identifier: Kajal, M. (2014). Design and Implementation of Novel Nonlinear Processes in Bulk and Waveguide Periodic Structures  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de télécommunication sont confrontés à une demande croissante de mettre en oeuvre une infrastructure de réseaux tout-optique pour permettre le déploiement à grande échelle de nouveaux services à haut débit triple jeu (i.e. IPTV, vidéo sur demande, voix sur IP). L'un des défis avec ces applications de diffusion vidéo, c'est que celle-ci sont beaucoup plus distribuées et de nature multi-points, contrairement aux réseaux traditionnels de communication point à point. Les composants électroniques à haut débit actuellement déployés dans les réseaux optiques sont incapables de gérer la demande sans précédent en bande passante pour la radiodiffusion en temps réel des sources multimédia. La solution réside essentiellement dans l'augmentation de la transparence des réseaux, i.e. en remplaçant l'électronique de traitement du signal à haute vitesse par des processeurs de signaux tout-optiques, capables d'effectuer des opérations telles que la commutation de longueurs d'onde, multiplexage en fréquence et en temps, la compression d'impulsions optiques, et ce, entièrement dans le domaine optique. Cette thèse vise à fournir une solution tout-optique pour la conversion de longueurs d'onde à large bande et la radiodiffusion sélective en longueur d'onde, desoutils essentiels des réseaux de communication optique, basé sur le principe du mélange d'ondes avec quasi-accord de phase dans les matériaux non linéaires. La technique de quasi-accord de phase (QPM) permet d'obtenir un accord de phase dans de longs cristaux en utilisant des structures (réseaux) de domaines inversés périodiquement, ce qui permet de faire varier le signe de la non-linéarité selon le domaine ; principe connu sous le nom de polarisation périodique du cristal. Il en résulte de nouveaux composants de fréquence à haute efficacité de conversion qui ont été mis en oeuvre avec succès pour divers procédés tels que la génération de seconde harmonique (SHG), la génération de somme fréquences (SFG) et la génération de différence de fréquences (DFG). Conventionnellement, les réseaux de communication optique ont une fenêtre de fonctionnement de ~35 nm centrée à 1,55 μm, connue sous le nom de bande C. La conversion de longueurs d'onde d'un signal d'entrée d'un canal dans la bande C à un canal de sortie également dans la bande C, a été démontrée dans des guides d'onde de niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN) par l'intermédiaire d'un procédé de mélange de différence de fréquences en cascade SHG/DFG et en cascade (c-) SFG/DFG. Bien que ces techniques aient été mises en oeuvre pour générer de la conversion de longueurs d'onde dans la bande C à l'aide de PPLN, le but de cette thèse est de surmonter certaines de leurs limites en proposant des améliorations dans la conception des réseaux de PPLN pour la conversion de longueur d'onde accordable et de l'émission flexible en longueur d'onde.  ABSTRACT: The telecommunication networks are facing increasing demand to implement all-optical network infrastructure for enabling the wide deployment of new triple play high-speed services (e.g. IPTV, Video On Demand, Voice over IP). One of the challenges with such video broadcasting applications is that these are much more distributed and multi-point in nature unlike the traditional point-to-point communication networks. Currently deployed high-speed electronic components in the optical networks are incapable of handling the unprecedented bandwidth demand for real-time multimedia based broadcasting. The solution essentially lies in increasing the transparency of networks i.e. by replacing high speed signal processing electronics with alloptical signal processors capable of performing signal manipulations such as wavelength switching, time and wavelength division multiplexing, optical pulse compression etc. all in optical domain. This thesis aims at providing an all-optical solution for broadband wavelength conversion and tunable broadcasting, a crucial optical network component, based on quasi-phasematched wave mixing in nonlinear materials. The quasi phase matching (QPM) technique allows phase matching in long crystal lengths by employing domain-inverted gratings to periodically reverse the sign of nonlinearity, known as periodic poling. This results into new frequency components with high conversion efficiency and has been successfully implemented towards various processes such as second harmonic generation (SHG), sum- and difference- frequency generation (SFG and DFG). Conventionally, the optical networks has an operation window of ~35 nm centered at 1.55 μm, known as C-band. The wavelength conversion of a signal channel in C-band to an output channel also in the C-band has been demonstrated in periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguides via the process of difference frequency mixing, cascaded SHG/DFG and cascaded SFG/DFG. While a DFG process utilized a pump wavelength in 775nm regime, it suffered from low efficiency due to mode mismatch between the pump and the signal wavelengths; whereas the technique based on cSHG/DFG or cSFG/DFG eliminated the mode mismatch problem with pump(s) lying in the 1.55 μm wavelength regime. In this thesis, for the first time a flattened bandwidth of cSFG/DFG have been experimentally realized by slight detuning of the pump wavelengths from their phase matching condition. Moreover, employing two closely spaced pumps in a cSFG/DFG process in a PPLN waveguide, a signal has been broadcast to three idlers in C-band.


identifier: Marty, S. (2014). Production d'oxyde de calcium et de dioxyde de soufre à partir de la décomposition du phosphogypse  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed


identifier: Ameri, M. (2014). Controllable Front-End Circuit for Geiger Mode Avalanche Photodiode  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de recherche principal de ce mémoire est de concevoir et d'implémenter un circuit intégré visant à contrôler une photodiode à avalanche (Avalanche photodiode - APD) fonctionnant dans les deux modes : linéaire et Geiger. L'amélioration des performances liées à l'exécution de cette structure, comprenant la maximisation du taux de comptage des photons, la réduction de la consommation de puissance, ainsi que celle du bruit des circuits impliqués est parmi les principaux objectifs. Également, la surveillance en temps réel des caractéristiques d'une APD, en termes de tension de polarisation, de température, de rapport signal/bruit, de gain et du contrôle des effets thermiques, est considérée.  En raison de l'obtention d'un gain de courant trop faible dans le mode linéaire des APD,  empêchant donc la détection de photons simples, le mode d'opération Geiger des APD a été choisi pour le système de comptage de photons conçu. De plus, puisque l'opération en mode Geiger exige un arrêt externe, le circuit Quench-Reset est utilisé pour détecter l'arrivée de photons, en détectant l'impulsion produite à l'arrivée d'un photon, et en réinitialisant l'APD afin de le préparer pour détecter le prochaine photon.    Un circuit rapide Quench-Reset a été conçu en technologie CMOS  0.18 µm, simulé puis fabriqué par la fonderie TSMC via les services de CMC Microsystems. Un assemblage (wire-bounding) spécial a été réalisé au laboratoire d'assemblage de Polytechnique (LASEM), affilié au laboratoire Polystim. L'interface du contrôle numérique du circuit intégré a été implémentée sur une plateforme FPGA hors puce. Un circuit imprimé (PCB) de test recevant le FPGA a été complété afin de tester et caractériser le circuit intégré fabriqué. Le circuit numérique est responsable du contrôle de l'effet de la température sur l'exécution de circuit APD en surveillant le gain dans les modes de fonctionnement linéaire et Geiger. L'effet thermique est contrôlé en changeant la tension de polarisation de circuit APD. Le code est développé dans Modelsim et mis en application dans un FPGA Igloo de la compagnie Actel. Le moment d'extinction du circuit APD se situe entre 1 et 4 ns, tandis que le temps de réinitialisation est dans la gamme de 1 - 3 ns. La valeur la plus appropriée du temps hold off est unique pour chaque système et dépend de la nature, de la densité et de la durée de vie des maintient de photons associés à chaque APD; ainsi, le système est conçu de sorte à obtenir un temps hold off  contrôlable dans la gamme de 4ns à 2μs. L'interface de contrôle du gain pour rester indépendant des variations de la température est en mesure de faire le travail dans les modes linéaire et Geiger de circuit APD avec une variation de 10%.  ABSTRACT: The research objective of this master's thesis is to design and implement an integrated high-speed photon counting interface to be integrated within an Avalanche Photodiode (APD) operating in both linear and Geiger modes. Improving the main performance metrics of the structure including maximizing photon counting rate, and minimizing both the power consumption and the system noise are among the objectives. Also, real-time monitoring of APD characteristics in terms of bias voltage, temperature, signal-to-noise ratio, gain, and extending control of thermal effects on APD performance are considered. Due to having the too-low achievable current gain in linear mode APD, and therefore not being sensitive enough to detect single photons, Geiger mode APD has been selected for photon counting systems. Furthermore, since Geiger-mode operation requires an external stop, the Quench-Reset circuit is employed to detect photon arrival, count the pulse generated at photon arrival, and reset the APD in order to make it ready for the next photon detection.   A high-speed quench-reset circuit is designed, implemented with 0.18 µm CMOS process, laid out and simulated and then fabricated by TSMC through CMC Microsystems. Special wire bonding was done by LASEM facilities affiliated to Polystim laboratory. The control scheme of the whole system was implemented in an off-chip FPGA platform.  For the sake of test and measurement, a PCB is made and test bench for digital part is implemented in FPGA. The scheme is responsible for controlling the effect of temperature on the APD performance by monitoring the gain in both linear and Geiger modes of operation. The thermal effect is controlled through changing the bias voltage of APD. The code is tested in Modelsim and implemented to Igloo FPGA from Actel company. The chip was then tested using equipment available with Polystim and was characterized in terms of the performance metrics in question. The quench time for the designed circuit is in the range (1 – 4)ns while the reset time is  in the range (1 – 3)ns. The most suitable value for hold-off time is unique for each system and it depends on the nature, density and lifetime of the traps of each specific APD; therefore the system is designed to have the controllable hold-off time in the range of 4ns - 2μs. The temperature-independent gain control system is capable of controlling the gain for both linear-mode and Geiger-mode APD in 10% variation.


