identifier: Dias, V. C. (2016). Impacts of District Metered Areas Implementation on Water Quality in a Full-Scale Drinking Water Distribution Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mise en place de zones sectorisées associée à la gestion de la pression est une approche efficace pour réduire le débit des fuites ainsi que le nombre de bris dans les systèmes d'eau potable. Entre autres, cette stratégie permet de prolonger la durée de vie des conduites et de reporter le renouvellement du système. Toutefois, la création de zones sectorisées implique la fermeture de vannes entraînant la création de nombreux culs-de-sac, qui sont des sites connus pour potentiellement présenter des temps de séjour plus élevés et de l'eau stagnante. De plus, la gestion de la pression produit des vitesses de l'eau plus basses, l'augmentation du temps de séjour et, par conséquent, l'augmentation du risque de la détérioration de la qualité de l'eau. Malgré les succès des zones sectorisées dans un certain nombre de cas rapportés par les municipalités, jusqu'à présent, l'impact de cette stratégie sur la qualité de l'eau n'a pas été entièrement quantifié. En fait, les résultats des études terrain publiées concernant l'impact sur la qualité de l'eau sont très limités. Comme la mise en place des zones sectorisées est certainement une approche intéressante à prendre en compte pour les services de l'eau potable, il nous paraît important d'évaluer l'impact de la mise en place des zones sectorisées sur la qualité de l'eau en utilisant un plan d'échantillonnage détaillé qui tient compte des changements des opérations du réseau ainsi que des variations de la qualité de l'eau à l'entrée du secteur dans cinq zones sectorisées à pleine échelle.  ABSTRACT: The implementation of district metered areas (DMAs) associated with pressure management is an efficient approach for water utilities to reduce flow rates of leakage and the number of breaks in drinking water distribution systems. Additionally, this strategy can extend the life of pipes and postpone system renewal. However, the creation of DMAs involves closing boundary valves, which form more dead-ends in the system. Dead-ends are locations known to potentially present higher water residence times and stagnant water. Additionally, pressure management results in lower water velocities increasing residence times and consequently the potential for water quality deterioration. Despite a number of DMAs being successfully reported by water utilities, until now, the impact of this strategy on water quality has not been thoroughly quantified. Indeed, published field studies regarding the impact on water quality have very limited results. Since DMAs implementation is certainly an interesting approach for water utilities to consider, the work outlined in this thesis focused in better understand their impact on water quality throughout detailed surveys in five pilot DMAs in a full-scale distribution system.


identifier: Kamali Zadeh, S. (2016). Initial Tool Wear Mechanisms in Turning of Titanium Metal Matrix Composites  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude porte sur les mécanismes d'usure initiale de l'outil en tournage mécanique des composites à matrice métallique de titane (Ti-MMCs). Comparés à d'autres matériaux, les MMCs présentent de nombreux avantages, par exemple : une grande rigidité, une haute résistance à la corrosion et une très bonne résistance à l'usure même aux hautes températures. Toutefois, ces propriétés avantageuses peuvent être à l'origine de certains problèmes lors de l'usinage, comme une usure sévère des outils de coupe ainsi qu'une durée de vie très limitée. L'usure initiale de l'outil et son effet sur la durée de vie n'ont pas été étudiés en détail et la plupart des études se sont focalisées sur la période d'usure à taux d'usure constant. Dans cette recherche des outils en carbure de tungstène (WC/Co) avec un liant cobalt, revêtu de TiN/TiAlN ont été utilisés pour tous les tests expérimentaux. L'usure des outils pendant les premières secondes de l'usinage et ses influences sur la durée de vie de l'outil ont été analysées et discutées. Les forces de coupe ont été mesurées à l'aide d'un dynamomètre. Après l'usinage, les mécanismes d'usure initiale des outils ont été étudiés par la microscopie électronique à balayage (MEB) et l'analyse dispersive en énergie (EDS). Afin de déterminer la variabilité de la composition chimique de surface d'un outil brut et d'une pièce à usiner, une spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (SPX) a été utilisée.  La méthode de sonde ionique focalisée (FIB) a été choisie pour découper et déterminer les éléments ou sous-couches qui se développent lors de l'usinage. Les diagrammes d'usure obtenus par les essais expérimentaux montrent que la première période de transition de l'usure de l'outil se produit dans la première seconde d'usinage. La comparaison de temps de transition de ces diagrammes aux diagrammes de force a dévoilé une bonne corrélation. L'analyse des mécanismes d'usure a révélé que l'usure commence par une phase préliminaire dite "abrasive" suivie par une phase dominante dite "adhésion".  ABSTRACT: This research focused on the initial tool wear mechanisms in turning of titanium metal matrix composites (Ti-MMCs). Compared to other materials, MMCs have many advantages, such as: high stiffness, high corrosion resistance, and very good wear resistance even at high temperatures.  On the other hand, these advantages cause a lot of problems during the machining process, including severe tool wear and short tool life. The initial tool wear and its effects on the entire tool life has not been investigated in detail and most studies have been performed in the steady-state wear period. Thus, in this research the first seconds of machining and its effects on tool life was discussed. WC/Co inserts with the coating TiN/TiAlN were used for all the experimental tests.  Machining forces were registered by a dynamometer. After machining, the initial tool wear mechanisms were investigated using Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). In order to study the surface chemical compositions of an unused insert and a raw work-piece material, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was used.  Also, to find out what elements or sub-layers are under the layer that develops during the machining, a Focused Ion Beam (FIB) technique was applied to an insert.  Based on the results of the experimental tests and tool wear progression charts, the first transition time of tool wear occurs in the first second of machining. Also, there are good correlations between the transition time in tool wear progression charts and the cutting force diagrams.    Finally, mapping the wear mechanisms in different tools during the initial moments of machining Ti-MMC revealed that the preliminary wear mechanism is abrasion and the dominant wear mechanism is adhesion.


identifier: Bouhadra, M. H. (2016). Étude de l'évolution du réseau de collaboration dans l'industrie canadienne des technologies de l'information et des communications : le secteur matériel en mutation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le secteur matériel de l'industrie des technologies de l'information et des communications (TIC) est en déclin sur le territoire nord-américain. Pourtant, il fait partie des domaines technologiques qui veut permettre aux nations de bénéficier des opportunités offertes par le tournant numérique qui est aujourd'hui en branle. Il est donc pertinent d'accroître notre compréhension des dynamiques dictant ce secteur. Au cours des dernières décennies, la reconnaissance de l'importance des réseaux de collaboration dans la recherche scientifique a grandement augmenté. Le secteur matériel des TIC ne fait pas exception à la règle. Les firmes et les chercheurs universitaires tentent, pour différentes raisons, d'établir des partenariats de recherche. Par ailleurs, les instances gouvernementales favorisent les collaborations mais peu d'évidence existe sur l'effet de ces politiques. Dans la littérature récente, il a été démontré que la structure des réseaux de collaboration a un impact sur la diffusion de connaissances au sein de ceux-ci. Ce travail caractérise les réseaux de collaboration du secteur matériel des TIC, au Canada. Pour ce faire, des données de financement sont jumelées aux données bibliométriques de co-publication. On analyse donc, l'aspect de recherche universitaire mais également les liens avec les différentes organisations de l'écosystème. Plus précisément, les données de subvention de la recherche proviennent du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) et de l'organisme MITACS, pour les projets ayant eu lieu entre 1998 et 2014. D'un point de vue méthodologique, la technique d'analyse de réseaux sociaux est employée. Cette méthode permet de construire les réseaux de collaboration, couvrant des périodes de cinq ans, et de calculer des mesures de centralité, en plus de déterminer la structure des réseaux. Les résultats montrent que les réseaux de collaboration, tirés du financement des projets collaboratifs de recherche et des données bibliométriques, possèdent une structure résiliente de type petit-monde. Cela signifie qu'elles ont des propriétés optimales de transfert de connaissances. Les mesures de centralité ont aussi permis de déterminer que la dynamique de collaboration évolue de plus en plus vers une formule université-industrie. Parmi, les universités, c'est l'université de Colombie-Britannique qui possède la plus grande centralité dans le réseau.  ABSTRACT: The hardware sector of the information and communications technologies (ICT) industry is loosing ground in North America. Yet, it is one of the technological fields that can allow nations to capitalize on opportunities brought by the digital revolution. Therefore, it is crucial to increase our understanding of the forces and dynamics dictating this sector. Over the last few decades, the importance of collaboration networks has increased in scientific research in a vast number of sectors. The ICT hardware industry is no exception and both firms and academic researchers are, for different reasons, seeking to establish partnerships. Moreover, government's agencies are encouraging and fostering collaboration practices but they lack evidence of the effects theses policies have. In recent literature, the collaboration networks structure has shown impact on knowledge diffusion properties. In this thesis, we characterize the collaboration networks from the ICT hardware sector in Canada. In order to achieve this, we used collaboration data from funding sources and more traditional bibliometric data, co-authorship to be precise. We analyzed the academic research links but also the connections between the different organisations within the ecosystem. More specifically, data regarding research funding comes from Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) and from the not-for-profit organization MITACS, for collaborative research projects in the 1998-2014 period. From a methodological standpoint, a social network analysis (SNA) has been performed. This technic allowed the construction and visualization of the collaborations networks, using five years windows. On the quantitative side, we could calculate centrality measures, as well as determine the structure of the studied networks. Results show the presence of a resilient small-world structure in the collaboration networks mapped with both the funding and bibliometric data, which suggests that they possess optimal properties in terms of knowledge transfer and information diffusion. Centrality measures helped us highlight the evolution of the collaboration pattern toward a university-industry formula. Amongst academic institutions, the University of British-Columbia is the most central and collaborative actor.


