non-homogenous illumination in different concentration ratios and the results of the simulations are compared with previous works. Conclusions are made based on the simulation about the impacts of nonuniform illumination on the efficiency of the solar cell in low and high concentration.

A back-contact solar cell is characterized in the laboratory and the impacts of the illuminated area on the characteristics of the cell are studied. Moreover, the temperature effects on the parameters of the cell are measured and compared with the theory which shows a good agreement. A method to generate non-uniform illumination as well as the measurements of the resulted intensity map is presented. The solar cell is studied in different non uniform illumination, having different average illumination over the cell and the results are compared with the theory.

Based on the results from simulation and experiments, it is concluded that the effects of nonuniform illumination on the efficiency of the cell is negligible for low concentration, before reaching saturation while the temperature stays constant, in control. Regarding the medium and high concentration, both temperature effect and saturation which occurs due to nonuniform illumination, leads to drop in the efficiency of the cell.


identifier: Mgadmi, Marwa  (2021). Investigation of hybrid digital/analog pre-distortion of GaN power amplifier.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
hybride
APD
DPD
linéarité
exigences matérielles
GaN PA

abstract:
People all over the world are increasingly enjoying the benefits of the rapid development of wireless communication. However, the rising number of these applications is leading to an increase in demand for spectrum services that compete with narrow band resources. One solution is to increase the availability band resources, but better use of the current bandwidth would be more efficient. The orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique is used in fourth generation (4G) wireless networking and standard Wi-Fi. In an OFDM signal, the envelope signal is non-constant and it typically has a rise peak-to-average power ratio (PAPR), making it highly susceptible to distortion induced by nonlinear inline component response in transmission systems.

Power is a concern in wireless applications where power amplifiers (PAs) are a primary contributor to power consumption at the transmission stage; PAs are also a significant factor in signal distortion. Modern wireless systems generally require a wide-band signal and a faster data rate, making them a significant issue for increased power consumption. These requirements also lead to the need for higher precision analog-to-digital converters (ADCs) and digital-to-analog converters (DACs). As a result, the system’s complexity increases due to increases in the hardware requirements.

Pre-distortion linearization techniques are not only the most efficient but also the most promising of wireless communication technologies. However, both analog pre distortion (APD) and digital pre-distortion (DPD), when working alone, have complementary advantages and disadvantages, whereas when theywork together, they complement each other. Specifically, analog pre distortion can be very wide-band but limited in performance, while digital pre-distortion can provide excellent performance but cannot handle very wide-band signals.

To overcome these problems, the hybrid pre-distortion approach is a well-known solution, but only a few studies in the literature have shown the technique’s performance. Of these few studies, none have examined the hardware requirements for ADC and DAC. In this context, a combined linearization method is proposed in this thesis. The method is called a hybrid digital/analog pre-distortion of the selected GaN PA based on conventional analog pre distortion and memory polynomial digitalpre-distortion (DPD) for a wide-band signal. The main aims of this approach are to achieve better linearization performance and to reduce the hardware requirements by using low-precision ADCs and DACs. This method enables shorter word-lengths to be used in the digital pre-distortion algorithm, saving both power and area when the technique is implemented. It also gives a higher sample rate for the entire digital pre-distortion algorithm (DPD). Advanced design system (ADS) and Simulink/MATLAB are used to perform this work. The results obtained show excellent agreement with the proposed wide-band signals hybrid approach, achieving the strongest third order intermodulation products (IMD3) and adjusted channel power ratio (ACPR) enhancement where they are suppressed. Additionally, the bit resolution of the target ADC in the proposed model is reduced to 8 bit.


identifier: Villeneuve-Mondou, Kim  (2021). Analyse de la connectivité des réseaux de transport en commun multimodaux en milieu urbain : étude de cas montréalais.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: connectivité

subject: transport en commun

subject: multimodal

subject: service de transport personnalisé (STP)

subject: réseau

subject: théorie des graphes

subject: analyse O-D

abstract:
Le transport routier est responsable d’une part importante des émissions de GES. L’utilisation des transports collectifs à défaut de la voiture individuelle est une ambition que plusieurs paliers gouvernementaux prônent pour réduire la part d’émission reliée à ce secteur. Ceci est accompli non seulement par une augmentation de l’étendue de la couverture, mais également par une diversification de l’offre modale ainsi que par une bonification de la connectivité en vue d’améliorer l’attractivité d’un réseau de transport en commun.

La connectivité contribue, entre autres, à faciliter un déplacement entre un point d’origine et un point de destination. Elle est évaluée grâce au degré de connexion entre les composantes structurelles d’un réseau. Cependant, l’évaluation porte généralement sur des réseaux monomodaux linéaires où il est difficile d’arrimer les caractéristiques propres à chaque mode, particulièrement pour les modes non conventionnels offrant des déplacements personnalisés.

L’objectif principal de ce projet de recherche est de créer un outil permettant d’évaluer la variation de la connectivité à travers différents réseaux de transport en commun multimodaux, en référence à un réseau donné. L’unité comparative retenue est la durée du chemin le plus court du point de vue de l’usager, en incluant non seulement la durée en véhicule, mais aussi la durée de marche et d’attente, induite par des transferts intermodaux. L’étude de cas se base sur le réseau de transport en commun de l’arrondissement Ville-Marie de la ville de Montréal. À partir de celui-ci, trois nouvelles configurations sont analysées, dont l’une d’elles comprend un service de transport personnalisé sous la forme d’un véhicule entièrement automatisé et connecté.

