identifier: Girard, M. (2022). Sonication of Cellulose Nanocrystals: From Fundamentals Towards Scale-Up  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les nanocristaux de cellulose (CNCs) sont des nanoparticules biosourcées et biodégradables en forme de bâtonnets qui suscitent un intérêt croissant depuis quelques années. Leurs propriétés uniques, de nature mécanique, rhéologique ou optique, peuvent être exploitées dans une vaste gamme d'applications dans des domaines comme les plastiques et composites, l'alimentaire, les peintures et revêtements ou la construction. Dans ce contexte, des travaux approfondis sont menés par les chercheurs académiques et industriels pour tirer profit de ces matériaux à haute valeur ajoutée. L'une des spécificités intéressantes des CNCs, commune aux autres nanoparticules, est son aspect de forme, qui lui donne ces propriétés considérables, telles qu'une grande résistance mécanique ou un caractère iridescent. De plus, les nombreux groupes hydroxyle sur la surface des CNCs permettent une versatilité intéressante, via la modification de surface. Cependant, ces deux attributs sont aussi source de complications importantes lorsque leur dispersion en suspension est désirée. En effet, les CNCs ont tendance à former de solides agglomérats quand ils sont séchés après avoir été extraits de la source cellulosique.  ABSTRACT: Cellulose nanocrystals (CNCs) are biobased and biodegradable rod-like nanoparticles that have garnered a growing interest over the past few years. Their unique mechanical, rheological and optical properties may be exploited in a wide range of applications: in plastics and composites, food, paints and coatings, construction, among other major fields. In this context, both academics and industrials are carrying out extensive research works to exploit these high value-added materials. Of particular interest is the high aspect ratio of CNCs, a feature shared with many other nanoparticles, which provide them such valuable properties such as a high mechanical strength or iridescence. In addition, the numerous hydroxyl groups on the surface of CNCs confer upon them an interesting versatility as these can host surface modification. However, these two specificities are also an important source of complications when dealing with their dispersion in suspensions. Indeed, CNCs tend to form strong agglomerates when dried after their extraction from the cellulosic source.


identifier: Tao, R. (2022). Multi-Material Three-Dimensional Printing of Piezoelectric Devices for Sensing and Energy Harvesting Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux piézoélectriques servent de transducteurs pour convertir linéairement l'énergie mécanique en énergie électrique, et vice versa. Sur la base de cette capacité, une variété de dispositifs piézoélectriques avec la géométrie, la performance et la fonction désirées ont été fabriqués pour des applications de détection, de récolte d'énergie et d'actionnement. Parmi eux, les dispositifs composites piézoélectriques tridimensionnels (3D) flexibles et conformes (particules céramiques hautement piézoélectriques comme charge; polymères flexibles comme matrice) sont très en demande dans de nombreux domaines tels que les peaux artificielles intelligentes, les capteurs et les collecteurs d'énergie portables sans-batterie, et la robotique flexible. Les méthodes conventionnelles de fabrication des dispositifs piézoélectriques, telles que le moulage en solution, l'enduction par centrifugation, l'extrusion par fusion et l'électrospinning, limitent la complexité des structures fabriquées. Ainsi, les techniques d'impression 3D, telles que l'écriture directe à l'encre (DIW), la stéréolithographie (SLA), le traitement numérique de la lumière (DLP) et la fabrication de filaments fondus (FFF) sont de plus en plus utilisées à cette fin. En outre, pour établir la connexion électrique entre les structures piézoélectriques et les interfaces, une étape supplémentaire est généralement nécessaire pour ajouter des électrodes sur les structures piézoélectriques par peinture, pulvérisation et fixation de rubans ou de tissus conducteurs. L'émergence de la technique d'impression 3D multi-matériaux offre un moyen efficace de combiner les processus de fabrication de la structure piézoélectrique et des électrodes. L'objectif de cette thèse est de développer des dispositifs composites piézoélectriques flexibles 3D avec des électrodes pour des applications de détection piézoélectrique et de récolte d'énergie basées sur la technique d'impression 3D multi-matériaux. Tout d'abord, pour trouver le matériau piézoélectrique le plus approprié pour le processus d'impression 3D multi-matériaux, nous avons imprimé des films de polyfluorure de vinylidène (PVDF) à partir du filament de PVDF disponible dans le commerce en utilisant une imprimante 3D FFF. Nous avons constaté que les films PVDF, tels qu'imprimés, ont une faible teneur en phase β électroactive (Fβ) de 39%, il faut donc un processus de post étirement pour augmenter la Fβ. Les films PVDF étirés et polarisés d'une dimension de 40 × 20 × 0,06 mm3 (longueur × largeur × épaisseur) ont un coefficient piézoélectrique (d33) de 7,29 pC/N et un Fβ de 65 % à un rapport d'étirement (R) de 4 après avoir été polarisés sous un champ électrique de 30 V/μm. Bien que le d33 résultant des films de PVDF fabriqués ait été considérablement amélioré de ~ 10-100 fois supérieur aux valeurs rapportées connexes, le processus d'étirement limite les possibilités de réaliser des géométries complexes avec le PVDF. Par la suite, nous avons incorporé des nanoparticules de titanate de zirconate de plomb (PZT) hautement piézoélectriques dans une matrice flexible de polyuréthane thermoplastique (TPU) et extrudé le matériau composite en un filament imprimable par FFF (~1,75 mm). Le matériau composite piézoélectrique, TPU/30vol% PZT, développé présente un allongement à la rupture importante de ~56% et une valeur d33 de 6,8 pC/N après avoir été polarisé par les paramètres de polarisation appropriés. Une technique d'impression 3D multi-matériaux FFF a ensuite été utilisée pour fabriquer des treillis composites piézoélectriques flexibles 3D avec des électrodes à l'aide du filament composite piézoélectrique que nous avons développé et d'un filament composite conducteur (TPU/noir de carbone) disponible dans le commerce. Quatre types de réseaux composites piézoélectriques 3D: cubique simple (SC), cubique centré sur le corps (BCC), cuboctaèdre (CH) et treillis en octuple (OT) (et un solide entièrement dense (FD) comme référence) ont été conçus et fabriqués. Les performances piézoélectriques des treillis ont été comparées au moyen de méthodes expérimentales et d'analyse par éléments finis (FEA). Pour une même force de compression maximale, le réseau OT peut générer une tension de sortie environ deux fois supérieure à celle de l'échantillon FD. À titre de démonstration, une semelle de chaussure composite piézoélectrique OT originale et multi-matériaux peut générer une tension crête à crête élevée (Vpp) de ~20 V par le piétinement humain. De plus, pour fabriquer des structures piézoélectriques flexibles de forme libre ou conforme, nous avons réalisé un processus d'impression 3D DIW multi-matériaux dans un fluide de support. Le fluide de support développé, composé d'huile minérale et de 6% (w/v) de silice pyrogénée, avec une limite d'élasticité appropriée, se comporte comme un fluide de Herschel-Bulkley. Pendant le processus d'impression, le réseau de silice fumée réticulée s'écoule temporairement sous la contrainte générée par le mouvement de l'aiguille de distribution, puis revient rapidement à l'état solide pour retenir l'encre déposée. Les compositions des encres sont les suivantes : polydiméthylsiloxane (PDMS)/30vol% de PZT pour l'encre composite piézoélectrique et PDMS/25vol% d'argent (Ag) pour l'encre composite conductrice. Une caractérisation complète des propriétés des encres (c'est-à-dire les comportements piézoélectrique ou conducteur, les propriétés rhéologiques et mécaniques) et du comportement rhéologique du fluide de support avec les différentes compositions a été réalisée. Trois démonstrateurs : un film plan multicouche, un hémisphère non plan conforme et une structure 3D composée de six spirales imprimées verticalement entre deux couches hexagonales (spirale-hexagone de forme libre) ont été fabriqués et testés respectivement en tension ou en compression. Par exemple, en comprimant cycliquement la structure spirale-hexagone de forme libre à 8 Hz pendant plus de 800 cycles, un Vpp de 86.39 ± 1,145 mV a été obtenu, ce qui montre la bonne durabilité du capteur piézoélectrique spirale-hexagone développé et le potentiel de cette technique à être utilisée pour fabriquer des structures piézoélectriques de forme libre avec des électrodes.  