identifier: Marmoux, B. (2016). Déterminants de l'état des infrastructures routières : une analyse économétrique du réseau québécois  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nombreuses sont les études qui font le lien entre investissements publics en faveur des infrastructures et croissance économique. Parmi les projets bénéfiques, figurent notamment les ouvrages routiers. Si l'accent est souvent mis sur la construction, les politiques de gestion et d'entretien constituent également un sujet de préoccupation majeur. Trop inefficientes dans le cas du Québec, elles sont, par exemple, à l'origine d'un déficit d'entretien des infrastructures de l'ordre de 15,1 milliards de dollars, d'après les chiffres de la commission Robillard. Leur état pose aujourd'hui problème et la situation devrait empirer dans les prochaines années si aucun effort significatif n'est fait pour redresser la barre. Ce projet se positionne donc dans un contexte délicat et tente de fournir aux décisionnaires les outils nécessaires pour anticiper les dégradations et planifier plus efficacement les travaux de réhabilitation. C'est tout du moins l'objectif d'un projet plus global dans lequel s'inscrit ce mémoire. La littérature existante fournit de nombreux exemples dans lesquels les auteurs modélisent, de différentes façons, le processus de dégradation des infrastructures. Néanmoins, ces études restent au stade théorique car elles se heurtent toutes au même problème : le manque de cas concrets permettant d'éprouver les résultats obtenus. L'approche de ce projet se veut diamétralement opposée dans la mesure où les modèles sont élaborés uniquement à partir de données réelles relatives aux infrastructures routières du réseau québécois. Ainsi, la création d'une base de données exploitable constitue la première grande étape du projet. Un code informatique est développé et utilisé pour obtenir, directement depuis Internet, une première salve d'éléments intéressants. S'ensuit alors un important travail de recherche et de collecte d'informations connexes dans le but d'enrichir cette base de données et la rendre plus complète. Les méthodes statistiques prennent alors le relai pour décrire les données à disposition, déterminer les facteurs dégradants, quantifier leurs effets ou encore prédire l'état d'une structure. Au final, l'objectif de ce mémoire n'est pas, compte-tenu de l'ampleur de la tâche, de fournir un outil d'aide à la décision fonctionnel et directement utilisable mais de contribuer à son élaboration en dégageant des tendances, des éléments de réponse ou des pistes de réflexion qu'il s'agirait d'étudier plus en détail. Beaucoup de travail reste donc à accomplir avant la mise au point d'un outil prédictif complet, performant et pouvant véritablement rendre service dans les processus de prise de décisions liées à l'entretien des actifs routiers. Toutefois, ce mémoire peut légitimement être considéré comme une première pierre portée à l'édifice.  ABSTRACT: The link between economic growth and public investments for infrastructures, including road works, is made in many studies. Not only construction issues must be a subject of concern but also maintenance and rehabilitation ones. In Quebec, ineffective policies lead to a $ 15,1 billion infrastructure rehabilitation gap, according to the Robillard commission report. Their condition is now something we should worry about and it's going to get worse in the next few years if nothing is done to straighten things up. This project is developed taking into account this difficult context and its aim is to provide decision makers with tools which could be helpful to anticipate deterioration and to plan effectively rehabilitation works. It's at least the goal of a more important project, a part of which is this master's thesis. Existing literature shows many cases in which authors try to model, in different ways, infrastructure deterioration process. However, these studies remain at the stage of theories because they all face to the same problem: the lack of concrete examples to validate them. The approach of this project is diametrically opposed to these cases because of the choice to build models directly based on real data from the Quebec road infrastructures. Therefore, creating an exhaustive and workable database can be seen as an important first step. Once the task is completed, statistical methods are used to describe data, identify factors for degradation, quantify their effects or even predict future states of structures using their values. Concretely, given the size of the task, this master's thesis won't result in the elaboration of a fully functioning decision-making tool but it will contribute to its development, thanks to some found elements of a response or some highlighted tracks of reflexion which deserve to be examined in detail. Thus, there is much work to be done before having a complete, powerful and useful predictive model but this master's thesis could nevertheless be considered as the foundation stone of the building.


identifier: Elmahi, O. (2016). Verification of the Performance Properties of Embedded Streaming Applications via Constraint-Based Scheduling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les capacités et, en conséquence, la complexité de la conception de systèmes embarqués ont énormément augmenté ces dernières années, surfant sur la vague de la loi de Moore. Au contraire, le temps de mise en marché a diminué, ce qui oblige les concepteurs à faire face à certains défis, ce qui les poussent à adopter de nouvelles méthodes de conception pour accroître leur productivité. En réponse à ces nouvelles pressions, les systèmes modernes ont évolué vers des technologies multiprocesseurs sur puce. De nouvelles architectures sont apparues dans le multitraitement sur puce afin d'utiliser les énormes progrès des  technologies de fabrication. Les systèmes multiprocesseurs sur puce (MPSoCs) ont été adoptés comme plates-formes appropriées pour l'exécution d'applications embarquées complexes. Pour réduire le coût de la plate-forme matérielle, les applications partagent des ressources, ce qui peut entraîner des interférences dans le temps entre les applications dues à des conflits dans la demande des ressources. Les caractéristiques d'un SoC typique imposent de grands défis sur la vérification SoC à deux égards. Tout d'abord, la grande échelle de l'intégration du matériel mène à des interactions matériel-matériel sophistiquées. Puisqu'un SoC a de multiples composants, les interactions entre ceux-ci pourraient donner lieu à des propriétés émergentes qui ne sont pas présentes dans un seul composant. En second lieu, l'introduction de logiciels dans le comportement du matériel mène à des interactions matériel-logiciel sophistiqué. Puisqu'un SoC a au moins un processeur, le logiciel constitue une nouvelle dimension des comportements du SoC et donc apporte une nouvelle dimension à la vérification. Cela rend la vérification d'une tâche difficile, en particulier pour les applications de communication et de multimédia. Cela est dû à des contraintes non-fonctionnelles des modules matériel et logiciel, tels que la vitesse du processeur, la taille de la mémoire tampon, le budget de l'énergie, la politique de planification, et la combinaison de multiples applications. Cette thèse préconise la programmation par contraintes (CP) comme un outil puissant pour la vérification des mesures de performance de MPSoCs. Dans ce travail, nous avons considéré des applications de diffusion sur l'architecture cible d'un système-sur-puce (MPSoC) multi-processeur comme un problème d'ordonnancement à base de contraintes. Nous l'avons testé séparément et en interaction avec d'autres types d'applications. L'idée est de créer un scénario au niveau du système qui prend en compte le flux de travail au niveau du système par rapport aux ressources du système et des exigences de performance, à savoir les délais de la tâche, le temps de réponse, le CPU et l'utilisation de la mémoire, ainsi que la taille de la mémoire tampon. Plus précisément, nous examinons si le comportement des différentes interactions entre les composants du système d'exécution des tâches différentes peut être efficacement exprimé comme un problème d'ordonnancement à base de contraintes sur l'espace des entrées possibles du système,  afin de déterminer si nous pouvons traiter des cas similaires d'échec en utilisant ce modèle. Résoudre ce problème consiste à trouver une meilleure façon d'inspecter le système en cours de vérification dans une phase de conception qui arrive très tôt et dans un délai beaucoup plus raisonnable.  Notre approche proposée a été testée avec diverses applications, différents flux d'entrée et des architectures différentes. Nous avons construit notre modèle en prenant en considération les architectures existantes sur le marché, des applications choisies  qui sont en courante et comparé les  résultats de notre modèle avec les résultats provenant de l'exécution des applications réelles sur le système. Les résultats montrent que la méthode permet de déterminer les conditions de défaillance du système dans une fraction du temps nécessaire à la vérification par simulation. Il donne à l'ingénieur d'essai la possibilité d'explorer l'espace de conception et d'en déduire la meilleure politique. Il contribue également à choisir une architecture appropriée pour des applications en cours d'exécution.  ABSTRACT: The abilities and, accordingly, the design complexity of embedded systems have expanded enormously in recent years, riding the wave of Moore's law.  On the contrary, time to market has shrunk, forcing challenges onto designers who in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As a response to these new pressures, modern-day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Multiprocessor Systems on a Chip (MPSoCs) were adopted as suitable platforms for executing complex embedded applications.  To reduce the cost of the hardware platform, applications share resources, which may result in inter-application timing interference due to resource request conflicts. The features of a typical SoC impose great challenges on SoC verification in two respects. First, the large scale of hardware integration leads to sophisticated hardware-hardware interactions. Since a SoC has multiple components, the interactions between them could give rise to emerging properties that are not present in any single component. Second, the introduction of software into hardware behaviour leads to sophisticated hardware-software interactions. Since an SoC has at least one processor, software forms a new dimension of the SoC's behaviours and hence brings a new dimension to verification. This makes verification a challenging task, in particular for communication and multimedia applications. This is due to the non-functional constraints of hardware and software modules, such as processor speed, buffer size, energy budget, and scheduling policy, and the combination of multiple applications.  This thesis advocates Constraint Programming (CP) as a powerful tool for the verification of performance metrics of MPSoCs. In  this  work,  we  mapped  streaming  applications  onto  a target  Multi-Processor  System-on-Chip  (MPSoC)  architecture as a constraint-based scheduling problem. We tested it separately and in interaction with other application types. The idea is to create a system-level scenario that takes into account the system level work-flow with respect to System resources and performance requirements, namely task deadlines, response time, CPU and memory usage, and buffer size. Specifically, we investigate whether the behaviour of different interactions among system components executing different tasks can be effectively re-expressed as a constraint-based scheduling problem over the space of possible inputs to the system, finding if we can address similar cases of failure using this model. Solving this problem means finding a better way to investigate and verify the System under verification in a very early design stage and in a much more reasonable time.  Our proposed approach  was tested  with  various  applications,  different input  streams  and  different  architectures.  We  built our  model  for existing  architectures on the   market  running chosen applications and compared our model results with the results coming from running the actual applications on the system. Results  show  that the  methodology  is  able  to  identify  system  failure  conditions  in  a  fraction  of  the  time  needed  by  simulation-based  verification.  It  gives  the  Test  Engineer  the  ability  to explore  the  design  space  and  deduce  the  best  policy.  It also helps  choose  a proper architecture  for the  applications  running.