L’étude a démontré que l’ajout d’une nouvelle offre modale ne permet pas nécessairement d’améliorer la connectivité d’un réseau. Dans les conditions analysées, le scénario présentant le plus d’avantages est celui intégrant un service de transport personnalisé. En effet, la durée pour parcourir l’ensemble des chemins les plus courts est réduite d’environ 18 % comparativement au réseau actuel, dont en moyenne 3 % moins d’attente, en plus d’améliorer la robustesse. Cependant, les trajets comportent en moyenne 5 % plus de transferts. Aucun scénario n’améliore la connectivité à la fois de la centralité, de la directitude et de la robustesse d’un réseau. Par ailleurs, la méthode développée permet de comparer la variation de la connectivité de différentes configurations de réseaux de transport en commun multimodaux en vue d’identifier le scénario le plus adapté aux besoins de développement.


identifier: Devar, Mathieu  (2021). Évolution de la microstructure lors du traitement thermique de l’acier inoxydable AISI 410.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
revenu
austénitisation
dureté
transformation de phase
dilatométrie
taille de grains
carbures

abstract:
Dans ce travail de recherche, l’influence des différents paramètres sur les phénomènes qui se produisent durant l’austénitisation et le revenu de l’acier inoxydable AISI 410, ont été investigués. Grâce à un dilatomètre à haute résolution, les échantillons ont subi trois cycles de traitement thermique d’austénitisation à différente température afin d’observer l’influence de la température d’austénitisation avec et sans revenu sur la microstructure, la taille de grains et la dureté.

Les résultats ont indiqué d’importantes influences sur la microstructure, la taille de grains et la dureté aux différentes températures d’austénitisation même avec et sans le revenu. Les résultats ont aussi montré que la quantité de dissolution des carbures est influencer par la température d’austénitisation.

Par la suite, des cycles de revenus non-isothermes à 677 °C ont été réalisés avec différents temps de maintien pour étudier l’évolution de la microstructure lors du traitement thermique de revenu. Le cycle complet étudié dans cette étude est le cycle de revenu du partenaire industriel Finkl Steel où il était question d’avoir une meilleure compréhension de l’évolution de la microstructure lors du cycle de revenu complet industriel.

Les résultats obtenus ont démontré une évolution progressive des différents paramètres étudiés jusqu’à la fin du premier revenu. Après le premier revenu, plusieurs exigences industrielles étaient déjà obtenues. Comme le cycle de revenu industriel habituel d’un acier inoxydable AISI 410 est un double revenu, les résultats ont indiqué que l’évolution de la microstructure lors du deuxième revenu ralentit considérablement et qu’il serait possible qu’un deuxième revenu ne soit pas nécessaire.


identifier: Pot, Clément  (2021). Effets du défaut caniveau sur la concentration de contrainte au sein de joints soudés par laser en alliage d’aluminium AA6005-T6.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
aluminium
soudage laser
fatigue
éléments finis
caniveau

abstract:
Les caractéristiques mécaniques des alliages d’aluminium sont intéressantes, car leur emploi allège les structures des véhicules ferroviaires. En parallèle, le soudage laser est un procédé novateur qui permet de grandes cadences de production. Leur emploi combiné en construction ferroviaire est un excellent moyen de diminuer les coûts de production.

Pour se faire, Bombardier Transport, aujourd’hui Alstom, s’est positionné en tant que pionnier dans l’utilisation de ces techniques. Des normes réglementent les défauts admissibles dans les joints soudés. Cependant, les restrictions qu’elles imposent ont un impact négatif sur la productivité. Il a ainsi été formulé le besoin de développer de nouvelles normes utilisant le plein potentiel du soudage laser de l’aluminium, sans nuire à la sécurité. L’étude ici s’intéresse particulièrement au défaut n°11 « caniveau » de la norme DIN EN ISO 13919-2.

Des simulations numériques ont permis d’observer les fluctuations du champ du coefficient de concentration de contrainte, noté Kt, autour des valeurs critiques de la norme. Une méthode de mesure des caractéristiques géométriques des défauts a ensuite été mise en place pour élargir les simulations au spectre de données des échantillons fournis. Un modèle théorique de calcul du Kt en fonction des paramètres a aussi été proposé.

Enfin, des essais de fatigue ont été menés afin de valider l’hypothèse d’amorçage de fissure au niveau des zones de concentration de contrainte. Les résultats ont montré que la profondeur du défaut ne suffit pas à caractériser sa sévérité comme le laisse entendre la norme, mais que la durée de vie en fatigue est dépendante d’autres paramètres géométriques du défaut. Les faciès de rupture ont été analysés de sorte à mieux déterminer les facteurs influençant le nombre de cycles.


identifier: Tabaie, Seyedmohammad  (2021). Linear friction welding of AD730™ Ni-based superalloy to additively manufactured Inconel 718.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: soudage friction linéaire

subject: fabrication additive

subject: fusion sélective laser

subject: superalliage base Ni

subject: AD730TM

subject: Inconel 718

subject: ductilité nulle et températures de résistance nulles

subject: dissolution des phases

subject: re-précipitation

subject: mécanismes de liquidation

subject: la diffusion

subject: analyse par EBSD

subject: recristallisation dynamique

subject: désorientation

subject: renforcement des mécanismes

subject: traitement thermique après soudage

abstract:
Linear friction welding (LFW) is an emerging solid-state welding technology for joining of blades to disks (blisks) or repairing turbine disks in gas turbines and air engines. In recent years, LFW has also been applied to the assembly of components made of Nickel (Ni)-based superalloys, as well as in many other engineering applications, ranging from automotive to agriculture, and allowing for new designs and applications. The LFW process is well suited for joining dissimilar alloys as they do not suffer from weld shrinkage and cracking which are very common in fusion-based techniques. On the other hand, Selective laser melting (SLM) as a laser powder bed fusion (LPBF) method is being developed as an economically viable technology for fabricating Ni-based superalloys with the complex geometries in aerospace industries and also as an advanced technique for component repair. Gas turbine blades are known for their complex geometries and high time to market delay. The additive layer manufacturing can reduce drastically the time to market.

The focus of this PhD work was to study the suitability of the LFW process to join two superalloys fabricated with two different methods: SLMed Inconel 718 (IN718) superalloy and the newly introduced forged AD730TM Ni-based superalloy. Each alloy had individual initial and final microstructures which had to be understood. Thus, many challenges and questions needed to be addressed. Some of these challenges will be considered in this PhD research. The focus of this study is to have a better understanding of the evolution of the microstructure and mechanical properties of LFWed AD730TM to SLM IN718.