identifier: Corbeil-Létourneau, S. (2014). Étude numérique de l'effet de l'élancement et de la garde au sol sur le galop d'un corps rigide cylindrique à section carrée  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un étonnant désaccord oppose des simulations numériques 2D à la réalité expérimentale 3D. À faible ratio de masse (m* < 2), faible nombre de Reynolds (200) et pour une vitesse réduite de 40, des simulations 2D montrent que l'amplitude du galop (vibrations induites par le mouvement d'une structure) d'un corps cylindrique à section carrée tend à décroître brusquement avec la diminution de son ratio de masse ce qui est bien sûr contre-intuitif. Une structure de plus en plus légère en comparaison du fluide environnant devrait être de plus en plus sensible aux effets de l'écoulement qui l'entoure. Des expériences en bassin réalisées sur un corps cylindrique à section carrée et d'élancement fini tendent à confirmer notre intuition, le galop se développe même à faible ratio de masse. Toutefois ces données expérimentales ne sont pas complètement comparables aux données numériques, d'une part parce que l'expérience porte sur un corps d'élancement fini donc tridimensionnel et d'autre part, l'expérience est réalisée à un nombre de Reynolds très élevé, de l'ordre de 105. Alors, d'où vient cette opposition ? On suspecte que les VIV (les vibrations induites par vortex) dues à l'allée de Von Karman dans le sillage du corps rigide sont intimement liées à l'inhibition du galop observée numériquement en 2D. On suspecte aussi que le caractère bidimensionnel des simulations numériques soit en cause dans le désaccord décrit précédemment, un effet du nombre de Reynolds pourrait aussi permettre d'expliquer l'apparente contradiction. Mais étant donné que des simulations à haut Reynolds sont très coûteuses numériquement, seule l'investigation de l'effet 3D est praticable. Dans cette thèse nous décrivons des simulations numériques 3D du galop d'un corps rigide cylindrique de section carrée réalisées avec un code éléments finis. Dans ces simulations, nous explorons l'effet de l'élancement sur l'amplitude du galop. Il faut dire que simuler des interactions fluide-structure en 3D est un défit technique présentant de solides difficultés. Parmi les difficultés à surmonter, il y a l'énorme coût en calculs numériques des simulations 3D. Généralement lorsqu'on simule des interactions fluide-structure, on est face au problème de la gestion des déformations du maillage qui doit évidemment bouger de façon à suivre le mouvement de la structure solide. L'une des méthodes de gestion de ces déformations est celle du pseudo-solide. Toutefois, elle implique de doubler le nombre d'inconnues et son utilisation sur des maillages 3D à grand nombre d'éléments impose des temps de calculs astronomiques. Pour rendre les calculs 3D réalisables, il est important de trouver une alternative, nous avons opté pour une méthode qui consiste à changer de point de vue et à résoudre les équations de Navier-Stokes et celles du corps rigide dans le référentiel non-inertiel du corps en mouvement.  ABSTRACT: It has been observed that for low mass ratio the results of 2D simulations of the transverse galloping are in conflict with those of an experimental campaign. In 2D, the galloping amplitude decrease suddenly at low mass ratio, this phenomenon is not seen in experiments. The main differences between 2D simulations and experiment are the 3D aspect of experimental setup and the Reynolds number. The aspect ratio of the experimental rigid body is finite (about 3 time the length of an edge), also there is a gap between the lower end of the body and the bottom of the pool, finally the Reynolds number is about 3 orders of magnitude higher (105 compared to 200) in the experimental case. Then it is believed that one of those parameters can explain the difference observed between 2D simulations and experiments. Because the high Reynolds number of the experiment is beyond the scope of direct simulations, the effect of the 3D aspects are investigated in simulations. For low values of the mass ratio, it has been shown that VIV have a strong influence on the amplitude of transverse galloping for 2D simulations. The parameters enumerated previously must have an influence on the interaction between VIV and galloping.  In this thesis, the transverse galloping of square cylinders is investigated in 3D by means of a fully coupled fluid-structure interaction numerical model. More precisely, the influence of two parameters: the aspect ratio and the presence of a gap or not are investigated.  Before performing the investigation by means of 3D simulations one of the main issue to overcome is the high cost of 3D direct simulation. An important part of this cost is due to the management of the deformations of the mesh that must follow the moving body. The pseudo-solid method is a strategy to manage the deformations but it involves solving additional equations which double the number of unknowns. The use of this method have been avoided by solving the Navier-Stokes equations and the rigid body equations in the non-inertial frame of the moving body. In this frame the body is fixed, then there is no need to deform the mesh, but this comes with the side effect of an addition of fictitious force that act on the body. Because we need the force calculated in the fixed frame of the laboratory, we need to deduce the real force acting on the body. This is done by removing the fictitious force and by adjusting the mass of the body. In summary, the change of referential allows us to solve the equations at lower cost because there is no need to deform the mesh.


identifier: Weber, S. (2014). Interprétation des essais de pompage dans les aquifères à nappe captive en cas d'interférences  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'influence de l'activité d'un puits situé dans le voisinage du puits testé sur le rabattement enregistré dans un piézomètre est souvent négligée à tort lors de l'interprétation d'un essai de pompage. Ceci peut conduire à des résultats erronés, que ce soit pour les paramètres hydrauliques de l'aquifère ou pour ses dimensions, la présence d'interférences influençant le rabattement de façon similaire à une frontière. Lorsque les interférences dues à un autre puits ne sont pas négligées, l'interprétation se fait dans la majorité des cas à l'aide de modèles numériques. Cette thèse présente des méthodes analytiques permettant de déterminer les caractéristiques hydrauliques d'un aquifère poreux à nappe captive en présence d'interférences dues à un ou plusieurs puits voisins. Ces méthodes sont simples d'utilisation puisqu'elles sont similaires aux méthodes les plus couramment utilisées en l'absence d'interférence. Elles nécessitent de connaître le débit du puits interférent et le temps auquel il est mis en marche. Le niveau de la nappe au repos n'a toutefois pas besoin d'être connu et seul son niveau dans chaque piézomètre au début de l'essai de pompage doit avoir été enregistré. L'étude de l'interprétation des données d'un essai de pompage en cas d'interférence d'un puits voisin a d'abord été faite dans un cas simple de pompage dans un aquifère à nappe captive homogène, isotrope et de dimension infinie. Les méthodes proposées ont par la suite été combinées à des méthodes existantes en l'absence d'interférence afin de prendre en compte d'autres phénomènes tels que la phase de remontée, l'anisotropie, ou la présence de deux zones de paramètres hydrauliques différents mais de diffusivité similaire séparées par une frontière partielle, chacun des puits se trouvant dans l'une des zones.  ABSTRACT: The influence of an active well located in the neighbourhood of the tested well on the drawdown recorded in a monitoring well is often mistakenly neglected when interpreting pumping test data. This can yield erroneous estimates of the aquifer hydraulic parameters or of its dimensions, the interferences having a similar impact on the drawdown data as a boundary. When the interfering well is not neglected, pumping test data are mostly interpreted through numerical models. This thesis presents analytical methods to determine the hydraulic parameters of a porous confined aquifer from data monitored during a pumping test influenced by the interferences of one or several neighbouring wells. These methods are easy to use, since they are similar to the most commonly used methods in absence of interference. They require knowing the pumping rate of the interfering well and the time at which it started pumping. However, the piezometric level before any pumping does not have to be known, the important parameter being the water level in each monitoring well at the beginning of the test. The interpretation of pumping test data in case of interferences from a neighbouring well has first been studied in the simple case of a pumping in a confined, homogeneous and isotropic aquifer of infinite extension, before combining the proposed methods to other existing methods in the absence of interference to take into account other phenomena, such as recovery, anisotropy or a partial boundary dividing two areas of different hydraulic parameters but with a similar diffusivity, each well being located in one of the areas. One of the advantages of these methods is that they can easily be adapted if more than one interfering well has influence on the monitored drawdown. Some solutions have also been given to determine the pumping rate of the interfering well if this parameter is unknown.