identifier: Barbier, C. (2016). Caractérisation de l'offre de transport interurbain par autocar au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À l'heure où le transport urbain et les enjeux liés à congestion concentrent la majorité des préoccupations des planificateurs et des autorités organisatrices de transport, le transport interurbain est souvent mis de côté et il ne reçoit pas l'attention qu'il devrait. Cela se vérifie notamment au niveau des articles de recherche, des études et des enquêtes sur les déplacements de longue distance, qui ne sont pas légion. Cependant, le transport interurbain a connu durant les vingt dernières années, et connait actuellement, des mutations importantes partout dans le monde. En particulier en Europe, l'Allemagne et plus récemment la France ont ouvert à la concurrence le marché du transport de longue distance par autocar. Aux États-Unis, un nouveau modèle industriel, les bus en bordure de trottoir, s'est développé comme une alternative au modèle classique.  ABSTRACT: The current focus of most transport authorities and planners is aimed at urban transport and at other traffic-related issues. Therefore, intercity transport is often put aside and doesn't receive the attention it deserves. The fact that only a few research articles, studies and long haul surveys have been published on this topic, supports this observation. However, intercity transport has been changing a lot during the last twenty years. For example, Germany, and more recently France, have opened their interurban passenger coach markets to competition. Furthermore, curbsides buses have appeared and developed in the USA, introducing a new business model that competes with traditional coaches.


identifier: Rimélé, A. (2016). Méthode heuristique d'optimisation stochastique de la planification minière et positionnement des résidus miniers dans la fosse  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La planification minière à long terme est essentielle afin d'estimer la viabilité d'un projet, d'obtenir les investissements nécessaires et d'optimiser les ressources disponibles. La recherche opérationnelle est en mesure de répondre efficacement à ce problème, plusieurs modèles mathématiques de programmation linéaire mixte ont été développés. La principale source d'incertitude, encore très peu considérée conventionnellement, est géologique. Pour la prendre en compte, des simulations conditionnelles, représentations équiprobables du gisement, peuvent être utilisées comme données d'entrée à un modèle stochastique en nombres entiers. Ainsi, l'objectif est de maximiser la valeur présente nette moyenne tout en proposant un ordonnancement de la production robuste à l'incertitude. En ajoutant un nombre conséquent de blocs, plusieurs périodes et destinations ainsi que de nombreuses contraintes opérationnelles, les modèles deviennent trop complexes à résoudre de manière exacte avec un solveur. Des méthodes heuristiques doivent alors être envisagées pour obtenir la meilleure solution possible en un temps réduit. Le travail exposé dans ce mémoire est composé de deux parties correspondant à deux différents articles. La première partie présente la résolution d'un modèle stochastique d'optimisation d'une mine à ciel ouvert à l'aide d'une nouvelle méthode heuristique. Sont tout d'abord proposées deux méthodes d'accélération : une relaxation partielle de la binarité des variables d'extraction en utilisant la structure particulière du modèle et les fortes relations entre variables et une convergence du modèle relaxé vers une solution quasi-binaire. Ensuite, un algorithme de tri topologique stochastique est proposé afin d'obtenir rapidement une solution complètement binaire à partir des résultats issus des stratégies d'accélération précédentes. Les résultats obtenus, testés sur un cas réel, sont concluants par leur rapidité et gap par rapport à la solution optimale. La deuxième partie modélise le stockage des résidus miniers et stériles au sein de la fosse au fur et à mesure de l'exploitation. Cette idée, souhaitée par le partenaire industriel lors de l'étude de faisabilité, permet de s'affranchir d'un espace de stockage limité autour de la fosse, de réduire l'impact environnemental de l'exploitation et de diminuer les coûts de remaniement lors de la réhabilitation finale du site. Cette fois, une méthode heuristique de fenêtre de temps sur un horizon fuyant a été utilisée pour résoudre le modèle. Les résultats sont prometteurs puisque l'impact de la disposition de matériel dans la fosse lors de l'exploitation ne dégrade la solution initiale que de 1.77%.  ABSTRACT: Long-term mine planning is an essential step in order to estimate the viability of a project, to attract investments and to optimize available resources. Operations research is well suited to assess this kind of problem, several mixed integer programming models have been developed over the last decades. Even if still not conventionally considered, the geology is the main source of uncertainty in such a model. To consider it properly, a set of equiprobable conditional simulations of the deposit are used as input in a stochastic integer programming model. The objective is then to maximize the expected net present value while having a robust production schedule to the geological uncertainty. When many blocks are considered but also several destinations and operational constraints, the problem becomes too complex to solve by a general purpose solver. If an exact method is not conceivable, heuristic methods must be used to obtain the best solution as possible in a limited time. The study presented in the thesis is composed of two parts corresponding to two articles. The first one presents a new heuristic method to solve a stochastic open pit mine production scheduling problem. First, two acceleration strategies are proposed: a partial relaxation of the binarity of the extraction variables using the special structure of the model and the strong inter-correlations of the variables; a convergence of the fully relaxed model toward a quasi-binary solution. Then, a stochastic topological sorting algorithm is proposed to quickly obtain a binary solution from the result of the previous  acceleration strategies. Applied on a real case study, the results are interesting for their rapidity and their gap to the optimality. The second part establishes a model to store tailings and waste materials directly inside the pit during the operations. This idea was raised in the feasibility of the industrial partner to overpass a limited space for eternal stockpiles, to reduce the environmental impact and the re-handling costs of the rehabilitation phase. This time, to solve the problem, a sliding window time heuristic method was used and the results are promising: the Cplex objective function is only 1.77% lower while considering the in-pit storage and the heuristic method than the initial model solved with an exact method.


identifier: Zahedi, H. (2016). End-of-Life Efficient Disassembly of Complex Structures Using Product and Process Focused Approach  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le démantèlement durable des avions, contenant un nombre élevé de composants métalliques et non métalliques, devient, de nos jours, un problème de plus en plus urgent dans l'industrie aéronautique. Le désassemblage de la structure, en tant que principale tâche de cette procédure, a toujours été un défi considérable que ce soit en matière d'efforts requis qu'en termes de valeur économique apportée. Ce processus est, depuis toujours, apparu comme un service couteux et pas forcément écologique. La revue de la littérature indique que le désassemblage semi-destructif a des bénéfices significatifs contrairement à la destruction totale voir la non-destruction des appareils. Malgré un grand champ d'applications, à l'heure actuelle, il n'existe aucun moyen d'évaluer, indépendamment d'estimations subjectives, quantitativement l'effort nécessaire pour appliquer une telle méthode sur des structures métalliques complexes telles que celles d'un avion. Le but de cette thèse est donc, de développer une échelle d'évaluation à multiples variables afin de déterminer la performance de chaque opération avant de commencer le travail matériel. Ce modèle serait capable d'évaluer la facilité de désassembler la structure, et ce de manière quantitative, incorporant les aspects relatifs au produit ainsi qu'au procédé. Dans chacune de ces deux catégories (c'est à dire produit et procédé), différents facteurs déterminants, peuvent amener à un résultat économique, environnemental et /ou social décevant, s'ils ne sont pas pris en considération. C'est pourquoi cette méthode explore divers facteurs tels que le temps, la difficulté, la compatibilité des matériaux utilisés dans les pièces/modules de la structure afin que la stratégie choisie corresponde aux objectifs techniques, économiques, et environnementaux. Dans cette étude de cas, un stabilisateur horizontal provenant d'un appareil Bombardier CRJ series a été sélectionné afin d'évaluer la pertinence et l'efficacité de l'approche proposée. La partie expérimentale s'est appuyée sur des travaux pratiques de désassemblage établis sur une période de plus de deux ans, des analyses des documents de maintenance appartenant à cet avion, ainsi que des entretiens avec des spécialistes de ce domaine. Les résultats ont démontré que l'approche proposée est à la fois facilement réalisable, plus rapide et permet une meilleure récupération des matériaux en comparaison avec d'autres méthodes. Enfin, avec de tels avantages, ce procédé apporte une importante contribution dans le domaine du désassemblage de la structure puisqu'il est aisément exploitable par les sites de désassemblage, pour les fabricants et propriétaires d'avions.  ABSTRACT: Sustainable decommissioning of aircraft with a high content of metallic and non-metallic components is becoming an urgent issue in today's aviation industry. Airframe disassembly, as a principal step in this procedure, has always been a challenge in terms of the required effort and regained values. This process has historically appeared to be economically costly, socially unviable, and not necessarily environmentally benign. Literature indicates that, unlike entirely destructive and totally non-destructive techniques, semi-destructive disassembly may bring significant benefits. However, despite their use in a wide variety of applications, there are currently no feasible solutions on how to measure the associated physical difficulties and required efforts without any dependencies on expert views or filling out spreadsheet-like forms. The purpose of this dissertation is then to develop a multiple-variable model in order to determine the performance of each disassembly operation prior to the physical work. The model could accurately evaluate the disassembly easiness of an airframe quantitatively incorporating both product and process features. There are various driving factors in each of these categories (i.e., process and product features) that failing to appropriately address them could result in either significant economic loss, environmental and/or social inconvenience. The methodology used in this study is one of the first investigations in this field, known as a Multivariable Disassembly Evaluator (MDE). It explores 1- time; 2- difficulty; and 3- material compatibility of the airframe parts/modules to ensure that the defined disassembly strategies meet technical, economic and environmental objectives. A horizontal stabilizer of Bombardier CRJ series was selected as a case study to provide a detailed vision of disassembly evaluating the suitability and effectiveness of the proposed approach. The experimental investigations are based upon the real disassembly works for over two years, aircraft maintenance documentation analysis and discussions with technical domain specialists. The findings demonstrated that the proposed method is easier to fulfil, faster and allows the user to gain more recovery than other current approaches. These advantages should make an important contribution to the field of airframe disassembly since they can be readily used by disassembly sites, aircraft owners and manufacturers.