ABSTRACT: Piezoelectric materials serve as transducers to linearly convert mechanical energy to electrical energy and vice versa. Based on this capability, a variety of piezoelectric devices with desired geometry, performance and function have been fabricated for sensing, energy harvesting and actuating applications. Among them, three-dimensional (3D) flexible and conformal piezoelectric composite devices (high piezoelectric ceramic particles as filler; flexible polymers as matrix) are in great demand in many fields such as smart artificial skins, battery-free wearable sensors and energy harvesters, and soft robotics. Conventional manufacturing methods for making the piezoelectric devices such as solution casting, spin-coating, melt-extrusion, electrospinning, limit the complexity of the fabricated structures. Thus, 3D printing techniques such as direct-ink writing (DIW), stereolithography (SLA), digital light processing (DLP) and fused filament fabrication (FFF) have been increasingly used for this purpose. Additionally, to make the electrical connection between the piezoelectric structures (fabricated using conventional or 3D printing techniques) and the interfaces, there is usually an additional step to add electrodes on the piezoelectric structures by painting, sputtering, or attaching conductive tapes or fabrics. The emergence of multi-material 3D printing technique provides an efficient way to combine the piezoelectric structure and electrodes fabrication processes. The purpose of this dissertation is to develop 3D flexible piezoelectric composite devices with electrodes for piezoelectric sensing and energy harvesting applications based on multi-material 3D printing technique. First, to find out the most suitable piezoelectric material for the multi-material 3D printing process, we printed polyvinylidene fluoride (PVDF) films from the commercially available PVDF filament using a FFF 3D printer. We found that the as-printed PVDF films have a low electroactive β phase content (Fβ) of 39%, thus it requires post stretching process to increase the Fβ. The stretched and polarized PVDF films with a dimension of 40 × 20 × 0.06 mm3 (length × width × thickness) have a piezoelectric coefficient (d33) of 7.29 pC/N and a Fβ of 65 % at a stretching ratio (R) of 4 after being polarized under an electric field of 30 V/μm. Although the resulting d33 of the fabricated PVDF films has been substantially enhanced by ~10-100 times higher than the related reported values, the stretching process limits the possibilities of making complex geometries with PVDF. Subsequently, we incorporated high piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) nanoparticles into flexible thermoplastic polyurethane (TPU) matrix and extruded the composite material into an FFF-printable filament (~1.75 mm). The developed TPU/30 vol% PZT piezoelectric composite material has a large elongation at breakage of ~56% and a d33 value of 6.8 pC/N after being polarized by the appropriate poling parameters. A multi-material FFF 3D printing technique was then utilized to fabricate 3D flexible piezoelectric composite lattices with electrodes with our developed piezoelectric composite filament and a commercially available conductive composite (TPU/carbon black) filament. Four types of 3D piezoelectric composite lattices: simple cubic (SC), body-centered cubic (BCC), cuboctahedron (CH) and octet truss (OT) (and one fully dense solid (FD) used as a benchmark) were designed and fabricated. The piezoelectric performance of the lattices was compared by means of experimental and finite element analysis (FEA) methods. At the same maximum compressive force, OT lattice can generate ~two times superior voltage output than FD sample. As a demonstrator, an original multi-material OT piezoelectric composite shoe sole can generate a high peak-to-peak voltage (Vpp) ~ 20 V by human stomping. Further, to fabricate freeform or conformal flexible piezoelectric structures, we conducted a multi-material DIW 3D printing process in a supporting fluid. The developed mineral oil/6% (w/v) fumed silica supporting fluid with appropriate yield stress behaves as a Herschel-Bulkley Fluid. During the printing process, the crosslinked fumed silica network temporarily flows under the stress generated by the moving dispensing needle, and then rapidly recover to a solid state to hold the deposited ink. The compositions of the inks are: polydimethylsiloxane (PDMS)/30 vol% PZT as the piezoelectric composite ink and PDMS/25 vol% silver (Ag) as the conductive composite ink. A comprehensive characterization of the inks' properties (i.e., piezoelectric or conductive behaviors, rheological and mechanical properties) and the rheological behavior of the supporting fluid with different compositions were performed. Three demonstrators: a multi-layer planar film, a conformal non-planar hemisphere and a 3D structure composed of six spirals printed vertically between two hexagon layers (freeform spiral-hexagon) were fabricated and tested under tension or compression tests, respectively. For example, by cyclically compressing the freeform spiral-hexagon structure at 8 Hz for more than 800 cycles, a Vpp of 86.39 ± 1.145 mV was obtained, which shows the good durability of the developed piezoelectric spiral-hexagon sensor and the potential of this technique to be used for fabricating compact freeform piezoelectric structures with electrodes.