LFW experiments were carried out using a model from literature based on 1D heat transfer simulation, which was developed and adapted in this work for the dissimilar welding. A methodology was adapted to determine the LFW parameters for achieving an acceptable joint with free defects for the investigated alloys. The method can be extended and applied to other metallic as well. The method consisted in estimation of friction and forge forces by using the plastic flow stresses and data reported in the literature as well as the capability of LFW machine. Friction time was estimated based on an analytical thermal model for both alloys and their mechanical properties at high temperatures. It was determined that the LFWed specimens with axial shortening more than 2 mm and optimum to 3.5 mm were free from oxides and microcracks.

Hot ductility of the forged polycrystalline Ni-based superalloy, AD730TM was investigated in the temperature interval 1050–1240 °C. The nil strength (NST) and nil ductility temperatures (NDT) were determined by hot tensile testing using the GleebleTM 3800 known a convenient method for weld thermal simulations. The tests plan and designing the mechanical tests had been done by other CM2P members. The influence of heating rate, representing the LFW thermal cycle, on hot ductility behavior of the alloy was also studied. The microstructure and the fracture mode of samples were examined. The influence of heating rate on the extent of grain boundary liquation and void formation was determined. It was shown that the significant ductility loss near the NDT point could be related to the reduction of surface tension at interface of the grain boundary and the matrix. In addition, the contribution of hard precipitates (e.g., grain boundary MC carbides), voids, and cavities on damage mechanisms responsible for ductility loss was discussed.

The influence of high heating rates on the evolution of the secondary phases in the microstructure of SLM IN718 was investigated. The microstructural characterizations using Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed different regions in the heat-affected zone (HAZ) of the welded additively manufactured specimens. A combination of thermal analysis by DTA and dilatometry was used to show the precipitation and dissolution of the secondary phases and microstructural features. The dissolution of γ" and δ phases were delayed under high heating rates and shifted to higher temperatures. The Laves phase at the interdendritic regions was decomposed in specific zones near the surface of the sample. A possible mechanism based on the influence of heating rate on Nb diffusion in the interdendritic regions and core of the dendrites was proposed to interpret the observed changes in the microstructure.

Microscopic analysis and XCT-Scan image showed successful joints free of micro-porosity, micro-cracking, and oxide layers. The microstructures variations were also evaluated, particularly in terms of grain size and misorientation changes. Dynamic recrystallization (DRX) occurred on both sides of the dissimilar weld line, and it was found that Discontinuous DRX (DDRX) and Continuous DRX (CDRX) recrystallization took place in the weld zone (WZ) and in the thermomechanical-affected zone (TMAZ), respectively. A clear change in the size and local grain misorientations levels were related to a greater degree of strain-induced in a homogenized sample and the increasing and the effect of the solid solution strengthening mechanisms caused by a partial dissolution of the second phase strengthening particles in the matrix.

The SEM observations and EBSD maps showed that dynamic recrystallization occurred in the weld zone during hybrid LFW in samples in as-welded condition on both sides. Close to the weld line, the dissolution of γ'/γ" and Laves phases and grain refinement occurred which reveals the combined effects of both compressions loading and high temperature on recrystallization on drastic diffusion of chemical elements in the WZ. It is shown that the size, volume fraction, and shape of secondary phases increased and changed from the WZ to the base metal (BM). The measured microhardness, in the WZ, indicated that the strength of AD730TM alloy depends significantly on the grain size and also possibly on ultrafine precipitates. The strength in SLM IN718 was dominated by the shape (or size) and the presence of secondary phases.

A post-weld heat treatment (PWHT) cycle was performed on dissimilar LFWed samples. The microstructure and hardness of the joint after the PWHT were studied and compared to those of LFWed samples. The precipitation hardening mechanism of γ' + γ" is the main mechanism used to increase the mechanical properties of SLM IN718 alloy. These particles coarsened during heat treatment at 980 °C and double aging. The thermomechanical history of LFWed joints can affect the microstructure of IN718 alloy such as morphology of δ phase after solution treatment (ST) from the plate-like in the weld zone (WZ) to the needle-like in the base material (BM). It was found that in AD730TM, nanometric size γ' particles re-precipitated close to the weld line during rapid cooling after welding was completed. The developed PWHT could homogenize the hardness on both alloys and all welding zones. The maximum hardness difference between each zone was 15-20 Vickers for the WZ and the BM. The maximum hardness difference between two alloys was 19 Vickers which means the PWHT, in two steps, could provide a better homogeneity for a dissimilar joint than one-step heat treatment which has been used in literature.


identifier: Guillaume, Florian  (2021). Caractérisation multimodale de l’ostéointégration et du remodelage osseux en fonction de l’environnement.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
os
culture ex vivo
bioréacteur
implant
tomographie par neutrons
microCT

abstract:
Le développement du tissu osseux, en particulier au contact d’un implant (ostéointégration), est un phénomène dépendant de multiples facteurs relatifs au patient, à la chirurgie et aux propriétés de l’implant. Pour mieux comprendre l’ostéointégration et l’optimiser, de nombreuses approches ont été utilisées, aussi bien in vitro qu’in vivo. L’objectif de cette étude est de caractériser les phénomènes d’ostéointégration. Pour ce faire, deux approches complémentaires ont été mises en oeuvre afin d’étudier l’os et son interface avec l’implant tout en contrôlant l’environnement du tissu osseux.

Premièrement, une méthodologie ex vivo a été adoptée pour étudier le tissu osseux. Un bioréacteur à perfusion a été conçu afin de caractériser le développement d’échantillons osseux de grande taille (environ 1 cm3) sur une période de dix semaines. Une culture osseuse a été menée et analysée par microtomographie à rayons X (μCT). L’analyse par recalage des images volumiques en début et fin de culture a permis de mettre en évidence l’importance des facteurs environnementaux pour mettre en place du remodelage osseux.