identifier: Bertauld, T. (2016). Traçage de systèmes embarqués hétérogènes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pouvoir analyser et comprendre les interactions entre les composants d'un système embarqué hétérogène est essentiel pour détecter les fautes, trouver la cause de latences et optimiser les ressources. Bien souvent, des solutions propriétaires d'analyse sont directement fournies par les distributeurs. Cependant, ces solutions sont souvent incomplètes ou insuffisantes : elles nécessitent parfois de mettre le système en pause, ne sont pas adaptées pour plus d'une dizaine de processeurs analysés ou induisent des baisses de performance trop importantes. Le traçage est une technique répandue qui consiste à enregistrer des évènements, associés à des estampilles de temps, à certains points de l'application. Tracer un système permet d'obtenir toutes les informations imaginables, avec une granularité de l'ordre de la nanoseconde. Cela permet entre autres d'effectuer des débogages complets et de diagnostiquer les problèmes de performance, que ce soit sur une machine isolée ou dans un système distribué. Néanmoins, si le traçage est très utilisé dans les systèmes « classiques », il n'en reste pas moins marginal pour les systèmes embarqués, qui offrent souvent des caractéristiques techniques bien différentes. L'objectif de ce travail est de montrer comment il est possible de surmonter les difficultés techniques introduites par les systèmes embarqués hétérogènes (processeurs spécialisés, absence de système d'exploitation, peu de mémoire disponible, architectures exotiques…) pour produire une solution de traçage universelle sur de tels systèmes. Nous espérons ainsi démontrer que toute plateforme hétérogène embarquée peut être tracée avec les mêmes outils et dans le même format, généralisant ainsi le traçage de ces systèmes et facilitant par le fait même le travail des développeurs. Nous montrons ainsi comment l'utilisation de barectf, un outil python produisant du code C destiné à générer des points de trace CTF dans des applications tournant sans système d'exploitation (bare-metal), permet de tracer virtuellement n'importe quelle plateforme. La carte Parallella et le système sur puce Keystone 2 de TI seront nos deux modèles d'expérimentation. Nous verrons ensuite comment la synchronisation de traces peut être généralisée à de telles plates-formes pour permettre l'analyse de traces provenant d'un environnement multi-coeurs hétérogène. Finalement, nous démontrerons à travers un cas d'étude que les méthodes et solutions proposées sont valides, fonctionnent et permettent bien de répondre aux besoins spécifiques de ces plates-formes, leur apportant une solution de traçage générique, portable et efficace.  ABSTRACT: Being able to analyze and understand interactions between all the components of a heterogeneous embedded system is mandatory to detect bugs, find the causes of latencies and optimize the resources. Proprietary solutions are often directly shipped by the producing companies. However, such solutions are rarely sufficient: they sometime require the system to be paused, are not suitable for more than a few cores and might impact the overall performances. Tracing is a well-known technic which goal is to record timestamp-matched events. Tracing a system allows a deep understanding of the system as a whole and brings information at a nanosecond rate. This allows, among other things, to debug complete systems and diagnose performances issues, on a single machine as well as on a distributed system. Nevertheless, even if tracing is well-used in classical systems, it is still marginal on embedded systems, which are often a lot different. The goal of this work is to show how it is possible to overcome the difficulties induced by heterogeneous embedded systems (specialized processors, no operating system, few available memory, exotic architectures…) and to have a generic tracing solution for such devices. We hope to demonstrate that every heterogeneous embedded platform can be traced with the same tools and the same output format, thus generalizing the tracing solutions on those devices and easing the developers' work. To do so, we show how barectf, a python tool generating C code providing CTF tracepoints on devices with no operating system (bare-metal), allow the tracing of virtually any platform. The Parallella board and the System-on-Chip Keystone 2 from TI will be our two experimenting devices. We will then see how traces synchronization can be generalized on such platforms and allow traces analysis on many-cores heterogeneous environments. Finally, we will demonstrate through a use-case that the proposed solutions and methods are valid and are well-suited for those platforms, thus bringing a generic, portable and efficient tracing solution.


identifier: Hasanuzzaman, M. (2016). A Wireless, High-Voltage Compliant, and Energy-Efficient Visual Intracortical Microstimulator  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif général de ce projet de recherche est la conception, la mise en oeuvre et la validation d'une interface sans fil intracorticale implantable en technologie CMOS avancée pour aider les personnes ayant une déficience visuelle. Les défis majeurs de cette recherche sont de répondre à la conformité à haute tension nécessaire à travers l'interface d'électrode-tissu (IET), augmenter la flexibilité dans la microstimulation et la surveillance multicanale, minimiser le budget de puissance pour un dispositif biomédical implantable, réduire la taille de l'implant et améliorer le taux de transmission sans fil des données. Par conséquent, nous présentons dans cette thèse un système de microstimulation intracorticale multi-puce basée sur une nouvelle architecture pour la transmission des données sans fil et le transfert de l'énergie se servant de couplages inductifs et capacitifs. Une première puce, un générateur de stimuli (SG) éconergétique, et une autre qui est un amplificateur de haute impédance se connectant au réseau de microélectrodes de l'étage de sortie. Les 4 canaux de générateurs de stimuli produisent des impulsions rectangulaires, demi-sinus (DS), plateau-sinus (PS) et autres types d'impulsions de courant à haut rendement énergétique. Le SG comporte un contrôleur de faible puissance, des convertisseurs numérique-analogiques (DAC) opérant en mode courant, générateurs multi-forme d'ondes et miroirs de courants alimentés sous 1.2 et 3.3V se servant pour l'interface entre les deux technologies utilisées. Le courant de stimulation du SG varie entre 2.32 et 220μA pour chaque canal. La deuxième puce (pilote de microélectrodes (MED)), une interface entre le SG et de l'arrangement de microélectrodes (MEA), fournit quatre niveaux différents de courant avec la valeur maximale de 400μA par entrée et 100μA par canal de sortie simultanément pour 8 à 16 sites de stimulation à travers les microélectrodes, connectés soit en configuration bipolaire ou monopolaire. Cette étage de sortie est hautement configurable et capable de délivrer une tension élevée pour satisfaire les conditions de l'interface à travers l'impédance de IET par rapport aux systèmes précédemment rapportés. Les valeurs nominales de plus grandes tensions d'alimentation sont de ±10V. La sortie de tension mesurée est conformément 10V/phase (anodique ou cathodique) pour les tensions d'alimentation spécifiées. L'incrémentation de tensions d'alimentation à ±13V permet de produire un courant de stimulation de 220μA par canal de sortie permettant d'élever la tension de sortie jusqu'au 20V par phase. Cet étage de sortie regroupe un commutateur haute tension pour interfacer une matrice des miroirs de courant (3.3V /20V), un registre à décalage de 32-bits à entrée sérielle, sortie parallèle, et un circuit dédié pour bloquer des états interdits.  ABSTRACT: The general objective of this research project is the design, implementation and validation of an implantable wireless intracortical interface in advanced CMOS technology to aid the visually impaired people. The major challenges in this research are to meet the required highvoltage compliance across electrode-tissue interface (ETI), increase lexibility in multichannel microstimulation and monitoring, minimize power budget for an implantable biomedical device, reduce the implant size, and enhance the data rate in wireless transmission. Therefore, we present in this thesis a multi-chip intracortical microstimulation system based on a novel architecture for wireless data and power transmission comprising inductive and capacitive couplings. The first chip is an energy-efficient stimuli generator (SG) and the second one is a highimpedance microelectrode array driver output-stage. The 4-channel stimuli-generator produces rectangular, half-sine (HS), plateau-sine (PS), and other types of energy-efficient current pulse. The SG is featured with low-power controller, current mode source- and sinkdigital- to-analog converters (DACs), multi-waveform generators, and 1.2V/3.3V interface current mirrors. The stimulation current per channel of the SG ranges from 2.32 to 220μA per channel. The second chip (microelectrode driver (MED)), an interface between the SG and the microelectrode array (MEA), supplies four different current levels with the maximum value of 400μA per input and 100μA per output channel. These currents can be delivered simultaneously to 8 to 16 stimulation sites through microelectrodes, connected either in bipolar or monopolar configuration. This output stage is highly-configurable and able to deliver higher compliance voltage across ETI impedance compared to previously reported designs. The nominal values of largest supply voltages are ±10V. The measured output compliance voltage is 10V/phase (anodic or cathodic) for the specified supply voltages. Increment of supply voltages to ±13V allows 220μA stimulation current per output channel enhancing the output compliance voltage up to 20V per phase. This output-stage is featured with a high-voltage switch-matrix, 3.3V/20V current mirrors, an on-chip 32-bit serial-in parallel-out shift register, and the forbidden state logic building blocks. The SG and MED chips have been designed and fabricated in IBM 0.13μm CMOS and Teledyne DALSA 0.8μm 5V/20V CMOS/DMOS technologies with silicon areas occupied by them 1.75 x 1.75mm2 and 4 x 4mm2 respectively. The measured DC power budgets consumed by low-and mid-voltage microchips are 2.56 and 2.1mW consecutively.