identifier: Monette, G. (2014). Effets magnéto-plasmoniques dans les milieux effectifs composés de métaux ferromagnétiques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une phase de précipités ferromagnétiques et métalliques dans une matrice semi-conductrice conservant son caractère épitaxial représente un matériau effectif hors du commun très intéressant au point de vue de la recherche fondamentale et des applications technologiques. Considérés initialement comme des produits malencontreusement formés lors de la croissance des certains semi-conducteurs magnétiques dilués, ces matériaux présentent toutefois des caractéristiques pouvant être mises a profit, comme leur fort couplage optique dû a la phase précipitée. Les systèmes de GaP:MnP étudiés dans le cadre de cette thèse présentent ce genre de matériaux où les précipités (MnP) forment une phase ferromagnétique et métallique, alors que la matrice environnante (GaP) est épitaxiale. Afin de bien comprendre l'impact de la matrice de GaP sur les nanoagrégats de MnP, une couche mince de MnP crue sur verre et une membrane de polystyrène contenant des nanoagrégats de MnP ont également été étudiés. Les mesures optiques et magnéto-optiques ont été réalisées au moyen d'un montage expérimental assemblé au laboratoire. Son design modulaire permet d'alterner entre des mesures en température, en champ magnétique, en polarisation et en longueur d'onde, ou encore de combiner ces aspects au besoin. Les techniques expérimentales employées sont décrites et les incertitudes associées aux mesures sont évaluées. La caractérisation magnéto-optique des matériaux hétérogènes GaP:MnP a permis de mettre en évidence une impressionnante gyrotropie qui s'élève a 6/μm (épaisseur effective de MnP) a 210 K et 410 mT, dans la portion visible du spectre électromagnétique. Cette gyrotropie est plus élevée par volume de MnP que pour une couche mince de MnP (3/μm) aux mêmes conditions de température et de champ magnétique appliqué. L'origine de l'activité optique générée par le champ magnétique appliqué a été identifiée comme étant l'aimantation de la phase de MnP dans le matériau effectif, tout comme dans la couche mince. Une série de mesures d'hystérésis magnétométriques et magnéto-optiques a différentes températures sur ces systèmes à base de MnP a démontré que le champ magnétique appliqué n'est pas une composante importante de la gyrotropie induite, mais seulement la cause de la variation de l'état d'aimantation, qui à son tour domine l'effet magnéto-optique. Les mesures indépendantes de l'aimantation et de la rotation du plan de polarisation de la lumière a une énergie de 1,89 eV (655 nm) ont permis d'extraire le préfacteur à l'aimantation qui donne lieu à la gyrotropie du MnP. Il est évalué comme étant de 15,3/(T · nm) pour les échantillons de type GaP:MnP alors qu'il est de 12,5/(T·nm) pour le MnP en couche mince. Ce préfacteur phénoménologique à l'aimantation est assimilé au couplage spin-orbite donnant lieu a l'activité optique dans le MnP.  ABSTRACT: A precipitated metallic and ferromagnetic phase in an epitaxial semiconductor host matrix is an interesting effective medium for both fundamental research and technological applications. At first seen as an unwanted byproduct resulting from the implantation of magnetic ions in semiconductors for the synthesis of diluted magnetic semiconductors, those precipitated phases can offer much more than was first anticipated. The precipitate phase strongly couples to optical excitations, maintains an high ferromagnetic transition temperature, and the epitaxial semiconductor matrix is easily grown on various substrates. GaP:MnP samples studied in this thesis represent this kind of material where metallic ferromagnetic nanoclusters (MnP) are embedded in an epitaxial semiconductor matrix (GaP). In order to further analyze the effect and the role of the surrounding matrix on the MnP and overall effective properties, an MnP thin film grown on glass and a polystyrene membrane containing MnP nanospheres were also studied. Optical and magneto-optical measurements were made with a homemade experimental apparatus entirely assembled in the laboratory. It's modular design allows to switch between temperature, magnetic field, probe wavelength and polarization measurements, or to combine them as needed. The precision and uncertainties associated with the measures were duly evaluated. The magneto-optical characterization of the heterogeneous GaP:MnP shows an impressive gyrotropy that amounts to 6/μm (per effective thickness of MnP) at 210 K and 410 mT, in the visible part of the electromagnetic spectrum. This gyrotropy is higher than that of a thin film entirely made of MnP (3/μm), for the same temperature and applied magnetic field. The origin of the optical activity generated by the applied magnetic field is identified as being the MnP phase magnetization, for both the heterogeneous epilayers and the thin film. Magnetometric and magneto-optic hysteresis curves measured at various temperatures clearly show that the applied magnetic field is not the important contributor to the overall gyrotropic behaviour, but rather the cause of the magnetization state that, in turn, dominates the magneto-optical effects. A phenomenological magneto-optical coupling parameter that acts as a prefactor to the magnetization to yield the Faraday rotation angle is determined through independent measurements of the magnetization and gyrotropy as a function of the applied field, at the energy of 1,89 eV (655 nm). It is evaluated to be 15,3/(T · nm) for the GaP:MnP samples and 12,5/(T · nm) for the MnP lm.


identifier: Hubert, M. (2014). Critères de conception en service des bétons renforcés de fibres basés sur la perméabilité à l'eau  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un contexte nord-américain où les structures sont exposées à des conditions environnementales très sévères, les cas de détérioration précoce des structures en béton armé se font de plus en plus fréquents. De fait, la durabilité des structures est directement influencée par la fissuration en condition de service. La présence de fissure offre un chemin préférentiel à l'eau et aux agents agressifs dans le béton qui viennent accélérer la dégradation du béton armé. Il va sans dire que ces problèmes de durabilité conduisent à d'importants coûts socio-économiques et impacts environnementaux. L'inclusion de fibres métalliques au béton s'avère une solution à la dégradation précoce des infrastructures. Les fibres amènent un meilleur contrôle de la fissuration en service. En d'autres mots, les fibres pontent les ouvertures de fissures conduisant à un plus grand nombre de fissures d'ouverture plus fines. Ce contrôle accru de la fissuration par les fibres gêne davantage la pénétration d'eau et d'agents agressifs dans le béton en comparaison au béton armé couramment utilisé. Le potentiel de durabilité du béton renforcé de fibres (BRF) a été démontré dans plusieurs études. Cependant, très peu d'entre-elles se sont intéressées à l'identification de critères de conception en service adaptés au BRF. Ce faisant, la pleine exploitation des BRF s'avère limitée et peut constituer un frein à leur utilisation. Ainsi, l'objectif général de ce projet de recherche était de proposer des critères de conception en service offrant une durabilité adéquate pour les bétons fibrés à haute et ultra-haute performance (BFHP et BFUP) de sorte qu'ils puissent prolonger la durée de vie utile des infrastructures.  ABSTRACT: In a North American context where structures are exposed to severe environmental conditions, cases of reinforced concrete structures showing premature deterioration are becoming increasingly frequent. In fact, the durability of structures is directly influenced by cracking in serviceability. Cracks provide a preferential path for water and aggressive agents penetration into the concrete, which accelerates concrete and steel reinforcement degradation. Needless to say, these durability problems lead to significant socio-economic costs and environmental impacts. The inclusion of steel fibers in concrete offers a solution to premature degradation of infrastructures. The addition of fibers improves the crack control of concrete in serviceability. In other words, the crack bridging effect of fibers leads to the creation of a higher number of narrower cracks. This crack control enhancement given by the fibers greatly reduces the penetration of water and aggressive agents into the concrete in comparison with commonly used reinforced concrete. The sustainability potentiel of fiber reinforced concrete (FRC) has been demonstrated in several studies. Yet very few of them showed interest in the identification of design criteria adapted to FRC in serviceability. Therefore, the full exploitation of FRC proves to be limited and may constitute a barrier to their use. Thus, the general objective of this research project was to propose design criteria at serviceability limit state providing convenient durability for high performance fiber reinforced concrete (HPFRC) and ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) so that they can extend the service life of structures.


identifier: Beauchemin, P.-F. (2014). Développement d'une méthode d'élastographie par résonance magnétique pour l'évaluation du disque intervertébral  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La dégénérescence discale est un problème ayant des répercussions sociales et économiques importantes. Malheureusement, les outils de diagnostic sont encore limités en ce qui a trait au diagnostic précoce et non-invasif de la pathologie. Comme des changements de comportements mécaniques sont présents dès les premiers stades de dégénération, des efforts ont été réalisés pour caractériser mécaniquement le disque intervertébral (DIV) par imagerie médicale. L'élastographie par résonance magnétique (ÉRM) permet de mesurer quantitativement les propriétés mécaniques de tissus en mesurant la propagation d'ondes de cisaillement. Cette technique a donc été identifiée comme possédant un fort potentiel pour la détection précoce des changements de propriétés mécaniques du DIV. L'hypothèse sous-jacente à ce projet est qu'il est possible de mesurer les propriétés mécaniques du disque intervertébral en analysant la propagation d'ondes de cisaillement par ÉRM. Pour réaliser des acquisitions ÉRM sur le DIV, un montage expérimental adapté doit être conçu. De nombreux types de montages emploient une variété d'orientations d'excitation, de types d'actuateurs et de matériaux d'enrobages. Dans le but d'étudier différentes orientations d'excitation, des montages non-magnétiques permettant de faire varier ce paramètre ont été conçus. Le DIV étant un tissu rigide, des fréquences élevées sont nécessaires pour son évaluation. Un actuateur piézoélectrique a été choisi pour permettre son orientation libre dans l'appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et générer des vibrations de bonne amplitude dans la plage de fréquence étudiée (1000Hz-1800Hz). Le silicone wirosil® a été choisi comme matériau d'enrobage puisqu'il est possible d'obtenir une rigidité comparable au tissu étudié et d'éviter les échanges avec le tissu. De plus, il est simple à préparer et produit une bonne intensité de signal sur les images IRM. Un algorithme de simulation d'ondes de cisaillement a été implémenté. Les forces et les faiblesses de l'algorithme d'inversion algébrique de l'équation différentielle (AIDE), de la méthode des champs virtuels (VFM) et de la formulation faible présentée par Cortès et al. (FF) ont été évaluées. Trois paramètres ont été étudiés, soit le niveau de bruit, la résolution (ou la taille des voxels) et la rigidité (ou le rapport longueur d'onde-champ de vision).  ABSTRACT: The degenerative disc diseases have important social and economic repercussions. Unfortunately, diagnostic tools are still limited regarding early and non-invasive diagnostic of the pathology. As mechanical behavior changes can be observed in the early stages of disc degeneration, efforts have been made to mechanically characterize the intervertebral disc (IVD) using medical imaging. Magnetic resonance elastography (MRE) allows quantitative measurements of tissues mechanical properties by measuring shear waves propagation. Thus, this technique has been identified as having strong potential for detecting the early mechanical properties changes in the IVD. The hypothesis is that it is possible to measure the mechanical properties of the IVD by analysing shear wave propagation using MRE. To realize IVD MRE, an experimental setup must be designed. Many types of setups use different excitation orientations, actuator types and embedding materials. With the objective to study different excitation orientations, non-magnetic setups allowing variation of that parameter have been designed. As the IVD is a stiff tissue, high frequencies would be needed for its evaluation. A piezoelectric actuator was selected in order to allow variable orientations in the magnetic resonance imaging (MRI) system and generation of sufficient amplitude vibrations in the studied frequency range (1000Hz-1800Hz). Wirosil® silicone was chosen as embedding material as it is possible to produce a stiffness comparable with the studied tissue, to eliminate fluid exchanges with the tissue. Moreover, it is easy to prepare and produces high intensity MRI images. A shear wave simulation algorithm was implemented. Advantages and disadvantages of the algebraic inversion of the differential equation (AIDE) algorithm, the virtual field method (VFM) and weak formulation presented by Cortès et al. (FF) were evaluated. Three parameters were studied, the level of noise, the resolution (or voxel size) and the stiffness (or wavelength to field of view ratio).