Deuxièmement, un modèle d’implant in vivo a consisté à utiliser une pastille en alliage de titane pour étudier l’ostéointégration. Muni d’une couronne de PTFE, formant une chambre osseuse au contact de l’implant, ce modèle permet de distinguer l’os nouvellement formé de l’os mature situé en dehors de la chambre. Le tissu osseux autour de l’implant a été caractérisé par tomographie par neutrons, afin de s’affranchir des artéfacts obtenus avec l’implant métallique lors de l’utilisation des rayons X. En premier lieu, cette technique a été comparée à l’histologie, technique de référence pour l’étude de l’interface os-implant. Un recalage d’images a été utilisé pour trouver les images 2D neutrons correspondant aux coupes histologiques. Les quantités d’os dans la chambre osseuse et au contact avec l’implant (BIC) ont été évaluées dans ces images 2D pour chacune des techniques. À la suite de cette étude comparative, la chambre osseuse, imagée par tomographie par neutrons, a été analysée en 3D afin de mettre en lumière une répartition particulière de l’os proche de l’implant. L’étude comparative avec l’histologie a confirmé la capacité de la tomographie par neutrons à distinguer le tissu osseux, avec une corrélation significative entre les deux modalités pour la quantité osseuse et le BIC. De plus, cette technique s’est aussi montrée sensible aux tissus mous, différenciables de l’os dans les images volumiques. L’analyse tridimensionnelle de la chambre osseuse a mis en évidence une répartition du tissu cohérente avec de l’ostéointégration de contact, c’est-à-dire une croissance osseuse à partir des surfaces synthétiques (ici l’implant et la couronne de PTFE).

La combinaison des approches in vivo et ex vivo, et des techniques d’analyse (histologie, tomographie par neutrons, μCT) permet d’apporter de nouvelles clés dans la compréhension du tissu osseux et des modèles appliqués en recherche. Bien que complexe à mettre en place, l’étude ex vivo permet d’isoler efficacement l’effet des facteurs étudiés. De plus, l’apport de nouvelles techniques de caractérisation de l’os, comme la tomographie par neutrons, offre de nouvelles perspectives d’étude du tissu, en particulier dans un contexte d’ostéointégration d’implants.


identifier: Germain, Maxime  (2021). Renforcement des structures en bois à l’aide de polymère renforcé de fibres (PRF).  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
renforcement
bois
polymère renforcé de fibres (PRF)
flexion
adhérence

abstract:
Depuis quelques années, l’utilisation du bois dans la construction de bâtiments et de ponts démontre une augmentation significative. Le bois d’ingénierie ne cesse d’évoluer et de permettre une utilisation beaucoup plus vaste qu’auparavant. Étant un matériau renouvelable et écoresponsable, le bois a tout intérêt à être davantage utilisé. Lorsqu’une structure déficiente nécessite un renforcement pour augmenter sa durée de vie ou sa capacité portante, plusieurs pensent à utiliser des techniques bien connues faisant appel à l’utilisation de l’acier ou du béton avec le bois; ou même un remplacement complet. Dans le cas des structures en bois, le renforcement à l’aide de matériaux composites en polymère renforcé de fibres (PRF) est rarement utilisé. Cette technique de renforcement a fait ses preuves pour le béton, mais présente des lacunes pour le bois. À ce titre, le projet de recherche présenté dans ce mémoire de maitrise traite de cette problématique.

L’objectif de la présente étude est de développer des méthodes de réhabilitation et des modèles de calcul pour les structures en bois renforcées à l’aide de PRF. L’étude comprend un volet théorique et un volet expérimental. Le volet théorique vise à situer la présente étude par rapport aux recherches antérieures et à identifier les besoins en recherche. Le volet expérimental consiste à effectuer des essais de flexion et d’arrachement sur des spécimens en bois renforcés de PRF et d’en évaluer les avantages. Un total de 17 poutres ont été testés selon la méthode d’essais de flexion en quatre points et 12 spécimens ont été testés en arrachement. En flexion, trois configurations ont été étudiées à l’aide de lamelle ou de tissu de différentes largeurs. Les paramètres évalués et analysés sont le mode de rupture, le comportement Force-Déplacement, le comportement contraintes-déformations, et la relation entre les déformations du PRF et la distance par rapport au centre de la poutre. En arrachement, trois longueurs d’ancrage (100 mm, 150 mm et 500 mm) ont été évaluées. Les paramètres évalués et analysés, en plus de ceux en flexion, sont la relation entre les déformations du PRF et la distance de l’extrémité chargée et la relation entre la contrainte d’adhérence et la distance de l’extrémité chargée.

Les résultats de l’étude montrent que le renforcement d’un élément en bois à l’aide de PRF augmente sa résistance de façon significative et modifie le mode de rupture; ce dernier passant de fragile à ductile. Globalement, l’utilisation de tissus offre de meilleurs résultats que l’utilisation de lamelles et ce autant pour le renforcement en flexion que pour l’arrachement, car il permet une répartition uniforme des contraintes et des déformations.


identifier: Dicko, Mamoudou  (2021). L’innovation organisationnelle comme levier de productivité et de compétitivité des entreprises.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
innovation organisationnelle
productivité
compétitivité
développement de nouveaux produits
culture de l’innovation

abstract:
Cette recherche traite de l’innovation organisationnelle comme levier de productivité et de compétitivité des entreprises.

Deux objectifs ont été établis pour cette étude :

1. Comprendre comment l’innovation organisationnelle influence la productivité et la compétitivité des entreprises.
2. Déterminer les facteurs qui permettent aux entreprises d’avoir un processus de développement de produit performant.

Pour conduire cette étude, nous avons utilisé deux approches qualitatives.

La première qui traite de l’hypothèse 1 porte sur une analyse de contenu d’un corpus de 42 articles académiques pertinents collectés sur la base de données Compendex & Inspec. Cette approche vise à déterminer la relation qui existe entre une culture d’innovation axée sur la stratégie globale des organisations et la productivité.