identifier: Turmo, A. (2016). Planification expérimentale dans la modélisation métabolique des cellules CHO  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Bien que les cellules CHO soient principalement utilisées par l'industrie pharmaceutique actuellement pour produire la majeure partie des protéines recombinantes, ces bioprocédés présentent toujours des coûts de production élevés. Aussi, plusieurs approches sont étudiées en recherche pour améliorer les procédés de culture et de production. Mais que cela soit par l'amélioration des milieux de culture, de la génétique de la cellule ou encore des appareillages utilisés, il semble essentiel de comprendre le comportement des cellules dans leur environnement de culture et de production. De multiples études abordent déjà cette problématique, par analyse de flux métabolique et/ou par la modélisation du comportement cellulaire en lien avec leur environnement. Dans ce contexte, un modèle dynamique peut prétendre à mieux décrire le comportement du métabolisme cellulaire au cours du temps, permettant une identification des étapes de croissance, de production, de mort cellulaire etc. Ainsi, notre groupe a préalablement développé un tel modèle du métabolisme primaire des cellules CHO. Se concentrant sur le métabolisme central du carbone, ce modèle inclut les cinétiques de réaction et de régulation des multiples flux métaboliques considérés. Le modèle comportant un très grand nombre d'inconnues par rapport à ses variables, il est très sous-déterminé et ainsi est très dépendant des mesures intra et extracellulaires obtenues pour le calibrer. Cependant les expérimentations sur les cellules CHO sont coûteuses et prennent du temps, il convient donc de s'assurer que des mesures supplémentaires améliorent en effet notre modèle. Dans ce contexte, la planification expérimentale est très efficace, car elle fournit une méthode qui a pour but de déterminer précisément une ou plusieurs expériences avec des paramètres d'entrée (composition du milieu, température etc.) identifiés et contrôlés, et dont les mesures expérimentales permettent de réduire l'erreur de détermination sur les paramètres calculés du modèle. Ce mémoire présente ainsi le travail de planification expérimentale effectuée sur une lignée de cellules CHO haute productrice. À partir du modèle déjà développé, une analyse de sensibilité a été faite sur l'ensemble des paramètres du modèle dans le but d'identifier ceux qui influencent le plus la qualité du modèle dans sa globalité. Ces paramètres sont ensuite re-identifiés à partir des données déjà produites, pour s'assurer que le modèle simule correctement. Par la suite une première étude a révélé que l'oxygène est un facteur de contrôle très intéressant pour une planification expérimentale, mais il convient de confirmer la bonne modélisation du comportement cellulaire vis-à-vis de celui-ci. Ainsi des expériences de respiration cellulaire ont permis de déterminer l'affinité des cellules CHO à l'oxygène et leur résistance à un milieu hypoxique. Les cellules présentent ainsi une haute affinité à l'oxygène et peuvent rester longtemps en hypoxie sans mourir. La grande affinité des cellules à l'oxygène nous indique alors qu'une coupure d'oxygène pendant la croissance d'une culture de cellules est un bon moyen de créer une perturbation suffisante pour générer de nouvelles données intéressantes. En effet l'idée de la planification expérimentale est de trouver comment générer des données autres que celles déjà utilisées précédemment, permettant ainsi de modéliser correctement le maximum de cas possibles. Ainsi la planification expérimentation finale a été effectuée sur une simulation de coupure d'oxygène avec la durée et le temps de début de cette coupure comme paramètres d'entrées. Il a été révélé que le temps de la coupure devra être autour de quatre heures, et que la coupure est plus efficace pendant la phase exponentielle.  ABSTRACT: Despite the fact that CHO cells are the main platform currently used by pharmaceutical industry to produce most of the recombinant proteins, the bioprocesses used are still costly. Also, many approaches have been studied in order to improve the culture and production processes. But by either the improvement of culture medium, cell genetic modifications or machinery used, it seems essential to understand the cells behavior in their culture and production environment. Multiple studies have already taken on this subject through the metabolic flux analysis and their modeling in relationship with their environment. In this context, a dynamical model could better describe the cellular metabolism through time, allowing an identification of different phases such as growth, production, apoptosis. Therefore our group previously developed such a model, describing the central carbon metabolism of CHO cells. This model includes the reactions kinetics and regulations of the multiple metabolic fluxes it simulates. The model possesses a large number of unknown parameters compared to its variables, it is largely underdetermined and therefore very dependent on collected data. But experiments on CHO cells are costly and time-consuming, it is then important to make sure that supplementary measures will be beneficial for the model. In this context experimental planning is very efficient, because it describes a way to precisely determine one or more experiments which input parameters (medium composition, temperature, etc.) are identified and controlled, and from which we can extract experimental measures allowing to reduce the fitting error on calculated model parameters. This dissertation presents the work done on the experimental planning applied to a high producing CHO cell line. From the already developed model, a sensitivity analysis has been done on the whole set of parameters in order to identify the ones that have the most influence on the global quality of the model. These parameters are then identified again from available data, to make sure that the model correctly fits the data. Next a first study revealed that oxygen is an interesting control factor for an experimental planning, but it is important to make sure the good modeling of the cell behavior towards oxygen. Therefore respiratory experiments were conducted and allowed to determine cells oxygen affinity and their resistance to an hypoxic environment. The cells have a high affinity to oxygen and can last long without it and not die. The cells high oxygen affinity reveals that an oxygen deprivation during cell growth is a good way to entail a sufficient perturbation that will generate new interesting data. Indeed the idea behind experimental planning is to generate new data that differ from those previously used, and therefore allowing to correctly model different culture conditions. With this in mind, the final experimental planning has been implemented with the time and duration of an oxygen deprivation as input parameters. It has been found that a four-hours-long cut during the exponential phase is the most efficient way to improve the model.


identifier: Gagnon, M. (2016). Algorithme de jumelage multimodal pour le covoiturage  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le covoiturage multimodal urbain est une solution économique pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les villes. Le but du projet présenté dans ce mémoire est de modéliser et d'implémenter un algorithme de jumelage multimodal permettant de mettre en relation conducteurs et passagers pour effectuer des trajets quotidiens en zone urbaine. Cet algorithme a pour vocation d'être rapide et d'offrir des jumelages de qualité, en termes de détour acceptable et de respect des horaires. Il a également pour ambition de coupler le covoiturage avec les transports en commun. Ce projet est en partenariat avec Netlift, startup Montréalaise, ainsi qu'avec un autre étudiant en maîtrise recherche au département de Génie Civil de l'École Polytechnique de Montréal, qui travaille principalement sur les données utilisées. Les objectifs de ce mémoire sont multiples. Le premier consiste à construire une structure de données permettant de modéliser la ville de Montréal et de calculer des temps de parcours. Ceci permettrait de comparer les différents trajets des utilisateurs. Aussi, cette structure de données doit permettre le calcul d'itinéraires multimodaux, auto et transports en commun combinés. Le second objectif est de modéliser et d'implémenter en JAVA un algorithme de jumelage passagers/conducteurs pour le covoiturage dit « classique » (auto uniquement) et pour le covoiturage multimodal. Une revue de littérature a permis de diriger les travaux à mener. Ce travail est présenté dans le premier chapitre. Après une brève synthèse des concepts relatifs au covoiturage, une classification des systèmes et algorithmes existants permet d'amener différentes conclusions quant à la structure de données à implémenter, sur laquelle s'appuie l'algorithme envisagé. Elle doit permettre d'accéder rapidement aux données nécessaires à l'obtention de jumelages pour un passager donné. La structure du reste du mémoire est influencée par la chronologie du projet : la définition du besoin et les objectifs à atteindre ont été définis au fur et à mesure avec Netlift et les différents collaborateurs. Le second chapitre du corps du mémoire concerne les premières avancées menées en parallèle de la définition du besoin, tandis que le troisième chapitre décrit l'algorithme et la structure de données retenus pour satisfaire les objectifs fixés. Le quatrième et dernier chapitre présente les conclusions et les perspectives de recherche. Dans le second chapitre, on essaye d'établir des indicateurs de potentiel de covoiturage au moyen d'un score et de différentes régressions linéaires. Ce sont ces recherches préalables qui ont conduit à l'élaboration d'une structure de données plus complexe, présenté dans le troisième chapitre, qui fait appel aux concepts de la théorie des graphes. L'algorithme développé dans cette partie fait notamment appel à des calculs de plus courts chemins. Il permet de trier une liste de conducteurs pour un passager donné en fonction de leur potentiel de covoiturage – notion qui sera expliquée en détail. Son évaluation est réalisée à l'aide de différentes métriques relatives aux données fournies par Netlift (jumelages trouvés par leur algorithme) et aux données de l'enquête Origine-Destination de Montréal pour l'année 2008. Les résultats sont satisfaisants pour le covoiturage classique (sans transports en commun) puisque l'algorithme implémenté réussit à fournir rapidement des covoitureurs de bonne qualité pour une grande partie des utilisateurs. Parmi les passagers des données de l'enquête Origine-Destination, plus d'un passager sur deux possède un conducteur qui peut covoiturer avec lui pour des détours de 10min maximum. Le potentiel du covoiturage multimodal pour la période de pointe du matin est évalué grâce à une étude des trajets de l'enquête OD de 2008. Les jumelages obtenus sont moins bons que pour le covoiturage classique, mais la méthode employée présente une marge d'amélioration et une perspective de recherche future. Ce projet permet à Netlift de gagner en pertinence et en rapidité par rapport aux jumelages proposés dans leur application actuelle.  ABSTRACT: Urban multimodal ridesharing is an economical way to reduce greenhouse gases emissions in cities. The goal of the project presented in this thesis is to modelise and implement a multimodal matching algorithm able to match drivers and passengers for everyday short ridesharing. This algorithm aims to be fast and to offer precise matches regarding acceptable detour and schedule respect. It also tries to mix ridesharing with public transportation. This project is led in partnership with Netlift, a Montreal startup, an another master's student linked to the Civil Engineering department of Polytechnique Montreal, working especially on data. Multiple objectives are targeted in this thesis. The first one consists of making a data structure representing Montreal and enabling travelling time calculation. This could lead to compare user's paths. Multimodal paths need also to be calculated thanks to this data structure. The second objective is to modelise and implement in JAVA a matching algorithm between riders and drivers for « classic » ridesharing (only car) and multimodal ridesharing (car and public transportation). In the first part of this thesis, a litterature review has been conducted in order to guide the goals to achieve. After a short synthesis of ridesharing concepts, a classification of existing articles about ridesharing leads to conclusions related to the data structure to implement. A need of speed is necessary to propose matched drivers to a given passenger. The structure of this thesis is affected by the chronology of the project : the requirements definition and goals to achieve have been precised all along with Netlift and the other partners. The second chapter of the thesis deals with the initial steps conducted at the same time than the requirements definition. The third chapter describes then the data structure and algorithm selected to achieve goals. In the second chapter, ridesharing potential is represented by two differents indicators : a score and different linear regressions. These preliminary searches led to the development of a data structure more complex, presented in the third chapter. Graph theory is central in this chapter. The final algorithm particularly uses shortest path calculation. It sorts a list of drivers for a given rider according to their ridesharing potential. A dedicated section of the thesis details this notion. The algorithm is evaluated thanks to different metrics related to Netlift data (found matches by Netlift algorithm) and the Origin-Destination Survey of Montreal conducted in 2008. The results are satisfying for classic ridesharing (without public transportation) since the implemented algorithm succeeds to give good drivers for a big amount of passengers fastly. More than one out of two among riders from the OD Survey has a driver to share the ride with for detours less than 10 minuts. The multimodal ridesharing potential for the morning peak period is evaluated by a study of rides from the Montreal 2008 OD Survey. Obtained matches lack of quality compared to classic ridesharing, but the used method deserves improvements and a perspective of future research. This project enables Netlift to gain in relevance and computation speed against the matches proposed by the current algorithm.