identifier: Ashraf, F. B. (2022). In-Rim Antenna Systems for Portable Wireless Handsets  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les normes de communication sans fil modernes, les antennes à rebord métallique sont adoptées en raison de leur résistance mécanique et de leur aspect esthétique améliorés. Depuis qu'un grand écran avec un cadre étroit est devenu le courant dominant des smartphones, l'espace pour les antennes est très limité. Les réseaux d'antennes connectées (CAA) devraient fournir des bandes passantes plus larges, des niveaux de polarisation croisée plus faibles, de meilleurs gains et des tailles plus petites sur les jantes métalliques. CAA occupe également moins d'espace par rapport aux autres types d'antennes, permettant ainsi une plus grande intégration et des densités de réseau plus élevées. Un défi majeur dans de tels systèmes consiste à couvrir les bandes micro-ondes et mmWave introduites pour les normes sans fil de cinquième génération (5G) qui vont de 2 GHz à 38 GHz. La conception de systèmes d'antennes connectées dans la jante pour couvrir les fréquences inférieures à 6 GHz à 28 GHz est une tâche difficile en raison de la taille limitée des appareils portables sans fil. Par conséquent, une solution viable consiste à concevoir deux antennes pour deux bandes dans le même espace. Un concept d'antenne dans l'antenne (AiA) est mis en œuvre  pour résoudre la limitation de taille et également couvrir les deux bandes dans la même structure d'antenne. Dans ce travail, la conception d'un système d'antenne dans la jante utilisant CAA couvrant à la fois les bandes sous-6 GHz et mmWave avec une taille compacte avec quatre éléments est proposée. Le système d'antenne est une intégration entre une structure hyperfréquence et un réseau d'antennes à fentes connectées à ondes millimétriques mettant en œuvre le concept AiA. Des structures CAA à fente unique et en forme de cactus sont conçues pour couvrir les bandes de sous-6 GHz et 26∼30 GHz et permettent les capacités de direction de faisceau. La structure d'antenne CAA unique présente une bande passante (Sij < −10 dB) de 4,23 GHz (26,23–30,46 GHz) avec une efficacité totale de 86,1% et un gain réalisé de 8,94 dBi où les résultats de mesure présentent une bande passante  (Sij < −7,5 dB) de 6,42 GHz (25–31,42 GHz). Le faisceau peut être dirigé jusqu'à ±30o dans cette conception. La structure d'antenne cactus CSAA présente une bande passante (Sij < -10 dB) de 3,27 GHz (26,64–29,91 GHz) avec une efficacité totale de 75,17% et un gain réalisé de 7,76 dBi à 28 GHz. En raison de la tolérance de fabrication, la réponse à deux ports est décalée vers une fréquence plus basse.  ABSTRACT: In modern wireless communication standards, metal rimmed antennas are adopted because of their enhanced mechanical strength and esthetic appearance. Since a large display with a narrow frame has become the mainstream of the smartphones, the space for antennas is very limited. Connected antenna arrays (CAA) are expected to provide wider bandwidths, lower cross-polarization levels, better gains, and smaller sizes on metal rims. CAA also occupy less space as compared to other antenna types, thus allowing for more integration and higher array densities. A major challenge in such systems is covering the microwave and mmWave bands introduced for fifth generation (5G) wireless standards that goes as low as 2 GHz to as high as 38 GHz. The design of in-rim connected antenna systems to cover sub-6 GHz to 28 GHz is a challenging task because of the limited size of wireless handheld devices. Therefore, a viable solution is to design two antennas for two bands in the same space. An antenna-in-antenna (AiA) concept is implemented to solve the size limitation and also cover both bands within the same antenna structure. In this work, the design of an in-rim antenna system using CAA covering both the sub-6 GHz and mmWave bands with compact size along with four elements is proposed. The antenna system is an integration