La deuxième approche examinée sous l’hypothèse 2 porte sur deux études de cas : Google et le Mouvement Desjardins. L’objectif de ces études est de comprendre si les entreprises ayant instauré une innovation organisationnelle réussie sont plus susceptibles d’avoir un processus de développement de nouveaux produits performants.

Les résultats de la recherche nous ont permis de tirer un certain nombre de conclusions :
Les articles académiques étudiés ne permettent pas de faire un lien tangible entre la culture d’innovation et la productivité des entreprises. L’analyse montre à la deuxième itération une relation de convergence des variables (culture d’innovation et Productivité) vers la structure organisationnelle. Cette découverte va en droite ligne d’un certain courant de la littérature scientifique qui pense que l’impact d’une culture d’innovation sur les facteurs de production est difficile à mettre en évidence. Cette observation prouve à suffisance que le domaine de l’IO reste encore inexploité malgré le grand potentiel que cela renferme.

Les études de cas de Google et du Mouvement Desjardins ont montré un contraste saisissant entre les deux organisations. Google qui est une multinationale réputée pour son innovation organisationnelle profondément ancrée et encouragée à de meilleures stratégies de développement de produits que le Mouvement Desjardins. Bien que ces deux organisations n’agissent pas dans le même domaine, l’analyse montre clairement que Google grâce à des stratégies d’innovation qui prennent leurs sources de son innovation organisationnelle a un processus de développement de produit beaucoup plus mature et orienté vers les utilisateurs.
Cela a pour conséquence la commercialisation d’une panoplie de produits compétitifs à l’échelle mondiale.

Cette étude a permis de mettre en évidence deux conclusions importantes :

1. L’innovation organisationnelle est un domaine encore mal étudié, pourtant très important pour comprendre les interactions entre les concepts de culture d’innovation et les facteurs de productivité et de compétitivité ;
2. L’innovation organisationnelle est un levier important pour les entreprises désireuses de mettre en place un processus performant de développement de nouveaux produits.

À l’ère où les entreprises sont appelées à se réinventer pour assurer leur survie, il devient particulièrement important pour les chercheurs d’approfondir les connaissances dans ce domaine de l’IO afin de permettre aux organisations de profiter pleinement de l’importance que revêt l’innovation organisationnelle.


identifier: Noubissi, Achille Brice  (2021). Modélisation d’un système composé d’une machine synchrone de forte puissance entraînée par un actuateur thermique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
turboalternateur
actuateur et commande
modélisation et simulation
analyse fréquentielle
régulateur
système de production

abstract: Dans les centrales thermiques, le vieillissement des turbines ainsi que leurs systèmes de contrôle désuet ont un impact considérable sur le rendement économique de la machine thermique. Par conséquent, un besoin de maintenance ou de modernisation dans le système de commande et de contrôle est de plus en plus demandé par les entreprises productrices. Afin de combler ce marché, l’entreprise Andritz Hydro Canada Inc étudie les différentes possibilités de produire de l’énergie électrique à faible coût dans l’optimisation des différents procédés des systèmes de contrôle de production de l’énergie électrique. L’objectif principal de cette recherche est de modéliser un turboalternateur de forte puissance afin de déterminer les caractéristiques fréquentielles liant le degré d’ouverture des actuateurs à vapeur et la puissance injectée par la machine sur le réseau. La connaissance de ces réponses fréquentielles ainsi que les délais qui sont présents dans le système permettront de déterminer la structure de commande la plus appropriée pour ce type de système. La méthode de résolution consiste à modéliser individuellement le système de commande des actuateurs, l’actuateur, la turbine et l’alternateur. Puis grouper l’ensemble des modèles et les coupler à un modèle de production d’énergie. Par la suite, de déterminer les caractéristiques temporelles et fréquentielles de tout le système turboalternateur afin de concevoir les contrôleurs des valves pour l’injection de puissance au réseau en fonction des positions de valves. L’analyse des résultats a montré que la variation de vapeurs dans les sorties d’extraction est compensée par le contrôleur de la valve principale pour un turboalternateur contrôlé par une seule valve principale alors que pour un turboalternateur contrôler par les trois valves, la variation de vapeur dans les sorties d’extraction est compensée par chaque contrôleur des valves. De plus, le temps de réponse du système en boucle fermée avec les contrôleurs sur les trois valves est plus long que celui du système en boucle fermée avec un contrôleur sur la valve principale.


identifier: Leblanc, Félix  (2021). Propriétés diélectriques de polymères haute performance pour des applications lunaires.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
PEI
PEEK
radiation
lune
conductivité
rover
noir de carbone
graphène

abstract:
Pour atteindre de nouveaux horizons, plusieurs équipes de par le monde cherchent à améliorer les engins d’exploration spatiale. Au Québec, le groupe CREPEC Vision se consacre au développement d’un prototype de rover lunaire doté d’un châssis en composite de polymères thermoplastiques. Ce choix de matériaux permettrait de fabriquer le châssis par impression 3D, en plus d’ouvrir la porte aux réparations en cours de mission. Cependant, les polymères ne dispersent pas aussi bien les charges présentes dans l’environnement lunaire que l’aluminium employé actuellement. Les radiations présentes dans l’environnement lunaire induisent des charges qui peuvent déclencher des décharges électrostatiques dommageables pour l’électronique fragile. Il faut donc découvrir un moyen d’augmenter la protection offerte par les polymères haute performance que l’équipe compte utiliser, soit le PEEK et le PEI.

L’objectif de ce mémoire consiste précisément à trouver le meilleur additif pour augmenter la conductivité de ces polymères au-dessus du seuil de 10-11 S·m-1 et ainsi faire en sorte que les charges seront dissipées.

Pour y arriver, des échantillons composés d’un des deux polymères avec un des trois additifs (noir de carbone, graphène ou fibres de carbone) sont fabriqués à différentes concentrations à l’aide d’une micro-extrudeuse. Puis, les propriétés diélectriques sont mesurées à l’aide de la spectroscopie diélectrique à large bande à des températures allant de 25 °C à 200 °C, de façon à englober les températures diurnes de l’environnement lunaire qui peuvent atteindre 120 °C.