identifier: Caron, M. (2016). Stabilité environnementale des couches minces hybrides organiques/inorganiques sur substrats de plastique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire porte sur l'étude de la stabilité environnementale des revêtements optiques sur des substrats de plastiques, plus particulièrement pour des filtres antireflets dans le contexte d'application ophtalmiques. Ces résultats pourraient également servir pour toute autre application sur plastiques demandant des diélectriques à bas (n � 1.5) et à hauts indices (n � 2). Puisque les matériaux diélectriques classiques, tels que le SiO2 ou le ZrO2 sont fragiles, le but ici est de les rendre plus élastiques et résilients aux déformations mécaniques en insérant des liaisons organiques. Les matériaux hybrides organiques/inorganiques à base de silice et de zircone ont été synthétisés par la méthode du dépôt chimique en phase vapeur assisté par faisceau d'ions d'oxygène et d'un précurseur organosilicié. Ces matériaux ont été déposés sous forme de couche simple afin de bien caractériser leurs propriétés individuellement. Dans un second temps, des empilements antireflets ont été conçus à partir de diverses combinaisons de ces matériaux. Les couches simples ainsi que les empilements ont tous été sujets à des tests de stabilité environnementale, soient à une échelle de température afin de déterminer le seuil de fissuration ; à un environnement chaud et saturé en humidité ; à une exposition prolongée à des radiations ultraviolettes représentatives de celles reçues du soleil ; et finalement à l'immersion dans une solution chaude et saline. Lors de ces tests, les couches hybrides ont démontré une durabilité supérieure lorsque comparées aux couches inorganiques, ayant des températures de fissuration en milieux sec supérieures à la température de transition vitreuse du substrat de CR-39 (120 �C), et supérieures à 80�C en milieux humide. De plus, leur propriété optiques sont demeurées stables suite à 200 heures d'irradiations ultraviolettes montrant que la stabilité des liaisons organiques. Les désavantages de la méthode hybride résident dans l'uniformité du procédé, laquelle demanderait un meilleur contrôle de la distribution du précurseur dans l'enceinte ainsi que du bombardement ionique.  ABSTRACT: This Master's thesis concerns the environmental stability of dielectric coatings for plastic optics. Since classic high-index (n � 2) and low-index (n � 1.5) inorganic dielectrics are brittle, the goal here was to obtain more resilient and durable materials. In our case, this was done by obtaining hybrid organic/inorganic coatings which, in some way, exhibit mechanical properties which are more similar to those of plastic substrates. These hybrid materials were deposited using ion beam assisted chemical vapour deposition using oxygen ions with an organosilicon precursor. The deposited materials are based on SiO2 and ZrO2 for the low and high indices, respectively. The deposited layers were then subject to thorough optical and mechanical characterization before enduring environmental tests. Antireflective stacks made from a combination of those materials were also conceived and tested. The environmental tests consisted of temperature variation up to the cracking point in dry and humid environments; prolonged exposure to UV radiation; and immersion in warm saline solution. During those tests, the hybrid materials exhibited superior durability when compared to their inorganic counterparts. Namely, their cracking temperature was increased to values greater than the glass transition temperature of the CR-39 substrate (of 120�C) and their damp heat cracking temperature was superior to 80�C, meanwhile the inorganic samples failed at lower temperatures. The hybrids have also shown no sign of significant variations after 200 hours of UV irradiation, demonstrating the stability of their organic bonds. The weak point of the hybrid approach resides in the uniformity of the deposition process, which will require better control on the precursor and the ion current density distribution in the chamber.


identifier: Samadi, B. (2016). Three-Dimensional Decomposition of Ground-Reaction Forces Under Both Feet During Gait Using Parametric Curve Modeling  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Introduction: La mesure tridimensionnelle des forces de réaction au sol (FRS-3D) est un élément important de l'analyse de la démarche. En effet, lors de l'évaluation fonctionnelle des patients en réadaptation, cette mesure permet de calculer les centres de pression, les paramètres spatio-temporels ainsi que les couples articulaires. Pour obtenir les FRS-3D sur plusieurs cycles de marche, l'utilisation de longues plateformes est nécessaire. Cependant, les systèmes de mesure de ce type posent un problème puisqu'ils fournissent uniquement une résultante des FRS-3D pour les deux pieds combinés. En plus, aucune méthode n'a précédemment été validée sur un nombre raisonnablement élevé de participants. Objectif: Cette étude vise à développer une méthode automatisée en utilisant des courbes paramétriques en forme de « S » pour augmenter la précision de la décomposition des FRS-3D pendant les phases de double-appui, aux profils gauche et droit et ceci, le long des axes tridimensionnels X, Y et Z. Méthodes: Trente adultes en bonne santé, âgés en moyenne de 24.8 ans (écart-type (ÉT) : 3.1 ans), dont 17 hommes, et ayant en moyenne un poids de 70.6 kg (ÉT : 11.4), ont marché naturellement, à pieds-nus, sur un plancher équipé de plateformes de force séparées. La méthode de modélisation de la décomposition de forces a été appliquée aux FRS-3D en considérant différentes fonctions paramétriques telles qu'une fonction polynomiale du 3ième ordre, une sinusoïde et des sinusoïdes sigmoïdes. Pour valider cette méthode, les valeurs de FRS-3D décomposées ont été comparées à celles des FRS-3D enregistrées par plateformes de forces indépendantes et ceci pour chacun des sujets de l'étude. Une erreur globale est calculée en comparant la norme des valeurs de FRS-3D décomposées à celle de FRS-3D enregistrées par les  ABSTRACT: Introduction: Three-dimensional ground reaction forces (3D-GRF) measurement is an important aspect of gait analysis to compute centers of pressure, spatial-temporal parameters and joint torques for functional evaluation in rehabilitation. To obtain these 3D-GRF on several gait cycles, a long measurement platform is required. However, the difficulty of such measurement systems arise from the fact that the unique force platform provides the resultant of GRF for the two feet combined. Therefore, one needs to decompose the 3D-GRF into components under each foot. Indeed, both feet are placed on the same force platform, which solely provides the global resultant of left and right foot together. Furthermore, no method has been previously validated on reasonable number of participants. Objective: This study aims to develop an automatic method using s-type parametric curve modeling to increase the accuracy of decomposition of 3D-GRF during double stance into left and right profiles and along X, Y and Z axes. Methods: Thirty healthy adults (age: 24.8 (Standard Deviation (SD): 3.1) years, 17 males, weight: 70.6 (SD: 11.4) kg) walked naturally barefoot on a floor equipped with separate force platforms. The decomposition modeling method was applied to global 3D-GRF using different parametric curve functions as in 3rd order polynomial, sine and sine-sigmoid functions. To validate this method, the decomposed 3D-GRF was compared to the 3D-GRF independently recorded for each subject. A global error is calculated based on global GRF, which is the comparison between the decomposed global 3D-GRF and recorded global 3D-GRF. The global 3D-GRF is obtained by computing the square root of the sum of the second exponential of GRF along each axis.