between a microwave structure and a mmWave connected slot antenna array implementing the AiA concept. A single and cactus shaped slot CAA structures are designed to cover the bands from sub-6 GHz and 26∼30 GHz and allow the beamsteering capabilities. The single CAA antenna structure exhibits bandwidth (Sij < −10 dB) of 4.23 GHz (26.23–30.46 GHz) with a total efficiency of 86.1% and realized gain of 8.94 dBi where the measure results exhibit bandwidth (Sij < −7.5 dB) of 6.42 GHz (25–31.42 GHz). The beam can be steered up to ±30o in this design. The cactus CSAA antenna structure exhibits bandwidth (Sij < −10 dB) of 3.27 GHz (26.64–29.91 GHz) with total efficiency of 75.17% and the realized gain of 7.76 dBi at 28 GHz. Due to the fabrication tolerance two ports response is shifted to lower frequency. The beam can be steered up to ±30o in this design. For the microwave band, the bandwidth (S11 < −10 dB) of 110 MHz (3.45–3.56 GHz) with 4.69 dBi of realized gain is achieved. After the tuning of the prototype, it exhibits 350 GHz of bandwidth resonating at 3.69 GHz.


identifier: Saoudi Hassani, M. (2022). Analyse des interactions entre étalement urbain, offre et demande en transport  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'étalement urbain est un phénomène qui prend de plus en plus d'ampleur en transformant le paysage urbain et les habitudes de mobilité des résidents au travers des années. Les réflexions sur le développement durable et la mobilité quotidienne se retrouvent étroitement liées à la compréhension des enjeux qu'engendre ce phénomène. L'anticipation des besoins en mobilité permet d'adopter des décisions éclairées pour le développement de réseaux et infrastructures de transport. Cette anticipation bénéficierait de la compréhension des interactions entre l'étalement urbain, l'offre et la demande en transport. Ce sujet est d'autant plus critique lorsque l'on observe la vitesse de propagation de l'étalement urbain pour les régions canadiennes, qui connaissent une augmentation bien plus rapide en banlieue qu'en centre-ville urbain (D. Gordon et al. 2018). Cette recherche propose un éclairage sur les interactions entre trois grandes sphères : étalement urbain, offre en transport et demande en transport. La notion d'étalement urbain peut sembler intuitive, mais il s'agit d'un phénomène dont les définitions et les mesures varient. La caractériser objectivement nécessite une synthèse des définitions et des mesures de calcul. La méthodologie générale adoptée consiste en l'analyse séparée des trois sphères dans un premier temps puis d'une analyse croisée des résultats obtenus pour clarifier les impacts et effets combinés des évolutions observées.  ABSTRACT: Urban sprawl is a phenomenon that is becoming more and more widespread, transforming the urban landscape and the mobility habits of residents over the years. Reflections on sustainable development and daily mobility are closely linked to understanding the challenges that this phenomenon generates. Anticipating mobility needs enables informed decisions to be made for the development of transport networks and infrastructures. This anticipation would benefit from understanding the interactions between urban sprawl, transport supply and demand. This subject is all the more critical when we observe the speed of propagation of urban sprawl for the Canadian areas, which is growing much faster in the suburbs than in the urban city center (D. Gordon et al. 2018). This research sheds light on the interactions between three major spheres: urban sprawl, transport supply and transport demand. The notion of urban sprawl may seem intuitive, but it is a phenomenon whose definitions and measures vary. To characterize it objectively requires a synthesis of definitions and calculation measures. The general methodology adopted consists of the separate analysis of the three spheres first and then a cross-analysis of the results obtained to clarify the combined impacts and effects of the changes observed.