identifier: Bertrand, A. (2014). PMG: Numerical Model of a Fault Tolerant Permanent Magnet Generator for High RPM Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie aéronautique fait face aujourd'hui à de nombreux défis. Ces défis, tant sur les plans environnemental qu'économique et social, ont forcé l'industrie à se tourner vers de nouvelles façons de faire et de penser. C'est dans ce contexte qu'est né le concept de l'avion plus électrique (aussi appelé dans la littérature More Electrical Aircraft – MEA). Ce concept vise à augmenter la contribution de l'énergie électrique au sein des aéronefs en comparaison avec les sources d'énergie plus traditionnelles telles que l'énergie hydraulique ou mécanique.  Afin de pouvoir supporter cette demande croissante en énergie, la génération d'électricité à bord des appareils doit aussi subir une réingénierie. C'est donc en support au MEA que le moteur plus électrique (aussi appelé dans la littérature More Electrical Engine – MEE) a vu le jour. C'est précisément dans le cadre des moteurs plus électriques que le présent projet s'inscrit. Ce projet, réalisé en partenariat avec Pratt & Whitney Canada, se veut une première approche à la modélisation électrique de cette nouvelle génération de générateurs destinés aux aéronefs. Les principaux objectifs de ce projet sont d'étudier le fonctionnement du NAEM (New Architecture Electromagnetic Machine) et de bâtir un modèle simplifié de ce générateur sous EMTP-RV capable de reproduire le comportement du NAEM en régime permanent. Ce mémoire contient les résultats obtenus dans le cadre d'un premier projet de modélisation du générateur développé par Pratt & Whitney Canada (New Architecture Electromagnetic Machine – NAEM) sous un logiciel de simulation électrique. Le modèle construit par Pratt & Whitney Canada sous MagNet, un logiciel de simulation par éléments finis, a été utilisé comme référence dans le cadre de ce projet. Il a été possible de développer un modèle électrique qui calque bien le comportement du modèle magnétique de référence pour des conditions d'opération en régime permanent. Quelques pistes de solutions techniques sont abordées dans la discussion afin de dresser une liste sommaire des travaux à considérer pour la poursuite du projet.  ABSTRACT: The aerospace industry is confronting an increasing number of challenges these days. One can think for instance of the environmental challenges as well as the economic and social ones to name a few. These challenges have forced the industry to turn their design philosophy toward new ways of doing things. It is in this context that was born the More Electrical Aircraft (MEA) concept. This concept aims at giving a more prominent part to electrical power in the overall installed power balance aboard aircrafts (in comparison to more traditional power sources such as mechanical and hydraulic). In order to be able to support this increasing demand in electrical power, the electric power generation aboard aircrafts needed reengineering. This is one of the main reasons the More Electrical Engine (MEE) concept was born: to serve the needs of the MEA philosophy. It is precisely under the MEE concept that this project takes place. This project, realized in collaboration with Pratt & Whitney Canada (PWC), is a first attempt at the electrical modelling of this new type of electrical generator designed for aircrafts. The main objectives of this project are to understand the principles of operation of the New Architecture Electromagnetic Machine (NAEM) and to build a simplified model for EMTP-RV for steady-state simulations. This document contains the results that were obtained during the electrical modelling project of the New Architecture Electromagnetic Machine (NAEM) by the author using data from PWC. The model built by PWC using MagNet, a finite element analysis software, was used as the reference during the project. It was possible to develop an electrical model of the generator that replicate with a good accuracy the behaviour of the model of reference under steady-state operation. Some technical avenues are explored in the discussion in order to list the key improvements that will need to be done to the electrical model in future work.


identifier: Lomone, A. (2014). Exploration et traitement multidonnées appliqués à des corridors d'autobus  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La collecte passive des informations et ses faibles couts, par rapport à la grande quantité de données générées, expliquent l'implantation de plus en plus répandue des systèmes de collecte automatique de données. Ces derniers représentent un formidable potentiel pour mieux caractériser la demande et l'offre de transport en commun pour la planification opérationnelle. Toutefois, en plus de leur traitement, l'intégration des données de plusieurs systèmes constitue un important défi. Cette étude vise à développer des outils et des méthodes pour exploiter ces types de données. La réalisation de cette étude, dans un contexte de recherche et d'analyse exploratoires, se fait dans la perspective d'intégration des différentes sources de données. Ce projet se sert des corridors d'autobus achalandés des boulevards Saint-Michel et Pie-IX du réseau de la Société de transport de Montréal comme exemple d'application des méthodes développées. D'abord, le réseau planifié est estimé à partir des données GTFS, servant d'information usager : les données des passages aux arrêts sont compressées en séquences de tournées et de voyages. Les voyages non commerciaux et une liste des tracés possibles pour chaque ligne sont déduits à partir de ces données. En classifiant les lignes du réseau, l'estimation des autobus dans le temps dégage les ressources nécessaires au maintien du service. Ensuite, les traces GPS des véhicules et les comptages automatiques (AVL-APC) des passagers permettent d'associer les temps de passage et les mouvements de passagers aux arrêts.  ABSTRACT: Passive information collection and their low costs, considering the large amount of data generated, explain the increasingly more widespread implementation of automatic data collection systems. These data represent a great potential to improve the characterisation of supply and demand of public transit for operational planning. However, in addition to their treatment, the integration of these data from multiple systems is a major challenge. This study develops tools and systematic methods in order to exploit these types of data. The completion of the study, in an exploratory research and analysis context, has the perspective of integration of multiple-source data. This project uses the crowded Saint-Michel and Pie-IX corridors of Montreal's bus network as examples for the application of the presented methods. First, the planned network is estimated with GTFS data, used for traveller information: the passage-stop data are compressed by sequences of blocks and runs. Non-commercial runs and line-patterns are inferred from GTFS data. By classifying the network's lines, the evaluation of buses during time reveals the resources needed for the service. Next, arrival and departure time and passenger movements can be associated to stops with GPS tracks and passenger counting data (AVL-APC).


identifier: Hadimi, I. (2014). Étude du comportement hydrogéochimique à long terme d'un dépôt de rejets miniers sulfureux et des effets d'amendements cimentaires : simulations expérimentales au laboratoire  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des rejets miniers constitue un des plus grands défis environnementaux liés à l'exploitation minière. L'activité minière génère des quantités considérables de rejets miniers dont les plus importants sont les stériles (fragments de roche de granulométrie variable) et les rejets de concentrateur (minerai très finement broyé duquel toute valeur économique a été extraite). La façon la plus conventionnelle de gérer les rejets de concentrateur consiste à les stocker en surface dans des parcs à résidus. Ces derniers nécessitent la construction d'importantes digues de rétention d'eau souvent coûteuses et générant des risques d'instabilité. Les parcs à rejet deviennent donc difficiles à gérer sur le long terme et à entretenir. Par ailleurs, le drainage minier acide (DMA) est l'un des problèmes environnementaux le plus importants auquel doit faire face l'industrie minière. Il se produit lorsque des minéraux sulfureux s'oxydent en présence de l'eau et de l'air. Ce qui conduit par la suite à la génération d'une acidité et des concentrations en métaux plus ou moins élevées. Une nouvelle technique de gestion de résidus de concentrateur a été proposée durant les dernières années par certaines compagnies minières pour remplacer celle conventionnelle des parcs à résidus. Le principe de cette technique consiste à retirer de l'eau (par épaississement et/ou filtration) des résidus miniers et les déposer en surface sous forme de pâte (p. ex. avec un pourcentage solide autour de 70-75 % par masse de solide) à l'aide de tours de décantation. La technique de dépôt de pâte en surface (DPS) pourrait donc être une alternative avantageuse à la méthode de dépôt dans les parcs à résidus traditionnels en particulier dans le but de la réduction probable du potentiel de génération de DMA. Elle ne nécessite pas de construction de digue de rétention d'eau, parce que l'eau libre est trop limitée, voire inexistante. Cela permet par la suite d'éviter le risque de rupture catastrophique de digues (défaut de construction, séismes, etc.). Elle permet la réutilisation de l'eau par la densification des rejets (facteur intéressant dans les régions à climat aride) et de débuter la restauration de la mine avant la fin de la vie de celle-ci.  ABSTRACT: Tailing management is one of the greatest environmental challenges related to mining. Mining generates considerable quantities of wastes, notably waste rock (variable size rock fragments) and tailings (very finely milled ore from which economic metals had been extracted). The most conventional way to manage tailings is to store them on earth surface in tailings ponds. These require the construction of important dikes often expensive with instability risks. Tailings ponds are difficult to manage and to maintain in the long term. Furthermore, acid mine drainage (AMD) is one of the most important environmental problems for the mining industry. It occurs when sulphide minerals oxidize with water and air. This leads to acidity generation and more or less high metal concentrations. A new technique of concentrator tailings management has been proposed in recent years by some mining companies to replace the conventional tailings. The principle of this technique is to remove water (thickening or filtration) of tailings and drop them surface in the form of paste (i.e. with a solid percentage around 70-75% by mass of solid) using towers of settling. The Paste on the surface deposition technique (PSD) could therefore be an advantageous alternative to deposit in tailings traditional method in particular with the aim of the likely reduction of the potential for generation of AMD. It requires no water retention dyke construction, because the water is too limited, or even non-existent. This subsequently allows avoiding the risk of catastrophic failure of dikes (construction defect, earthquakes, etc.). It allows the reuse of water by the densification of releases (factor interesting in arid regions) and begins the restoration of the mine before the end of the life of it.