identifier: Tammam, A. I. (2016). Lissage optimal de la charge électrique en présence de sources d'énergies renouvelables via le pilotage de la consommation des chauffe-eau  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La lutte contre le réchauffement climatique arrive en tête des préoccupations actuelles de la communauté internationale. De nombreux mouvements politiques poussent les gouverne-ments des pays industrialisés à mettre en place des législations favorisant l'adoption d'énergies renouvelables et diminuant leur dépendance à des sources d'énergie issues des combustibles fos-siles. Cette transition énergétique comporte des enjeux, entre autres, sur le plan de la gestion du réseau électrique en raison de l'intermittence des sources d'énergie renouvelables. Le déve-loppement des programmes de gestion de la charge dans les smart grid permet aux opérateurs des réseaux électriques de contrôler des charges résidentielles dispersées sur l'ensemble du ré-seau de façon à atténuer l'intermittence de la production des sources d'énergie renouvelables. Le projet smartDESC répond à ce besoin en proposant une méthodologie innovatrice de gestion de la capacité de stockage d'énergie thermique des chauffe-eau résidentiels. Cette méthodologie est hiérarchique dans le sens où le contrôle de la charge des chauffe-eau se fait en deux phases. La première phase, dans laquelle s'inscrit cette thèse, consiste en une méthodologie de contrôle central d'un modèle agrégé d'une population de chauffe-eau de grande taille, tandis que la deuxième phase consiste en un ensemble de contrôleurs locaux qui contrôlent individuellement la consommation électrique des chauffe-eau. Ces contrôleurs locaux sont guidés par la politique optimale dictée par l'unité de calcul centrale. Le contrôle central se fait au moyen d'un modèle d'optimisation qui calcule le profil de consom¬mation électrique optimal des chauffe-eau à court terme, et ce, en tenant compte de l'incerti¬tude de prévision de la production éolienne, qui est la source d'énergie renouvelable que nous traitons tout au long de cet ouvrage. Dans la première partie de la thèse, nous proposons une méthode de prévision de la production éolienne issue des prévisions d'ensemble que fournit Environnement Canada. Cette méthode consiste à projeter les prévisions d'ensemble calculées à très faible hauteur au-dessus du niveau du sol à la hauteur du moyeu des éoliennes au moyen d'un modèle de régression. Ce dernier a été entraîné sur des données fournies par notre partenaire industriel WPred. Cette méthode est efficace pour la représentation de l'erreur de prévision, rendant la prise de décision robuste face à l'incertitude de la production éolienne. Cette étape ouvre la voie à la deuxième partie, où nous présentons un modèle d'optimisation stochastique multi-étapes qui calcule le profil de consommation optimal d'un modèle agrégé de chauffe-eau à la lumière de ces prévisions de la production éolienne. Ce modèle est résolu sur un horizon de 24 heures par horizon glissant. Les résultats issus d'une simulation avec des données de prévisions sur 30 jours montrent que l'approche proposée permet de réaliser en moyenne une réduction quotidienne de la fluctuation de la demande nette et de la pointe   de charge dépassant 60% et 9% respectivement. Étant donné que le modèle d'optimisation traite un modèle agrégé de chauffe-eau, la solution obtenue est parfois exigeante par rapport à la capacité réelle de stockage des chauffe-eau. La dernière partie de la thèse consiste donc à présenter la preuve de convergence d'un algorithme itératif qui corrige la solution issue de l'unité de calcul centrale selon la capacité de stockage que les contrôleurs locaux peuvent exploiter.  ABSTRACT: The impacts of global warming on the environment has led to constant efforts to reduce green-house gas emissions, mainly caused by burning fossil fuels for electricity generation. Thus, the emergence of renewable energy resources including wind power is strongly encouraged. This transition policy in energy generation comes at a price, as the intermittent nature of wind power raises new challenges for maintaining the balance between supply and demand. Demand side management programs are promising techniques to overcome those challenges. For example, those programs can be applied to compensate for wind power fluctuations by controlling the power consumption of thermostatically controlled loads such as electric water heaters, air conditioners, refrigerators, etc. In order to mitigate the wind power variability and reduce the peak load, the project, smart Distributed Energy Storage Controller (smartDESC) proposes a hierarchical control ar¬chitecture able to exploit the distributed thermal storage capacity of electric water heaters (EWHs) in households. The proposed control architecture is twofold. First, it involves a central unit that schedules the optimal power consumption for a large population of EWHs based on their aggregate dynamics. It computes a temporal power consumption profile that covers a short-range planning horizon and is robust against wind power uncertainty. The second phase consists of local control units guided by the optimal schedule. The local units control every EWH individually. This technique reduces the computational burden on the central unit since enforcement of security and comfort constraints becomes local. The main focus in this dissertation is the first phase, mentioned above, which is to develop the central unit schedule. In this phase, the decision making process has to take into account the wind power prediction error, so as to produce power consumption profiles robust against wind power uncertainty. In the first part of the thesis, we propose a new methodology for generating ensemble wind power scenarios from numerical weather predictions (NWPs) provided by Environment Canada. Such NWPs are available at a lower height than the turbines hub height. Thus, we project the NWPs to the turbines hub height by training a linear regression model using deterministic weather forecasts provided by our industrial partner WPred. The resulting weather predictions are used afterwards to generate wind power production scenarios for wind farm in Quebec. The results show that the proposed method produces scenarios that represent well the forecast error for the short term. These results pave the way to model the power scheduling problem in a form of a multistage stochastic program as shown in the second part of the thesis. This   model is responsible for computing the optimal power consumption profile for an aggregate model of EWHs over a planning horizon of 24 hours. Simulation results conducted within smartDESC platform with data over one month show the capability of the proposed model to achieve up to 9% of mean daily peak load shaving and 60% of mean fluctuation reduction of the net demand. The storage capacity of individual EWHs could be overestimates by the central unit sched-ule. This is because the optimization model considers the aggregate behavior of the EWH population. Thus, a sub-unit identifies the time slots where the target profile is unreachable by the local controllers, and computes bounds over the power that can be injected into the system. The optimization model computes a new temporal optimal consumption profile while considering the new bounds. This mechanism continues until it converges towards a feasible profile to the local controllers. The last part of the thesis presents the proof of convergence of this iterative algorithm.