identifier: Isabelle, A. (2022). Assimilation de données hydrogéophysiques par filtre de Kalman d'ensemble pour l'estimation de la teneur en eau en restauration minière  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le drainage minier acide (DMA) est une problématique environnementale majeure dans l'industrie minière qui survient lorsque les rejets miniers contenant des sulfures réagissent avec l'eau et l'oxygène. Les risques de génération de DMA peuvent être mitigés par la construction de couvertures à effet de barrière capillaire (CEBC) sur les aires d'entreposage des rejets miniers. En effet, ces couvertures possèdent une couche de matériaux fins qui conservent une saturation supérieure à 85 %, ce qui permet de limiter les flux d'oxygène de l'atmosphère vers les rejets réactifs. La performance de la CEBC dépend donc directement du degré de saturation dans la couche de rétention d'eau. La saturation doit ainsi être mesurée adéquatement sur l'ensemble de l'aire d'entreposage des rejets miniers, qui s'étend souvent sur plusieurs hectares. Il s'agit d'un défi important puisque ce suivi repose habituellement sur des mesures précises, mais locales de la teneur en eau. La méthode de tomographie de résistivité électrique (ERT) est intéressante dans ce contexte puisqu'elle permet d'estimer la résistivité électrique sur de larges étendues à faibles coûts. La résistivité peut ensuite être convertie en teneur en eau à l'aide d'une relation pétrophysique. Cependant, les données ERT sont souvent utilisées de façon qualitative en raison des incertitudes reliées à leur traitement par inversion et à la relation pétrophysique. Un traitement conjoint des données ERT et des sondes hydrogéologiques permettrait d'estimer précisément et à grande échelle l'état de teneur en eau dans la CEBC au cours du temps. À cet effet, ce projet propose une approche basée sur les filtres de Kalman d'ensemble (EnKF), qui est une méthode d'assimilation de données séquentielles, capable d'estimer les variables dynamiques (teneur en eau) ou statiques (paramètres de modèles) d'intérêts pour des problèmes non linéaires. L'estimation de la teneur en eau par EnKF repose d'abord sur la prédiction issue d'un modèle théorique (écoulement non saturé unidimensionnel), qui est ensuite corrigée en tenant compte des données disponibles (sondes de teneur en eau et données ERT). Cette approche est prometteuse puisque la combinaison de la prédiction et des données hydrogéophysiques permet d'obtenir la meilleure estimation de la teneur en eau, en minimisant son incertitude. La performance des EnKFs pour l'estimation de la teneur en eau dans la CEBC a d'abord été évaluée à l'aide de cas synthétiques, permettant ainsi de déterminer les paramètres d'assimilation optimaux. Par exemple, l'effet de la taille de l'ensemble, du format des données ERT et du nombre de données assimilées a été étudié. L'assimilation de données par EnKF a généralement permis d'estimer la teneur en eau avec une bonne exactitude (erreur moyenne < 0.01 m3/m3) et une faible incertitude (écart-type < 0.02 m3/m3), ce qui est similaire à la précision des sondes de teneur en eau. Dans les cas où les données assimilées étaient peu sensibles à l'état de teneur en eau, l'estimation était tout de même disponible, mais avec une incertitude importante (écart-type ≃ 0.1 m3/m3). De plus, l'algorithme montre une certaine robustesse face à un modèle théorique inexact, l'erreur moyenne demeurant inférieure à 0.02 m3/m3. Ces performances sont atteintes même en réduisant significativement le nombre de données assimilées, par exemple en ne gardant qu'une seule sonde de teneur en eau dans les résidus. Enfin, l'algorithme a été modifié pour permettre d'estimer simultanément la teneur en eau ainsi que les propriétés hydrogéologiques des matériaux (porosité, perméabilité et paramètres de Van Genuchten). Pour tester l'approche dans des conditions réalistes, une colonne de laboratoire a été construite en reproduisant la structure (géométrie et matériaux) d'une CEBC en cours d'investigation à la mine Canadian Malartic, une mine d'or située au Québec. Des sondes de teneur en eau et des électrodes ont mesuré la teneur en eau et la résistance au cours des 3 mois de drainage de la colonne. De même que pour les cas synthétiques, l'assimilation des données expérimentales hydrogéophysiques a permis d'estimer la distribution de teneur en eau au cours du temps ainsi que les propriétés hydrogéologiques des résidus et stériles miniers. De plus, la teneur en eau estimée par l'assimilation des données ERT a permis de mettre en évidence un biais dans la relation pétrophysique puisque la teneur en eau estimée était inférieure à la teneur en eau mesurée par les sondes. Des pistes de solution ont été proposées afin d'améliorer la relation entre la teneur en eau et la conductivité électrique comme l'estimation des paramètres pétrophysiques par EnKF. Finalement, l'étude du cas synthétique et du cas expérimental simplifié a permis de démontrer le potentiel de l'assimilation de données hydrogéophysiques par EnKF pour l'estimation de la teneur en eau dans les résidus miniers. Plusieurs recommandations ont été effectuées afin d'assimiler des données hydrogéophysiques à plus grande échelle en conditions réelles. Par exemple, la prise en compte des variations de température et de conductivité électrique ainsi que la parallélisation pour accélérer la vitesse de calcul.  