Tant pour le PEEK que pour le PEI, l’analyse des résultats montre que le meilleur additif, parmi les trois testés, est le noir de carbone. De fait, c’est celui qui génère le seuil de percolation le plus bas (12 % massique), en plus de procurer la plus grande conductivité (plus de 10-8 S·m-1) aux polymères haute performance.


identifier: Kazemeyni, Seyed Sajad  (2021). The effect of scanning parameters on accuracy of reflective parts inspection.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
scanner laser
sondes à déclenchement par contact
logiciel PolyWorks®
facteurs de numérisation
éclairage ambiant
métrologie
composants réfléchissants

abstract:
The literature review reveals this fact that although the significant advantages of laser scanners have created a great growing tendency to use this type of inspection, there are still functional restrictions, considerably effect on their measurement quality. Due to existing a rather large number of factors, which potentially effect on scanners performance, their accuracy is categorized in a lower level than conventional touch-trigger probes.

Some scanning factors were introduced during previous research. This fact is also revealed that the scanning process over shiny surfaces is more sensitive. This study focuses on the quality of laser scanning measurement over reflective parts to assess the influence of some scanning factors including ambient lighting, surface slope, surface form, and software data processing options.

The main objective of current study is determined to present a technical guideline to improve the accuracy of measurement over glossy surfaces. The measurement performance was evaluated for Metris LC50 laser scanner in ETS Metrology Laboratory and the accuracy of scanned result was compared to the reference values measured by the high-accurate touchtrigger probes on Mitutoyo Coordinate Measuring Machines (CMM). Also, The PolyWorks® software was applied to find an optimized method of data processing. The experiment was designed in seven phases. In each phase, the deviation from reference is the main accuracy criterion.

The results emphasize the role of data scanning and processing parameters as well as the surface characteristics. As the main result, the quality of laser scanning reduce in a high level of ambient lighting and over surfaces with a high slope. In addition, a recommended software setup was presented to achieve more accurate measurement through laser scanners.


identifier: Khirani, Hemza  (2021). Contribution sur l’étude de répétabilité en position des robots industriels.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
répétabilité
ISO 9283
robot sériel

abstract:
L’erreur de répétabilité quantifie le niveau de dispersion spatiale de la pose programmée d’un robot. C’est une caractéristique métrologique très importante d’un robot industriel. Les recommandations pour calculer la répétabilité des robots industriels sont présentées dans la norme ISO 9283.

Deux robots, LR Mate 200iD de FANUC et KR6 de KUKA, sont utilisés dans le cadre du présent projet. Leurs répétabilités sont estimées par un dispositif TriCal selon la méthode ISO 9283. Ce dispositif portable de mesure 3D peut être utilisé pour calibrer le robot, évaluer sa précision de position ou simplement pour mesurer sa répétabilité de position. En effet, notez que la répétabilité des robots industriels est typiquement mesurée avec un laser tracker, mais n’est pas suffisamment précise pour mesurer des erreurs de position de l’ordre de 0,020 mm, et moins. En revanche, notre TriCal est précis à quelques micromètres lorsqu'il s’agit de mesurer des erreurs de position allant jusqu’à 1 mm.

Ce mémoire présente les résultats et les analyses statistiques d’une étude consacrée à l’estimation de la répétabilité. L’influence de trois facteurs (temps de réchauffement, chargement et effet de la flexibilité) est étudiée.

On a mesuré la répétabilité dans cinq positions selon le cube ISO 9283, en utilisant 300 répétitions par position pour chaque test différent. Un plan factoriel complet d’expériences (DOE) à deux facteurs et trois niveaux a été adopté. Les deux principaux facteurs (chargement et le temps de réchauffement) sont investigués. Par la suite, trois positions sont choisies, une lorsque le robot est complètement étendu (donc plus flexible), une lorsque le robot est replié (donc plus rigide) et une autre entre les deux premières, pour voir l’effet de la flexibilité du robot sur la répétabilité.

Les résultats montrent que les deux robots se comportent globalement de la même manière, et les dispersions les plus mauvaises sont présentées à froid. La dispersion atteint des valeurs allant jusqu’à 0,27 mm et 0,15 mm pour les robots FANUC et KUKA, respectivement. Après au moins 2 heures d’échauffement, les écarts sont améliorés pour atteindre des valeurs inférieures à 0,005 mm. On a trouvé aussi que la dispersion est fortement affectée par le chargement pendant la période d’état froid. Cependant, cet effet disparaît progressivement au fil du temps, en particulier lorsque le robot atteint la période de stabilité thermique. De plus, la période d’état froid et les positions P2 et P3 offrent la pire répétabilité pour les deux robots (effet de facteur de la flexibilité). Après utilisation de l’analyse ANOVA pour voir l’effet de facteur de la flexibilité sur les deux robots, on a trouvé que ce facteur a un effet plus important sur le robot FANUC.


identifier: Moussa, Cynthia  (2021). Modélisation des alternateurs hydroélectriques dans leur environnement.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
systèmes d’excitation
alternateurs hydro-électriques
jumeaux numériques
mécanismes de défaillances
diagnostic et sur-excitation
sous-excitation

abstract:
L’intégration des circuits d’excitation prend son importance lors de l’analyse des effets nonlinéaires de l’alternateur dans son environnement. Suivant les statistiques d’Hydro-Québec sur ses systèmes, le type d’excitation le plus répandu est statique. En effet, la plupart des alternateurs exploités par l’entreprise approchent tranquillement leur fin de vie utile et leur vieillissement est accéléré d’avantage par des phénomènes intrinsèquement liés à leur mode d’opération tel que échauffement des enroulements, vibrations d’origines électromagnétiques dues à la séquence de bobinage stator, défaut de court-circuit inter spires ou des barres, excentricité du stator ou du rotor pontage des bobine ou sectionnement des barres amortisseurs.