identifier: Jiang, Y. (2016). Mining Software Repositories for Release Engineers - Empirical Studies on Integration and Infrastructures-as-Code  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Release engineering (Releng) est le processus de la mise en production logicielle des contributions des développeurs en un produit intégré livré aux utilisateurs. Ce processus consiste des phases d'intégration, de construction et des tests, de déploiement et de livraison, pour finalement entrer au marché. Alors que, traditionnellement, la mise en production prend plusieurs mois pour livrer un produit logiciel complet aux clients, la mise en production moderne vise à apporter de la valeur au client plus rapidement, dans l'ordre des jours ou des semaines, pour recevoir de rétroaction utile plus rapidement et pour minimiser le temps perdu sur des fonctionnalités échouées.  De nos jours, une panoplie d'outils et de techniques a émergé pour soutenir la mise en production. Ils visent essentiellement à automatiser les phases dans le pipeline de la mise en production, ce qui réduit le travail manuel et rend le processus reproductible et rapide. Par exemple, Puppet est l'un des outils les plus populaires pour Infrastructure-as-Code (IaC), ce qui automatise le processus de mettre en place une nouvelle infrastructure (par exemple, une machine virtuelle ou un conteneur dans lequel une application peut être compilée, testée et déployée) selon des spécifications textuelles. IaC a évolué rapidement en raison de la croissance de l'infonuagique.  Cependant, de nombreux problèmes existent encore pour la mise en production. Par exemple, alors que de nombreux outils de la mise en production gagnent en popularité, le choix de la technique la plus appropriée exige des praticiens d'évaluer empiriquement la performance des techniques dans un contexte réaliste, avec des données représentatives. Pire encore, à un niveau plus haut, les ingénieurs de la mise en production doivent analyser le progrès de l'organisation dans chaque phase de la mise en production, afin de savoir si la prochaine date de sortie peut être respectée ou si des obstacles se produisent. De nouveau, il n'y a pas de méthode cohérente et établie pour ce faire.  Pour aider les praticiens à mieux analyser leur processus de la mise en production, nous explorons la façon selon laquelle la fouille de référentiels logiciels (Mining Software Repositories; MSR) est capable d'analyser le progrès d'une phase de la mise en production ou d'évaluer la performance d'un outil de mise en production. MSR agit sur les données stockées dans des référentiels de logiciels tels que les systèmes de gestion de versions, les référentiels de bogues ou des environnements de révision technique. Au lieu que les développeurs, les testeurs et les examinateurs utilisent ces référentiels juste pour enregistrer des données de développement (telles que les changements de code, rapports de bogues ou des révisions techniques), MSR rend ces données actionnables en les analysant. Par exemple, en faisant l'extraction de l'information des changements de code source et de rapports de bogues, on peut recréer l'ensemble du processus de développement d'un projet ou de la mise en production. De nos jours, de nombreux référentiels logiciels à source libre sont disponibles au public, offrant des possibilités pour l'analyse empirique de la mise en production en utilisant des technologies MSR.  Dans cette thèse, on a fait des analyses MSR pour deux phases critiques de la mise en production, c.-à-d. l'intégration et le provisionnement de l'environnement d'un logiciel (avec IaC), sur plusieurs projets larges à source libre. Cette série d'études empiriques ciblait de comprendre le progrès du processus de la mise en production et d'évaluer la performance des outils de point. Nous nous sommes concentrés principalement sur ces deux phases parce qu'elles sont essentielles dans la mise en production, et un grand nombre de données est disponible pour elles.  D'abord, nous avons constaté que la révision technique et l'intégration de changements de code sont impactées par de différents facteurs. Nos résultats suggèrent que les développeurs réussissent à faire passer leurs contributions à travers la révision technique plus rapidement en changeant moins de sous-systèmes à la fois et de diviser une grande contribution en plusieurs contributions plus petites. En outre, les développeurs peuvent faire accepter leurs contributions plus facilement et plus rapidement en participant davantage dans la communauté de développeurs à source libre et d'acquérir plus d'expérience dans des sous-systèmes similaires.  Dans cette étude sur le noyau Linux, nous avons trouvé que l'un des défis majeurs de MSR dans le contexte de la mise en production logicielle est de relier les différents référentiels nécessaires. Par exemple, le noyau Linux ou le projet Apache HTTPD utilisent tous les deux des listes de diffusion pour effectuer le processus de révision technique. Les experts examinent des contributions par courriel, et un fil de courriels est utilisé pour ramasser toutes les différentes versions d'une contribution. Cependant, souvent un nouveau fil de discussion, avec sujet différent, est utilisé pour soumettre une nouvelle révision, ce qui signifie qu'aucun lien physique étroit n'existe entre toutes les révisions d'une contribution. En plus, les versions révisées d'une contribution non plus n'ont de lien physique avec la version acceptée dans le référentiel de gestion de versions, à moins qu'un identifiant de validation soit affiché dans un courriel. Surtout quand une contribution a été révisée plusieurs fois et a beaucoup évolué en comparaison avec la version initiale, le suivi à partir de sa toute première version est difficile à faire.  Nous avons proposé trois approches de différente granularité et de rigueur différente, dans le but de récupérer les liens physiques entre les révisions de contributions dans le même fil de courriels. Dans notre étude, nous avons constaté que la technique au niveau des lignes individuelles fonctionne le mieux pour lier des contributions entre différents fils de courriels, tandis qu'une combinaison de cette approche avec celle à base de sommes de contrôle réalise la meilleure performance pour relier les contributions dans un fil de courriels avec la version finale dans le référentiel de gestion de versions. Être capable de reconstituer l'historique complet de contributions nous a permis d'analyser le progrès de la phase de révision du noyau Linux. Nous avons constaté que 25% des contributions acceptées prennent plus de quatre semaines pour leur révision technique.  Deuxièmement, pour évaluer la capacité de MSR pour analyser la performance des outils de mise en production, nous avons évalué dans un projet commercial une approche d'intégration hybride qui combine les techniques de branchement et de “feature toggles”. Des branches permettent aux développeurs de travailler sur différentes fonctionnalités d'un système en parallèle, en isolation (sans impacter d'autres équipes), tandis qu'un feature toggle permet aux développeurs de travailler dans une branche sur différentes tâches en cachant des fonctionnalités sous développement avec des conditions “if” dans le code source. Au lieu de réviser leur processus d'intégration entièrement pour abandonner les branches et de passer aux feature toggles, l'approche hybride est un compromis qui tente de minimiser les risques des branches tout en profitant des avantages des feature toggles. Nous avons comparé la performance avant et après l'adoption de l'approche hybride, et avons constaté que cette structure hybride peut réduire l'effort d'intégration et améliorer la productivité. Par conséquent, l'approche hybride semble une pratique valable.  Dans la phase de provisionnement, nous nous sommes concentrés sur l'évaluation de l'utilisation et de l'effort requis pour des outils populaires de “Infrastructure-as-Code” (IaC), qui permettent de spécifier les requis d'environnement dans un format textuel. Nous avons étudié empiriquement les outils IaC dans OpenStack et MediaWiki, deux projets énormément larges qui ont adopté deux des langues IaC actuellement les plus populaires: Puppet et Chef. Tout d'abord, nous avons comparé l'effort de maintenance lié à IaC avec celui du codage et des tests. Nous avons constaté que le code IaC prend une partie importante du système dans les deux projets et change fréquemment, avec de grands changements de code. Les changements de code IaC sont étroitement couplés avec les changements de code source, ce qui implique que les changements de code source ou des tests nécessitent des changements complémentaires au code source IaC, et pourrait causer un effort plus large de maintenance et de gestion de complexité. Cependant, nous avons également observé un couplage léger avec des cas de test IaC et les données de provisionnement, qui sont de nouveaux types d'artéfacts dans le domaine de IaC. Par conséquent, IaC peut nécessiter plus d'effort que les ingénieurs expectent. D'autres études empiriques devraient être envisagées.  L'ingénierie de la mise en production moderne a développé rapidement, tandis que de nombreux nouvelles techniques et outils ont émergé pour le soutenir de différentes perspectives. Cependant, le manque de techniques pour comprendre le progrès des phases de la mise en production ou d'évaluer la performance d'outils de la mise en production rend le travail difficile pour les praticiens qui ont à maintenir la qualité de leur processus de mise en production. Dans cette thèse, nous avons mené une série d'études empiriques en utilisant des techniques de fouille des référentiels logiciels sur des données de larges projets à source libre, qui montrent que, malgré des défis, la technologie MSR peut aider les ingénieurs de la mise en production à mieux comprendre leur progrès et à évaluer le coût des outils et des activités de la mise en production. Nous sommes heureux de voir que notre travail a inspiré d'autres chercheurs pour analyser davantage le processus d'intégration, ainsi que la qualité du code IaC.  ABSTRACT: Release engineering (Releng) is the process of delivering integrated work from developers as a complete product to end users. This process comprises the phases of Integration, Building and Testing, Deployment and Release to finally reach the market. While traditional software engineering takes several months to deliver a complete software product to customers, modern Release engineering aims to bring value to customer more quickly, receive useful feedback faster, and reduce time wasted on unsuccessful features in development process.  A wealth of tools/techniques emerged to support Release engineering. They basically aim to automate phases in the Release engineering pipeline, reducing the manual labor, and making the procedure repeatable and fast. For example, Puppet is one of the most popular Infrastructure-as-Code (IaC) tools, which automates the process of setting up a new infrastructure (e.g., a virtual machine or a container in which an application can be compiled, tested and deployed) according to specifications. Infrastructure-as-Code has evolved rapidly due to the growth of cloud computing.  However, many problems also come along. For example, while many Release engineering tools gain popularity, choosing the most suitable technique requires practitioners to empirically evaluate the performance of the technique in a realistic setting, with data mimicking their own setup. Even worse, at a higher level, release engineers need to understand the progress of each release engineering phase, in order to know whether the next release deadline can be met or where bottlenecks occur. Again, they have no clear methodology to do this.  To help practitioners analyze their Release engineering process better, we explore the way of mining software repositories (MSR) on two critical phases of Releng of large open-source projects. Software repositories like version control systems, bug repositories or code reviewing environments, are used on a daily basis by developers, testers and reviewers to record information about the development process, such as code changes, bug reports or code reviews. By analyzing the data, one can recreate the process of how software is built and analyze how each phase of Releng applies in this project. Many repositories of open-source software projects are available publicly, which offers opportunities for empirical research of Release engineering.  Therefore, we conduct a series of empirical studies of mining software repositories of popular open-source software projects, to understand the progress of Release engineering and evaluate the performance of state-of-the-art tools. We mainly focus on two phases: Integration and Provisioning (Infrastructure-as-Code), because these two phases are most critical in Release engineering and ample quantity data is available.  In our empirical study of the Integration process, we evaluate how well MSR techniques based on version control and review data explain the major factors impacting the probability and time taken for a patch to be successfully integrated into an upcoming release. We selected the Linux kernel, one of the most popular OSS projects having a long history and a strict integration hierarchy, as our case study. We collected data from reviewing and integration tools of the Linux kernel (mailing lists and Git respectively), and extracted characteristics covering six dimensions. Then, we built models with acceptance/time as output and analyzed which characteristics have impact on the reviewing and integration processes.  We found that reviewing and integration are impacted by different factors. Our findings suggest that developers manage to get their patch go through review phase faster by changing less subsystems at a time and splitting a large patch into multiple smaller patches. Also, developers can make patches accepted more easily and sooner by participating more in the community and gaining more experience in similar patches.  In this study on the Linux kernel, we found that one major challenge of MSR is to link different repositories. For example, the Linux kernel and Apache project both use mailing lists to perform the reviewing process. Contributors submit and maintainers review patches all by emails, where usually an email thread is used to collect all different versions of a patch. However, often a new email thread, with different subject, is being used to submit a new patch revision, which means that no strong physical links between all patch revisions exist. On top of that, the accepted patch also does not have a physical link to the resulting commit in the version control system, unless a commit identifier is posted in an email. Especially when a patch has been revised multiple times and evolved a lot from the original version, tracking its very first version is difficult.  We proposed three approaches of different granularity and strictness, aiming to recover the physical links between emails in the same thread. In the study, we found that a line-based technique works best to link emails between threads while the combination of line-based and checksum-based technique achieves the best performance for linking emails in a thread with the final, accepted commit.  Being able to reconstruct the full history of a patch allowed us to analyze the performance of the reviewing phase. We found that 25% of commits have a reviewing history longer than four weeks.  To evaluate the ability of MSR to analyze the performance of Releng tools, we evaluated a hybrid integration approach, which combines branching and toggling techniques together, in a commercial project. Branching allows developers to work on different branches in parallel, while toggling enables developers on the same branch on different tasks. Instead of revising their whole integration process to drop branching and move to toggling, hybrid toggling is a compromise that tries to minimize the risks of branching while enjoy the benefits of toggling. We compared the performance before and after adopting hybrid toggling, and found that this hybrid structure can reduce integration effort and improve productivity. Hence, hybrid toggling seems a worthwhile practice.  In the Provisioning phase, we focus on evaluating the usage and effort of the popular tools used in modern Release engineering: Infrastructure-as-Code (IaC). We empirically studied IaC tools in OpenStack and MediaWiki, which have a huge code base and adopt two currently most popular IaC languages: Puppet and Chef. First, we study maintenance effort related to the regular development and testing process of OpenStack, then compare this to IaC-related effort in both case studies. We found that IaC code takes a large proportion in both projects and it changes frequently, with large churn size. Meanwhile, IaC code changes are tightly coupled with source code changes, which implies that changes to source or test code require accompanying changes to IaC, which might lead to increased complexity and maintenance effort. Furthermore, the most common reason for such coupling is “Integration of new modules or service”. However, we also observed IaC code has light coupling with IaC test cases and test data, which are new kinds of artifacts in IaC domain. Hence, IaC may take more effort than engineers expect and further empirical studies should be considered.  Modern Release engineering has developed rapidly, while many new techniques/tools emerge to support it from different perspectives. However, lack of knowledge of the current Release engineering progress and performance of these techniques makes it difficult for practitioners to sustain high quality Releng approach in practice. In this thesis, we conducted a series of empirical studies of mining software repositories of large open-source projects, that show that, despite some challenges, MSR technology can help release engineers understand better the progress of and evaluate the cost of Release engineering tools and activities. We are glad to see our work has inspired other researchers to further analyze the integration process as well as the quality of IaC code.