identifier: Wininger, F. (2014). Conception flexible d'analyses issues d'une trace système  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les logiciels deviennent de plus en plus complexes. Avec l'avènement de l'informatique embarquée, la limitation des ressources les contraint à s'exécuter en économisant le temps, la mémoire et l'énergie. Dans ce contexte, les développeurs ont besoin d'outils pour déboguer et optimiser les programmes qu'ils écrivent. Parmi ces outils, le traçage est une solution particulièrement adaptée qui enregistre l'occurrence d'événements, en interagissant peu avec l'exécution. Elle permet de mettre en évidence les causes de bogues ou les goulots d'étranglement qui ralentissent le programme. LTTng est un traceur focalisé sur les performances : grâce à des structures de données propres à chaque coeur et à des verrous non-bloquants, l'enregistrement d'un événement prend moins d'une microseconde sur une machine récente. Ce délai est toutefois nonnégligeable, il empêche de tracer un nombre arbitraire de points sans affecter les performances. De plus, le code et les données liées au traçage sont stockés dans l'espace mémoire du processus étudié, ce qui cause un impact sur son exécution. L'utilisation de blocs matériels dédiés au débogage pallie à ces limitations. Il existe une multitude de ces circuits, présents sur la plupart des processeurs du marché, à des fins de débogage et de profilage. En réutilisant leurs capacités à des fins de traçage, nous proposons de soulager la partie logicielle d'outils comme LTTng, et ainsi d'accroître leurs performances. Pour ce faire, nous utilisons les modules matériels STM, ETM et ETB de la suite CoreSight sur les processeurs ARM,ainsi que BTS sur les processeurs x86 d'Intel. Certains offrent une fonctionnalité de traçage d'exécution, c'est-à-dire d'enregistrement de la liste des instructions exécutées ; d'autres fournissent des ressources spécialisées pour l'estampillage de temps, l'envoi de messages sur des canaux dédiés, et le stockage de traces. Dans ce mémoire, nous proposons des implémentations de traçage logiciel s'aidant du matériel pour être moins intrusifs que les outils purement logiciels. Nous visons à réduire le surcoût en temps engendré par le traçage, c'est-à-dire le nombre de cycles ajoutés à une exécution normale, tout en gardant le même détail d'information que fournit une trace. Nous montrons que l'utilisation conjointe des modules STM et ETB pour faire transiter les traces par des circuits matériels dédiés économise la mémoire du processus et que la durée des points de trace est divisée par dix par rapport à LTTng. En utilisant ETM et ETB, le surcoût du traçage est lui aussi réduit : entre -30% et -50% par rapport à notre traceur de référence. En revanche, les capacités du traceur d'exécution ETM limitent notre système à seulement quelques points de trace enregistrables dans tout le programme. Finalement, l'utilisation de BTS sur les processeurs Intel est aussi plus efficace : les points de trace sont presque deux fois plus rapides que ceux de LTTng. Cependant, ce système ne permet pas de choisir quels événements tracer : tous les branchements pris par le processeur sont enregistrés. Cette lourdeur rend BTS inutilisable pour faire du traçage d'événements ; néanmoins pour du traçage d'exécution, la ré-implémentation que nous proposons est 65% plus rapide que celle de Perf, l'outil par défaut sous Linux.  ABSTRACT: Software is becoming increasingly complex. With the advent of embedded computing, resource limitations force it to run in a way saving time, memory and energy. In this context, developers need tools to debug and optimize the programs they write. Among these tools, tracing is a particularly well suited solution that records the occurrence of events, while minimally interacting with the execution. It allows to identify the causes of bugs or bottlenecks that slow down the program. LTTng is a tracer focused on performance: through per-core data structures and nonblocking locks, recording an event takes less than one microsecond on a typical computer.  However, this delay is not negligible, and tracing an arbitrary number of points is not possible without affecting performance. In addition, the code and data related to tracing are stored in the memory space of the process being studied, causing an impact on its execution. The use of dedicated debug hardware blocks overcomes these limitations. There are a multitude of these circuits, present on most processors on the market, for of debugging and profiling purposes. By reusing their capacity for tracing purposes, we propose to alleviate the software part of tracing tools such as LTTng, and thereby increase their performance. To do this, we use STM, ETM and ETB hardware modules from the CoreSight suite on ARM processors, as well as BTS on Intel x86 processors. Some offer an execution tracing feature, i.e. recording the list of executed instructions; others provide specialized resources for timestamping, transfering messages on dedicated channels, and storing traces. In this thesis, we propose implementations of software tracing that take advantage of hardware to be less intrusive than pure-software tools. We aim to reduce the time overhead induced by tracing, i.e. the number of cycles added to a normal execution, while keeping the same detailed information as a trace provides. We show that the combined use of STM and ETB modules to send traces through dedicated hardware circuits saves process memory and that each tracepoint duration is divided by ten as compared to LTTng. Using ETM and ETB, the overhead of tracing is also reduced: between -30% and -50% as compared to our reference tracer. However, the capacity of the ETM execution tracer limits our system to only a few recordable tracepoints throughout the program. Finally, the use of BTS on Intel processors is also more efficient: tracepoints are almost two times faster than LTTng. However, it is not possible to choose which events to trace with this system: all branches taken by the processor are stored. This limitation makes BTS unusable for event tracing; however, for execution tracing the re-implementation we offer is 65% faster than Perf, the default tool on Linux.


identifier: Vergé, A. (2014). Traçage logiciel assisté par matériel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

title: Traçage logiciel assisté par matériel

abstract: RÉSUMÉ: Les logiciels deviennent de plus en plus complexes. Avec l'avènement de l'informatique embarquée, la limitation des ressources les contraint à s'exécuter en économisant le temps, la mémoire et l'énergie. Dans ce contexte, les développeurs ont besoin d'outils pour déboguer et optimiser les programmes qu'ils écrivent. Parmi ces outils, le traçage est une solution particulièrement adaptée qui enregistre l'occurrence d'événements, en interagissant peu avec l'exécution. Elle permet de mettre en évidence les causes de bogues ou les goulots d'étranglement qui ralentissent le programme. LTTng est un traceur focalisé sur les performances : grâce à des structures de données propres à chaque coeur et à des verrous non-bloquants, l'enregistrement d'un événement prend moins d'une microseconde sur une machine récente. Ce délai est toutefois nonnégligeable,il empêche de tracer un nombre arbitraire de points sans affecter les performances. De plus, le code et les données liées au traçage sont stockés dans l'espace mémoire du processus étudié, ce qui cause un impact sur son exécution. L'utilisation de blocs matériels dédiés au débogage pallie à ces limitations. Il existe une multitude de ces circuits, présents sur la plupart des processeurs du marché, à des fins de débogage et de profilage. En réutilisant leurs capacités à des fins de traçage, nous proposons de soulager la partie logicielle d'outils comme LTTng, et ainsi d'accroître leurs performances. Pour ce faire, nous utilisons les modules matériels STM, ETM et ETB de la suite CoreSight sur les processeurs ARM, ainsi que BTS sur les processeurs x86 d'Intel. Certains offrent une fonctionnalité de traçage d'exécution, c'est-à-dire d'enregistrement de la liste des instructions exécutées; d'autres fournissent des ressources spécialisées pour l'estampillage de temps, l'envoi de messages sur des canaux dédiés, et le stockage de traces. Dans ce mémoire, nous proposons des implémentations de traçage logiciel s'aidant du matériel pour être moins intrusifs que les outils purement logiciels. Nous visons à réduire le surcoût en temps engendré par le traçage, c'est-à-dire le nombre de cycles ajoutés à une exécution normale, tout en gardant le même détail d'information que fournit une trace. Nous montrons que l'utilisation conjointe des modules STM et ETB pour faire transiter les traces par des circuits matériels dédiés économise la mémoire du processus et que la durée des points de trace est divisée par dix par rapport à LTTng. En utilisant ETM et ETB, le surcoût du traçage est lui aussi réduit : entre -30% et -50% par rapport à notre traceur de référence. En revanche, les capacités du traceur d'exécution ETM limitent notre système à seulement quelques points de trace enregistrables dans tout le programme. Finalement, l'utilisation de BTS sur les processeurs Intel est aussi plus efficace : les points de trace sont presque deux fois plus rapides que ceux de LTTng. Cependant, ce système ne permet pas de choisir quels événements tracer : tous les branchements pris par le processeur sont enregistrés. Cette lourdeur rend BTS inutilisable pour faire du traçage d'événements ; néanmoins pour du traçage d'exécution, la ré-implémentation que nous proposons est 65% plus rapide que celle de Perf, l'outil par défaut sous Linux.  ABSTRACT: Software is becoming increasingly complex. With the advent of embedded computing, resource limitations force it to run in a way saving time, memory and energy. In this context, developers need tools to debug and optimize the programs they write. Among these tools, tracing is a particularly well suited solution that records the occurrence of events, while minimally interacting with the execution. It allows to identify the causes of bugs or bottlenecks that slow down the program. LTTng is a tracer focused on performance: through per-core data structures and nonblocking locks, recording an event takes less than one microsecond on a typical computer. However, this delay is not negligible, and tracing an arbitrary number of points is not possible without affecting performance. In addition, the code and data related to tracing are stored in the memory space of the process being studied, causing an impact on its execution. The use of dedicated debug hardware blocks overcomes these limitations. There are a multitude of these circuits, present on most processors on the market, for of debugging and profiling purposes. By reusing their capacity for tracing purposes, we propose to alleviate the software part of tracing tools such as LTTng, and thereby increase their performance. To do this, we use STM, ETM and ETB hardware modules from the CoreSight suite on ARM processors, as well as BTS on Intel x86 processors. Some offer an execution tracing feature, i.e. recording the list of executed instructions; others provide specialized resources for timestamping, transfering messages on dedicated channels, and storing traces. In this thesis, we propose implementations of software tracing that take advantage of hardware to be less intrusive than pure-software tools. We aim to reduce the time overhead induced by tracing, i.e. the number of cycles added to a normal execution, while keeping the same detailed information as a trace provides. We show that the combined use of STM and ETB modules to send traces through dedicated hardware circuits saves process memory and that each tracepoint duration is divided by ten as compared to LTTng. Using ETM and ETB, the overhead of tracing is also reduced: between -30% and -50% as compared to our reference tracer. However, the capacity of the ETM execution tracer limits our system to only a few recordable tracepoints throughout the program. Finally, the use of BTS on Intel processors is also more efficient: tracepoints are almost two times faster than LTTng. However, it is not possible to choose which events to trace with this system: all branches taken by the processor are stored. This limitation makes BTS unusable for event tracing; however, for execution tracing the re-implementation we offer is 65% faster than Perf, the default tool on Linux.