ABSTRACT: For the mining industry, acid mine drainage (AMD) is a major environmental issue occurring when tailings containing sulfide minerals are exposed to water and oxygen. Building a cover with capillary barrier effects (CCBE) is generally an efficient way to prevent AMD because the moisture-retaining layer keeps a low gas diffusion coefficient which leads to low oxygen flux from the atmosphere to the reactive wastes. The performance of such covers relies on precise control of the saturation degree in the moisture-retaining layer, which should remain above 85%. Current methods for evaluating the water content uses point measurements (capacitance or TDR sensors) and their representativity is limited since the waste storage facilities often cover several hectares. Time-lapse electrical resistivity tomography (ERT) shows promise as it can monitor changes in the electrical conductivity (EC) of soil on a large scale. EC is directly related to saturation, but it is also affected by other factors such as temperature, porosity, and electrical conductivity of pore water. Also, some well-known limitations are associated with the inversion process (smoothed and non-unique solution), often leading to the use of ERT data in a qualitative way. The interpretation of ERT data could be improved by processing simultaneously other quan- titative information (e.g. point measurements of water content, hydrogeological properties of the materials) in order to estimate water content in the CCBE over large areas with good accuracy. To this end, the project put forward the Ensemble Kalman Filter (EnkF) which is a probabilistic data assimilation approach used for nonlinear problems that have been used successfully for various hydrogeological and geophysical applications, although not widely applied in mining engineering.  It uses an ensemble of realizations to estimate the state variables (e.g. saturation degree, hydrogeological properties) by comparing a theoretical pre- diction (e.g. 1D unsaturated flow model) and some measurements (e.g. moisture probes data or resistance data). Prediction and hydrogeophysical data are combined in order to provide the best estimate of the water content distribution, minimizing its uncertainty. The accuracy of the water content estimation by the EnKF algorithm has been tested with synthetic experiments.  We have discussed the effect of different parameters: the ensemble size, the assimilated data resolution, and the ERT data type. In general, the water con- tent distribution was evaluated with good accuracy (mean error < 0.01 m3/m3) and low uncertainty (standard deviation 0.02 m3/m3). In cases where the assimilated data had a low sensitivity to the water content state, an estimation was still available, but with significant uncertainty (standard deviation 0.1 m3/m3). Moreover, the algorithm is fairly robust against an inaccurate theoretical model, the average error remains below 0.02 m3/m3. This perfor- mance is achieved even when the number of assimilated data is significantly reduced, for example by keeping only one water content probe in the tailings. Lastly, the algorithm was modified to allow simultaneous estimation of the water content as well as the hydrogeological properties of the materials (porosity, permeability and Van Genuchten parameters). To test the approach under realistic conditions, an experimental column was built, repro- ducing the structure of a large-scale CCBE (geometry and materials) under investigation at Canadian Malartic Mine, a gold mine located in Quebec, Canada. Water content and resistance were measured by probes and electrodes during a 3-month infiltration test. As for the synthetic cases, the assimilation of experimental hydrogeophysical data was able to estimate the water content distribution over time as well as the hydrogeological properties of tailings and waste rocks. Moreover, the water content estimated by ERT data assimilation has highlighted a bias in the petrophysical relationship since the estimated water content was lower than the water content measured by the probes. Some solutions have been proposed to improve the relationship between water content and electrical conductivity such as the estimation of petrophysical parameters by EnKF. Finally, the study of the synthetic case and the simplified experimental case allowed to demon- strate the potential of hydrogeophysical data assimilation by EnKF for the water content es- timation in tailings. Several recommendations have been made to extend the methodology to larger-scale hydrogeophysical data under field conditions. For example, taking into account variations in temperature and electrical conductivity as well as parallelization to accelerate the calculation speed.