L’originalité et le but de mon mémoire sont axés sur l’étude de l’excitatrice dans des cas réels. Ainsi, le premier volet sera de réaliser la modélisation par éléments finis de l’alternateur hydroélectrique La Grande 4 par intermédiaire du logiciel de calcul Ansoft MAXWELL en couplage avec les modes de fonctionnement de son système d’excitation en environnement réel. Le second volet sera de déterminer les mécanismes de défaillance spécifiques aux systèmes d’excitation suivant un arbre hiérarchique. Ce volet a pour but d’effectuer le diagnostic. La problématique de recherche à ce niveau s’est d’étudier l’impact des systèmes d’excitation dans le cas de défauts sur les modes de fonctionnement de l’alternateur.


identifier: Masoumipour, Atefeh  (2021). Experimental characterization and viscoelastic finite element modeling of a porcine thoracic spinal cord submitted to axial compression.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
compression axiale
matière blanche
matière grise
moelle épinière
modèle par éléments finis
hyperélasticité
viscoélasticité
relaxation de contraintes

abstract:
Axial compression is one of the main loading sustains daily by the spinal cord, while transverse compression loads, much less frequent, often results in spinal cord injury. To increase our understanding of the spinal cord biomechanics under normal and traumatic conditions, measuring the behavior of the spinal cord components material properties is of utmost importance. Recent studies expressed the importance of identifying the behavior and material properties of the spinal cord white and grey matter separately. In addition, recent studies stated the importance to determine the relaxation response of the spinal cord tissues and to improve the behavior of spinal cord finite element models by using derived viscoelastic properties. This work has not been completely achieved yet. The main objective of this study is to characterize and simulate numerically the mechanical behavior of the spinal cord white and grey matter tissue under unconfined axial compression including a stress relaxation phase.

Two spinal cord were harvested from the thoracic region of two pigs immediately following sacrifice. Each spinal cord was cut in four samples of 2.25 mm thick, for a total of eight samples. Samples were placed in a petri-dish, wrapped in a sprayed gauze with Phosphate- Buffer saline to avoid dehydration and tested under unconfined axial compression using a mechanical testing device. The throughout process was completed in less than six hours to reduce the influence of time post-mortem on the mechanical properties of the spinal cord tissue. All specimens were compressed up to 40% strain at a strain rate of 0.01/sec, and was then allowed to relax for 1000 seconds.

A finite element model (FEM) of a typical sample was created and used to derive, using an inverse method, the hyper-viscoelastic material properties of the grey matter, with white matter material properties derived from literature. A first order Ogden hyperelastic model coupled with a 3-term prony series best captured the compressive response of the spinal cord and its viscoelastic behavior during stress-relaxation. It has been found that grey matter is about 3.2 times stiffer than the white matter. For relaxation time, it has been determined that the spinal cord tissue completely relax after approximately 931 seconds following axial compression.

These results highlight the importance of distinguishing the type of tissue when using computational models to deepen our understanding of the biomechanics of the spinal cord.


identifier: Zouaghi, Houssem  (2021). Doublage visuel des vidéos monoculaires.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Doublage visuel des vidéos monoculaires

subject:
infographie
doublage visuel
animation 3D
reconstruction faciale
modèle bilinéaire

abstract:
Le doublage audio est une technique de reproduction des dialogues des acteurs dans une langue différente de la langue originale. Malgré le succès de cette technique, elle nécessite un travail immense pour trouver les meilleurs mots et phrases qui synchronisent les phonèmes doubles avec les visèmes de l’acteur. Pour remédier à cette limite, plusieurs chercheurs ont travaillé sur le doublage visuel des vidéos. Cette méthode consiste à la modification des visages des acteurs afin de synchroniser les expressions avec la voix doublée. Cependant, les méthodes existantes ont des exigences qui limitent leur utilisation dans notre contexte. Par exemple, la nécessité de la présence de l’acteur pour la numérisation de son visage, la disponibilité de longues vidéos avec différentes expressions ou l’utilisation d’équipements complexes et coûteux.

Dans ce mémoire, l’objectif principal consiste à réaliser un doublage visuel de courtes vidéos publicitaires. Pour ce faire, nous proposons deux méthodes de doublage visuel des vidéos monoculaires. La première approche est principalement basée sur des visages 3D. Dans cette approche, nous reconstruisons les visages 3D de l’acteur et du doubleur. Ensuite, à l’aide d’un modèle de visage bilinéaire, nous extrayons les poids d’identité de la séquence reconstruite de l’acteur et les poids des expressions de la séquence reconstruite du doubleur. Puis, en utilisant de ces deux poids, nous recréons l’animation 3D du visage de l’acteur double. La seconde approche est basée sur l’apprentissage machine avec des images 2D. Nous utilisons un modèle d’apprentissage automatique pour extraire l’identité du visage de l’acteur et la transférer ensuite sur le visage du doubleur. Ensuite, nous fusionnons le résultat du doublage avec les images de la séquence originale.

Les deux approches ont été testées sur une variété d’acteurs et de doubleurs récitant différentes paroles. Les résultats des deux approches sont encourageants et démontrent des progrès pour le doublage visuel automatique avec le minimum d’équipement sur les vidéos monoculaires RVB pré-enregistrées.


identifier: Ajanohoun, Jordy  (2021). 3D human body mesh generation from 2D images using body silhouette, bone orientation, and joints triangulation.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: reconstruction 3D

subject: estimation de pose et de morphologie humaine

subject: modèle du corps

subject: multi-vues

subject: vision par ordinateur

abstract: In this dissertation, we address the problem of 3D human pose and shape estimation from multi-view images. Like similar methods, we make use of the Skinned Multi-Person Linear (SMPL) parametric body model, and try to regress the model parameters that best fit the shape and pose of the individual on the images. The main challenge lies in accurately inferring these parameters. To solve this problem, we first estimate 2D joints. Then, we use a linear algebraic triangulation to lift estimated 2D joints to 3D, resulting in a joint estimation with fewer errors. Next, we fit the 3D parametric body model to the 3D joints while imposing silhouette and bone orientation consistency between the 3D model and the detected individual in the images. We do so by minimizing a new set of objective functions through a two-step optimization process that provides a good initialization for the refinement of the shape and pose parameters. Finally, we demonstrate that the semantic position of joints in the body model and in the validation data sets do not exactly match. To account for this discrepancy we introduce, for each joint, a shift vector computed in the joint’s local space. Our fully automatic approach is evaluated on the widely used benchmarks Human3.6M and HumanEva, showing superior results with respect to state-of-the-art methods.