identifier: Wang, J. (2014). Experimental and Thermodynamic Study on the Mg-X (X : Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn) Multicomponent Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les alliages de magnésium, considérés à l'heure actuelle comme les plus légers des matériaux métalliques structurels, sont utilisés dans les industries automobile, électronique et aérospatiale. Ils présentent une faible densité, une résistance mécanique par rapport au poids très élevée, de bonnes propriétés de transformation, ainsi que la possibilité d'être recyclés presque complètement. Jusqu'à présent, plusieurs séries d'alliages de magnésium ont été développées pour diverses applications, notamment les séries Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn, Mg-terres rares, etc. Ces alliages de magnésium présentent certaines faiblesses, notamment une résistance à la corrosion médiocre, une faible résistance à la déformation à température élevée, ainsi qu'une faible robustesse.  Pour toutes ces raisons, il apparait nécessaire d'améliorer les propriétés des alliages actuels en développant de nouveaux alliages à base de magnésium pour répondre à la demande de l'industrie. La technologie de microalliage est largement utilisée pour améliorer les propriétés mécaniques des alliages. Des recherches récentes montrent que l'ajout de métaux comme Li, Na, Ca, Zn, Ag, Au, Sr et Sn au cours de la fabrication peuvent améliorer les propriétés mécaniques des alliages à base de magnésium.  En développant de nouveaux alliages, il est important de comprendre leur constitution (microstructure) et leur comportement thermodynamique. L'obtention de telles informations par le biais des techniques expérimentales est lourde et coûteuse. Les diagrammes de phase, sous forme de graphique visualisant l'état d'équilibre, dans un système, en fonction de la température, de la pression et des constituants, se révèlent être un moyen utile pour la conception et le traitement des matériaux. De plus, la modélisation thermodynamique des systèmes multi-composants par une approche de type CALPHAD (« Calculation of Phase Diagrams »)  est un moyen très efficace d'étude des équilibres de phases. Avec l'aide des calculs thermochimiques, non seulement les systèmes binaires et ternaires sont étudiés, mais également les systèmes multi-composants. Dans le cadre de projets en cours dans notre groupe de recherche pour développer une banque de données thermodynamiques des alliages multi-composants à base de magnésium, l'objectif principal du présent travail est d'obtenir des modèles pour les énergies de Gibbs des phases et d'établir une banque de données des paramètres thermodynamiques de ces modèles qui soit cohérente pour le système multi-composant à base de magnésium, avec des éléments comme Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr et Zn, afin de fournir une explication à la conception du système des alliages de magnésium, en utilisant la modélisation informatique et des recherches expérimentales. De nombreux systèmes binaires et ternaires du système à composants multiples Mg-X (X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr et Zn) ont été évalués de façon critique puis optimisés de façon systématique. Premièrement, les mesures des équilibres de phase sur cinq systèmes ternaires du système Mg-Sn-X (X: Ag, Au, Zn, Ca et Sr) ont été effectuées dans le présent travail. Les équilibres de phases dans la région riche en Mg des systèmes ternaires Mg-Sn-In (à 415 oC et à 330 oC), Mg-Sn-Ag (à 415 oC et à 330 oC) et Mg-Sn-Zn (à 300 oC) ont été déterminés par diffraction aux rayons X, microanalyse par sonde électronique, et par des expériences de d'équilibre et de trempe. Les sections isoplèthes ternaires avec 5% In et 10% Sn du système Mg-In-Sn, 10% Sn et 30% Ag du système Mg-Sn-Ag et 10% Sn du système Mg-Sn-Zn, ont été déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Aucun composé ternaire n'a été retrouvé dans les sections isothermes des systèmes Mg-Sn-In, Mg-Sn-Ag et Mg-Sn-In. Les sections isothermes des systèmes ternaires Mg-Sn-Ca et Mg-Sn-Sr dans la région riche en magnésium à 350 oC et à 415 oC ont été déterminées par analyse dispersive de l'énergie (technique EDS), par microscopie électronique à balayage, et par des essais de trempe. L'existence des phases ternaires MgSnCa et MgSnSr a été confirmée dans cette étude. Deux nouvelles phases ternaires Mg5Sn3Sr et Mg25Sn24Sr14 ont été retrouvées dans les sections isothermes Mg-Sn-Sr à 415 oC et 350 oC. Deuxièmement, la modélisation des propriétés thermodynamiques et des équilibres de phases des 19 systèmes binaires (Mg-In, Mg-Ag, Ag-Zn, Ag-Ca, Ag-Li, In-Na, Na-Sn, Li-Sn, Na-Zn, In-Zn, Sn-Sr, Ca-Li, Ca-Sn, In-Sn, Ca-In, Ca-Na, Ag-In, Ag-Na et Ag-Sn) et des 13 systèmes ternaires (Mg-Sn-X (X: Ag, In, Li, Zn, Ca, et Sr), Mg-Zn-In, Mg-Ag-In, Mg-Ca-Li, Mg-Ca-Sr, Mg-Sn-In et In-Sn-Zn)) a été effectuée dans cette étude. Cette description, basée sur une revue critique de la littérature et l'optimisation de type CALPHAD des paramètres des modèles d'énergie de Gibbs des phases, s'est focalisée sur les propriétés  du solide (composés intermétalliques, formes cristallographiques, températures de fusion, enthalpie de formation, températures de transition de phases, etc.) et du liquide (enthalpie de mélange intégrale, enthalpie de mélange partielle, activités des composants, capacités calorifiques, solubilités du solide, etc.) ainsi que sur les données expérimentales des diagrammes de phases. Le modèle Quasichimique Modifié par Approximation de Paires (MQMAP) a été appliqué à la solution liquide qui a montré un degré élevé d'ordonnancement à courte distance. Les phases solides ont été modélisées à l'aide du formalisme basé sur l'énergie des composés (Compound Energy Formalism). Une banque de données thermodynamiques cohérente contenant les paramètres des modèles de chaque phase a été établie pour les systèmes multi-composants Mg-X(X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr et Zn). Troisièmement, quelques applications de la banque de données thermodynamiques sont présentées. De plus, les études expérimentales de formabilité du verre métallique des alliages Mg-Zn-X (Ag, Sr, In, etc) sélectionnés, pour des applications avec la présente banque de données thermodynamiques, ont été effectuées avec la collaboration de Mr. Yi-Nan Zhang de l'Université de Concordia. Les équilibres de phase Mg-Zn-Sr à 300 oC dans l'intervalle 0-30 % Sr ont été  mesurés par des méthodes d'échantillonnage et de diffusion des couples d'échantillons. Quatre nouveaux composés ternaires ont été retrouvés dans cette section isotherme. La formabilité du verre des deux séries d'alliages Mg-Zn-Sr, de composition Mg88-xZnxSr2 (28≤x≤38) et Mg85-yZnySr5 (23≤y≤37) a été étudiée expérimentalement dans ce travail. La banque de données thermodynamiques des systèmes multi-composants Mg-X (X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn) fournira une ligne directrice claire pour la sélection et la conception des alliages à base de magnésium, ce qui permettra d'éviter des expériences improductives portant sur des alliages qui ont moins de potentiels pour des applications pratiques.  ABSTRACT: Magnesium alloys, as the current lightest structural metallic materials, have been widely used in automotive, electronic consumer, and aerospace industries. This interest in the use of magnesium alloys arises from their low density and potentially high strength/weight ratios, good processing properties, as well as the possibility of nearly complete recycling. Hitherto, several series of magnesium alloys have been developed for different applications. These alloys include Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn, and Mg-Rare-earths, etc. However, magnesium alloys display shortcomings. Among them are poor corrosion behavior, low creep resistance at elevated temperatures, and low strength. Consequently, improvements are still needed in the properties of current alloys and in the development of new Mg-based alloys to meet the requirements of industry. Microalloying has been widely used for improving the mechanical properties of alloys. Current research shows that additions of Li, Na, Ca, Zn, Ag, In, Sr, and Sn can improve the mechanical properties of Mg-based alloys, by forming secondary precipitates in the Mg matrix.  In developing new magnesium alloys, it is important to understand their constitution (microstructure) and thermodynamic behaviour. Obtaining such information solely through experiment is cumbersome and costly. Phase diagrams, as a visual representation of the state of equilibrium in a system as a function of temperature, pressure and component composition, have been proved to be a useful aid for materials design and processing. Thermodynamic modeling on multi-component systems by the CALPHAD approach has been shown to be a very efficient way of investigating phase equilibria. With the help of computational thermochemistry, not only binary and ternary systems, but also multi-component systems, can be investigated properly. As part of ongoing projects in our group to develop a thermodynamic database for Mg-based multicomponent alloys, the main objective of the present work is to establish such a database with added Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn. This is expected to provide a guide for magnesium alloy design, through computational modeling and experimental investigations. Numerous binary and ternary systems in the Mg-X (X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn) multicomponent system have been critically evaluated and systematically optimized in the present work.  First, phase equilibria measurements on the five ternary systems: Mg-Sn-X (X: Ag, In, Zn, Ca, and Sr) system have been carried out. Phase equilibria in the Mg-rich region of the Mg-Sn-In (415 and 330 oC), Mg-Sn-Ag (415 and 330 oC), and Mg-Sn-Zn (300 oC) ternary systems were inverstigated by quenching, electron probe micro-analysis (EPMA), and X-ray diffraction (XRD). Ternary isoplethal sections at constant compositions were inverstigated using differential scanning calorimetry (DSC). These were Mg-In-Sn (5 at. %, 10 at. % Sn), Mg-Sn-Ag (10 at. % Sn, 30 at.% Ag0 and Mg-Sn-Zn (10 at.% Sn). No ternary compounds were found in these three isothermal sections. Iisothermal sections of the Mg-Sn-Ca and Mg-Sn-Sr systems in the Mg-rich region (350 and 415 oC) were inverstigated by quenching key samples. SEM and EDS were used for phase composition analysis. The existence of the ternary phases MgSnCa and MgSnSr was confirmed, and two new ternary phases (Mg5Sn3Sr and Mg25Sn24Sr14) were found in Mg-Sn-Sr isothermal sections at 415 and 350 oC. Second, thermodynamic descriptions of 19 binary systems (Mg-In, Mg-Ag, Ag-Zn, Ag-Ca, Ag-Li, In-Na, Na-Sn, Li-Sn, Na-Zn, In-Zn, Sn-Sr, Ca-Li, Ca-Sn, In-Sn, Ca-In, Ca-Na, Ag-In, Ag-Na and Ag-Sn) and 12 ternary systems (Mg-Sn-X, X: Ag, In, Li, Zn, Ca, and Sr, Mg-Zn-In, Mg-Ag-In, Mg-Ca-Li, Mg-Ca-Sr, Mg-Sn-In, and In-Sn-Zn) have been carried out in the present work. These were based on literature review of the solid solutions including intermetallic compounds (crystal  structures, melting points, enthalpies of formation, transformation temperatures, etc.). The same has been done for liquid solutions (liquidus curves, integral enthalpies of mixing, partial enthalpies of mixing, activities of the components, heat capacities, etc.). The Modified Quasichemical Model in the Pair Approximation (MQMPA) was used for modeling the liquid solution, which exhibits a high degree of short-range order. The solid phases are modeled with the Compound Energy Formalism (CEF). A self-consistent thermodynamic database was constructed for the Mg-X (X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn) multicomponent system. Third, some applications with the complete thermodynamic database are shown. A study of alloy design for Mg-based multicomponent systems was carried out. The effects of In, Li and Na additions on the properties of Mg-Sn based alloys was also studied. Futhermore, an experimental study of metallic glass formability in selected Mg-Zn-X ternary systems have been done with the collaboration of Mr. Yi-Nan Zhang of Concordia University. Phase equilbria in the Mg-Zn-Sr ternary system, at 300 oC in the composition range 0-30 at. % Sr, were measured in the present work using key samples and the diffusion-couple technique. Four new ternary compounds were found in this isothermal section. The glass formability of two series of Mg-Zn-Sr alloys of compostions Mg88-xZnxSr2 (28≤x≤38) and Mg85-yZnySr5 (23≤y≤37) were studied experimentally in the present work.  Use of the thermodynamic database of the Mg-X (X: Ag, Ca, In, Li, Na, Sn, Sr and Zn) multicomponent system provides clear guidelines for selection of Mg-based alloys for design,  thereby avoiding tedious and time-consuming experiments.


identifier: Fereydoon, M. (2014). Development of High Barrier Nylon Based Multilayer Films  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les films multicouches sont composés d'une couche de coeur possédant de bonnes propriétés barrières et mécaniques, prise en sandwich entre deux couches de polyoléfines. Cette composition est couramment utilisée dans l'industrie des emballages alimentaires afin d'améliorer les propriétés mécaniques et barrières à l'oxygène et à l'humidité des films. Au cours de cette étude, des films multicouches à base de nylon aromatique (MXD6), aliphatique (PA6) et leurs nanocomposites, à hautes propriétés barrières ont été développés. Les performances thermiques, barrières (oxygène et vapeur d'eau) et mécaniques des films multicouches ont été comparées entre elles, en faisant varier la couche de coeur (PA6, MXD6 ou leurs nanocomposites). Dans la première partie de ce travail, des films de nylon aliphatique (PA6), de nylon aromatique (MXD6) ainsi que leurs nanocomposites, préparé par polymérisation in-situ avec 4wt% d'argile, ont été extrudés par calandrage à l'aide d'une extrudeuse de laboratoire et refroidis rapidement à l'aide de couteaux d'air. Les propriétés rhéologiques, cristallines, thermiques, barrières et mécaniques des résines pures et des films monocouches extrudés ont été étudiées et comparées. Dans la seconde partie de ce travail, les films monocouches produits ont été étirés uniaxialement à 110 ºC avec un rapport d'étirage variant de 1.5 à 5. L'alignement de l'argile généré par l'étirement des films de nanocomposites ont été mesurés à l'aide de trois techniques différentes : déconvolution des pics en FTIR, soustraction spectrale interactives en FTIR, et diffraction aux Rayons X. Il a été déterminé que les particules d'argile sont principalement orientées dans la direction machine (MD) et que leur orientation est améliorée sous l'effet de l'étirement uniaxial. L'effet des changements d'orientation des cristaux pour toutes les phases III cristallines et amorphes a été examiné à l'aide de la diffraction aux rayons X et de l'analyse trichroique des spectres FTIR. Basé sur les modèles WAXD et les résultats en FTIR, il a été possible de proposer un model schématique afin de décrire le mécanisme de cristallisation du nylon en présence d'argile. Dans la troisième partie de cette étude, l'effet de l'étirement uniaxial sur la structure cristalline, les propriétés thermiques, mécaniques et barrières à l'oxygène des nylons aromatiques et aliphatiques ainsi que de leur nanocomposites ont été étudiés et comparées. Finalement, les films multicouches contenant en couche de coeur, le PA6, ou le MXD6, ou leur nanocomposites ont été produits en utilisant une unité de coextrusion calandrage de laboratoire. Les couches sandwitch de peau sont en LLDPE, et agissent comme des couches barrières à l'humidité. Des films multicouches à 5 couches (une couche supplémentaire a été ajouté de chaque côté entre la couche de coeur et de peau afin d'en améliorer la compatibilité) ont également été produits. Durant le procédé, les paramètres de production ont été optimisés afin d'éliminer les instabilités interfaciales et d'améliorer l'uniformité des films multicouches. Les films produits ont été caractérisés et comparés.  ABSTRACT: Insufficient barrier properties of commercial thermoplastics to the permeation of atmospheric gases such as oxygen and water vapor are a major problem in the packaging industry. In particular, a high oxygen permeation rate reduces the shelf life of packaged food products, which results in higher costs for food processors and retail customers. Multilayer films having a core layer with good barrier and mechanical properties coextruded between two polyolefin layers have been used in food packaging industry to improve the mechanical performance and the barrier properties. Nylon is an engineering thermoplastic used in flexible packaging due to its high stiffness, toughness, tensile strength, flex crack and puncture resistance as well as low oxygen transmission rate. The objective of this research was fundamental understanding on the differences between properties of monolayer and multilayer aromatic and aliphatic nylon films and their nanocomposites. In the selection of the aromatic and aliphatic nylons, particular attention paid to the oxygen barrier properties of the films as the targeted application is for food packaging and this property plays a critical role in determining shelf life of packed product. Resin characteristics particularly the rheological and thermal properties, morphology, molecular orientation, ability to crystallize (i.e. fast or slow crystallization rate), type of crystalline structure are the key factors for the production of the precursor films with appropriate crystallinity and orientation, which in turn control the final film properties. The extent of nanoclay intercalation and exfoliation, crystal structure, crystallinity, thermal, rheological, barrier and mechanical properties of polyamide 6 (PA6), poly (m-xylene adipamide) (MXD6) and their in-situ polymerized nanocomposites with 4 wt% clay were studied and compared. Dynamic rheological measurements confirmed a strong interfacial interaction between the silicate platelets and the MXD6 chains. A longer relaxation V time for the MXD6, which was related to its higher intermolecular interactions compared to the PA6, resulted in a slower rate of crystallization and lower crystallinity in the former. It was found that due to the stronger polymer chain interaction of the MXD6, there was a lower free volume and gas diffusion path for the MXD6 nanocomposite film compared to the PA6 nanocomposite. In the second part of this project, the precursor monolayer films were uniaxially stretched at 110 ºC with draw ratios varying from 1.5 to 5. The clay alignment was measured with three different techniques: FTIR peak deconvolution, FTIR interactive spectral subtraction and X-ray diffraction. It was found that the clay platelets are mainly oriented in the machine direction (MD) and their orientation improved upon uniaxial stretching. The changes in orientation of crystal axes of all the crystalline phases and amorphous region of the aromatic and the aliphatic nylons and their nanocomposites were examined using X-ray diffraction and Trichroic Infrared analyses. Based on the WAXD patterns and FTIR results, schematic models were proposed to describe the crystallization mechanism of the nylon in the presence of the clay platelets. The crystalline and amorphous orientations as well as the clay alignment significantly affect the performance of the stretched films. In the third step of this study, the structural development of the aliphatic and aromatic nylons and their nanocomposite films during uniaxial stretching was investigated. The effect of uniaxial drawing on the morphology, crystallinity, thermal, mechanical and oxygen barrier properties of the polyamide 6 and the MXD6 as well as their insitu polymerized nanocomposites were studied. A significant enhancement in the Young's modulus and tensile strength of the uniaxially stretched aliphatic and aromatic nylons was observed. The oxygen permeability and oxygen diffusion through the nylon nanocomposite films VI were predicted with theoretical models and with incorporating structural parameters such as the crystalline phase orientation, clay aspect ratio and clay orientation. In the last phase, coextruded multilayer films with the PA6 and MXD6 nylons as well as their in-situ polymerized nanocomposites, as an oxygen barrier layer (core), and a linear low-density polyethylene (LLDPE) as the moisture barrier layers (skin) with the adjacent tie were produced and characterized. The effect of core layer material on the thermal, optical, barrier and mechanical properties of the coextruded multilayer films has been investigated.