identifier: Larbi, Rihem  (2021). Déploiement optimal des nœuds de capteurs employant le clustering K-means et un algorithme génétique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
WSN
K-means
algorithme génétique

abstract:
Au cours des dernières décennies, les réseaux de capteurs sans fil ont reçu un nouvel essor grâce à la miniaturisation des composants électroniques. Ces composants ont permis de fabriquer de petits systèmes équipés de dispositifs de mémoire, de microprocesseurs, de communication et de capteurs. Ces systèmes sont appelés "nœuds de capteurs". Lorsqu’ils sont déployés dans une zone d’intérêt, ils interagissent et communiquent entre eux de façon autonome pour former un réseau de capteurs capable de transmettre des informations à la station de base. Les réseaux de capteurs sont utilisés dans plusieurs domaines d’application tels que la santé, le transport, l’armée et l’agriculture. Cependant, ces applications sont particulièrement sensibles sur la qualité de la couverture du terrain et sur la connectivité du réseau. De plus, plusieurs chercheurs s’intéressent aux problèmes soulevés par ces applications, tels que l’énergie, la couverture, la connectivité et le chevauchement, en d’autres termes le problème de déploiement de nœuds.

Dans ce projet de mémoire, nous abordons le problème du déploiement de nœuds dans une application spécifique qui est la prévention des incendies dans les forêts. Nous proposons une approche de déploiement comprenant deux phases : une phase de représentation de la zone basée sur un algorithme d’apprentissage non supervisé qui est le clustering K-means et une phase de déploiement de nœuds de capteurs basée sur l’algorithme génétique. L’objectif de la première phase est de déterminer les points d’intérêt à couvrir en tenant compte de la structure de la zone géographique. En ce qui concerne la deuxième phase, son objectif est de déterminer l’emplacement optimal des nœuds de capteurs en tenant compte de différentes contraintes telles que la couverture, la connectivité, le coût de déploiement et le chevauchement entre les nœuds.

Les simulations réalisées ont démontré la performance de notre solution à optimiser le déploiement de nœuds de capteurs dans des zones géographiques à grande et petite échelle tout en assurant une couverture maximale, une connectivité totale du réseau, un nombre minimum de nœuds et un chevauchement minimal. En outre, les résultats expérimentaux ont prouvé l’efficacité de notre approche pour fournir des solutions optimales.


identifier: Sam, Farida  (2021). Modélisation et validation expérimentale d’un système solaire à retour par gravité.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système à retour par gravité
chauffe-eau solaire
chauffage solaire
Trnsys
python
modèle isotropique
eau
gel
surchauffe
gaz à effet de serre
coût

abstract:
Un système solaire à retour par gravité installé et testé en 2014 à Montréal a été validé et modélisé. Il est constitué de 4,3 m2 de capteurs plans thermiques et d’un réservoir de stockage de 300 litres installé à l’intérieur d’un local. La validation et la simulation ont été élaborées au moyen du logiciel Trnsys et du langage de programmation Python. Le modèle isotropique pour le calcul de la radiation solaire incidente a été adopté, car les résultats de la comparaison développés avec Python et ceux mesurés en laboratoire atteignent 90 %. Après la validation, le système est simulé pour un chauffe-eau solaire (CES) et pour un système combiné. Dans le cas du (CES), la température de l’eau dans le réservoir est passée de 16 °C à 26 °C. Une différence de 10 °C alors que la température ambiante oscille entre -17 °C et - 12 °C pour une journée type du mois le plus froid de l’année (janvier). Au sommet du réservoir, la température dépasse 50 °C et les pertes causées par la tuyauterie extérieure sont insignifiantes, de l’ordre de 1,2 %. Ces résultats garantissent la protection contre le gel. La part solaire pour cette journée est de 42 % et le rendement affiche 55 %. Pour la majorité des journées de la saison d’hiver, la couverture solaire dépasse 70 %. Pour d’autres le besoin en eau chaude est plutôt satisfaisant même si le rendement est faible. Dans certains cas un appoint est toutefois nécessaire. Pendant l’été, malgré l’intensité du soleil, la température des capteurs ne dépasse pas 100 °C, ce qui règle le problème de surchauffe. Dans le cas du chauffage, une grande installation est nécessaire pour satisfaire les besoins thermiques de 31700 kWh. En effet, après analyse énergétique, pour 44 m2 de surface de captage, la part du soleil est de 47 %, ce qui n’est pas négligeable, mais, le rendement n’est que de 27,9 %. Dans ce cas, le reste des besoins peut être comblé par d’autres sources d’énergie. Il est à noter aussi que 1 m2 de capteurs solaires permet d’éviter chaque année 297 kg de gaz à effet de serre (GES), une quantité significative surtout pour des grandes installations.

Au Québec, en raison du faible coût de l’électricité, les systèmes solaires thermiques les plus connus comme les sous vide utilisant un antigel toxique ne sont pas autant rentables et la période de retour sur investissement dépasse les 25 ans. Une étude comparative élaborée avec les systèmes à retour par gravité montre que ces derniers sont plus avantageux que les systèmes à tubes sous vide, tant sur le plan économique qu’environnemental.

Ces résultats soutiennent ceux de l’étude expérimentale de 2014 fondée sur les normes CSA F379, ISO 9459-2 et ASHREA 95 qui avaient montré que le recours aux systèmes à retour par gravité est réalisable. L’installation est moins coûteuse et plus respectueuse de l’environnement que celle à tube sous vide utilisant un fluide caloporteur non dégradable.