identifier: Homaie Shandizi, A. H. (2014). Prediction of Pilot's Absenteeism in an Airline Company  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les compagnies aériennes sont soumises aux nombreuses sources de perturbations pendant les opérations. Il est essentiel pour ce type d'industrie de prédire les origines des perturbations dans les différents niveaux de gestion pour réduire les coûts de rattrapage du calendrier. Une des sources les plus importantes et coûteuses de perturbation dans les compagnies aériennes est l'absentéisme des pilotes au moment de l'opération des vols. Dans ce mémoire, nous nous concentrons sur l'absentéisme des pilotes pour cause de maladie. Nous proposons une méthode d'apprentissage supervisé qui est capable de prédire la somme mensuelle des heures de maladie chez les pilotes après la publication du calendrier. La méthode proposée utilise les caractéristiques du calendrier mensuel comme les variables explicatives et elle fait la prédiction en utilisant d'un algorithme itératif. La méthode a été vérifiée avec des données réelles et une amélioration considérable a été observée dans les résultats. Pour rendre la méthode en situation réelle, nous avons créé une interface facile à utiliser comme un système d'aide à la décision. Cette interface automatise l'ensemble du processus de prédiction.  ABSTRACT: Airline companies are subject to a considerable number of disruptions during operations. It is vital for this type of industry to predict the source of disruptions in different levels of management to reduce the costs of schedule recovery. One of the most important and costly source of disruption in the airlines is absenteeism of the pilots at the time of the flights operation. In this master thesis, we focus on the absenteeism of the pilots because of the sickness. We propose a supervised learning method which is able to predict total monthly sick hours after publishing the schedule. The proposed method uses characteristics of the monthly schedule as the explanatory variables and the prediction is made by using an iterative algorithm. The model was tested with real data and a substantial improvement was observed in the results. For applying this method in business environment, we created a user-friendly web application as the decision support system. This application automates the whole process of prediction.


identifier: El Hani, R. (2014). Contributions au contrôle du faisceau d'antenne réflecteur en utilisant les surfaces sélectives en fréquences et les réseaux réflecteurs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les satellites utilisent généralement des antennes construites à base de réflecteurs paraboliques. Pour couvrir une seule zone de la Terre, on utilise deux antennes de taille différente pour les bandes de transmission et de réception. Le contrôle des faisceaux de l'antenne réflecteur nous permettra de combiner les deux antennes tout en maintenant la même largeur de faisceau dans chaque bande. Ce contrôle de faisceaux pourra se faire en utilisant des surfaces sélectives en fréquences (SSF) ou des réseaux réflecteurs (RR). Dans le but de pouvoir utiliser des SSF pour couvrir l'ouverture de l'antenne parabolique, nous avons montré les étapes de la conception d'une SSF bi-bandes multi-couches (à 20 GHz et 30 GHz). Une modification de la géométrie des ouvertures de la cellule est proposée pour diminuer la taille de la cellule en modifiant l'impédance de l'élément. Ainsi, nous avons éloigné les lobes discordants à des fréquences hors des bandes d'intérêt et évité des distorsions dans la bande de fréquences de 30 GHz. Par la suite, nous avons opté pour une SSF en deux couches identiques pour garantir une stabilité de la bande passante en fonction de l'angle d'incidence. Nous avons remarqué des variations brusques des coefficients de transmissions de la SSF à environ 23 GHz. Ces fluctuations sont dues à une excitation d'ondes de surfaces par des modes d'ordres supérieurs. Dans cette étude nous avons supposé que la SSF est de taille infinie. Ce type d'étude nous permet de tenir compte de l'excitation de ces ondes de surfaces. Par ailleurs, l'excitation de ces ondes de surface guidées par le réseau (OSGR) d'éléments ne peut se manifester que lorsque nous étudions une SSF de taille finie. La diffraction des OSGR aux extrémités de la SSF peut modifier le diagramme de rayonnement de l'antenne. Ainsi, nous avons présenté et étudié une méthode numérique pour analyser les SSF de tailles finies en tenant compte des OSGR. D'un autre côté, nous avons présenté les étapes de la conception d'un réseau réflecteur (RR) bi-bandes dont le but est de réfléchir le signal d'une bande de fréquences (dans ce cas 10 GHz) vers la direction spéculaire et de réfléchir le signal de l'autre bande de fréquences (dans ce cas 15 GHz) vers une direction non-spéculaire. Les mesures montrent qu'à 10 GHz le signal est réfléchi vers la direction spéculaire et qu'à 15 GHz le faisceau principal est dirigé vers la direction désirée. Cependant, à 15 GHz, une partie du signal est réfléchie vers la direction spéculaire. Ainsi, nous avons présenté une étude approfondie de ce phénomène de la réflexion dans la direction spéculaire par un RR conçu pour réfléchir vers une direction non-spéculaire. En se basant sur l'hypothèse que ce phénomène est dû à une erreur périodique des phases des éléments du RR, nous avons montré que quand nous ajoutons une erreur périodique linéaire aux phases désirées des éléments, nous obtenons un bon accord entre notre modèle et la simulation par HFSS. Ainsi, ce modèle simple nous a permis d'estimer les directions des lobes indésirables dues à cette erreur. En plus, une étude de l'amplitude de cette réflexion spéculaire en fonction de la couverture du RR par les patchs métalliques est présentée.  ABSTRACT: The antenna systems in satellites are generally based on parabolic reflectors. To cover a single region of the Earth with two distant frequency bands, two different sized antennas are used. The beam control of the aperture antenna would let us use the two different frequencies with the same parabolic antenna system and maintain the same beamwidth for the two frequency bands. This beam control can be done using frequency selective surfaces (FSS) or reflectarrays (RA). In order to be able to use frequency selective surfaces to cover the aperture of the parabolic antenna, we show the steps to study a dual-band and multi-layer frequency selective surface (at 20 GHz and 30 GHz). By decreasing the cell size by changing the geometry of the elements we have delayed in frequency the appearance of the grating lobes and we avoided distortions in the frequency band of 30 GHz. Thereafter, we chose a two-layer frequency selective surfaces to ensure stability of the bandwidth as function of angle of incidence. We noticed an abrupt variation of the transmission coefficients of the frequency selective surface at about 23 GHz. These fluctuations are the effect of the surface waves excited by higher order modes. In this study, we assume that the frequency selective surface is periodic and has an infinite size. This kind of study allows us to take into account the excitation of these surface waves. Furthermore, the excitation of the array guided surface wave can occur also when we study a finite size FSS. The diffraction of these surface waves at the edges of the finite frequency selective surface may modify the radiation pattern of the antenna. Thus, we are presenting a numerical method to analyze large finite size frequency selective surfaces taking into account the array guided surface waves. On the other hand, we also present the steps to design a dual-band RA to reflect the signal of a frequency band (at 10 GHz) to the specular direction and to reflect the signal of the other band frequencies (at 15 GHz) to an off-specular direction. The measurements show that the 10 GHz signal is reflected to the specular direction and the main beam at 15 GHz is reflected in the desired off-specular direction. However, at 15 GHz, part of the signal is still reflected in the specular direction. Thereby, we present a thorough study of the specular reflection by a RA designed to reflect to a non-specular direction. Based on the assumption that this phenomenon is given by a periodic error of the phases of the RA elements, we show that when we add a linear periodic error to the desired phases, we get a good agreement between our model and the HFSS simulation. Thus, this simple model allows us to estimate the directions of undesirable sidelobes. In addition we present a study of the magnitude of the specular reflection as a function of the coverage of the RA by metallic patches.