identifier: Dermont, D. B. (2022). Single-Min LDPC Offset Optimization Methods  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Notre monde est de plus en plus dépendant des technologies à faible consommation d'énergie. Les téléphones mobiles et les ordinateurs portables ont une empreinte énergétique croissante, ce qui nécessite une amélioration constante des technologies employées dans les réseaux de communications. En plus d'augmenter le débit de transmission, les futurs réseaux de communication ont des contraintes en latence, en fiabilité et en consommation énergétique de plus en plus fortes. Bien que ces réseaux évoluent rapidement, les techniques sous-jacentes utilisées pour coder les messages sont restées les mêmes. Si les techniques de codage de canaux ont connu des avancées majeures au cours des 30 dernières années, les changements monumentaux que nous constatons dans la pratique sont le résultat d'innombrables heures d'optimisation et d'adaptation de ces techniques à des technologies comme Ethernet, WiFi et 5GNR. Les codes low-density parity-check (LDPC) sont largement utilisés dans les systèmes de communication. Nous proposons des méthodes pour améliorer davantage l'efficacité énergétique des décodeurs LDPC, en utilisant des décodeurs single-minimum (SM). Contrairement aux décodeurs Min-Sum (MS), ces décodeurs ne calculent qu'un seul minimum pendant l'opération de mise à jour des messages, et appliquent un facteur de correction pour estimer le second. Bien que ces décodeurs soient beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique que les décodeurs utilisés en pratique aujourd'hui, leur taux d'erreur binaire est dégradé en raison de la perte inhérente d'informations générée par l'émulation du second minimum. Les méthodes que nous proposons servent à optimiser les facteurs de correction utilisés dans l'émulation du second-min de manière à atténuer cette dégradation. Dans ce mémoire, nous présentons une formulation générale du problème d'optimisation des facteurs de correcteur SM. Nous présentons ensuite des approches basées sur les simulations Monte Carlo (MC) pour résoudre ce problème, y compris des solutions obtenues avec une nouvelle méthode heuristique, appelée window search algorithm (WSA). Nous explorons également des solveurs basés sur des fonctions objectives à contraintes relaxées qui optimisent des facteurs de correction non-quantifié (valeur réelle). Ces facteurs sont ensuite quantifiés pour étudier l'effet du nombre de bits de quantifications sur les performances en taux d'erreur binaire. De plus, nous avons adapté l'analyse density evolution (DE) aux deux premières itérations du décodage SM, et nous avons proposé une méthode basée sur cette méthode de DE pour optimiser les facteurs de correction émulant le second-min.  ABSTRACT: Our world is increasingly dependent on low power technology. Mobile phones and laptops have a smaller footprint each year, requiring endless improvement on ever-changing technologies. Communication networks require less latency and higher sensitivity to climb to faster transmission speeds and higher bandwidths. However, as fast as these networks change, the underlying techniques used to encode our messages have stayed the same. While there have been major advances in channel coding over the past 30 years, the monumental changes we see in practice are the result of countless hours of optimization and adaptation of those techniques to technologies like Ethernet, WiFi and 5GNR. Low-density parity-check (LDPC) codes are widely used in communication systems. We propose methods for further improving the energy efficiency of LDPC decoders, specifically using single-minimum (SM) decoders - quantized min-sum (MS) decoders which find a single minimum during the parity check operation and apply an offset to estimate the second. While these decoders are far more energy-efficient than decoders employed in practice today, they generally have impractical error-correction performance due to the inherent loss of information generated from second-min emulation. The methods we propose serve to optimize correction factors used in second-min emulation such that this degradation in performance may be mitigated. In this thesis, we have formulated the generalized SM offset problem. We then present Monte Carlo-based (MC) approaches to solve this problem, including solutions gathered with a novel heuristic method, called the window search algorithm (WSA). We explore relaxed-constraint objectives and real-valued decoder results to investigate the effect of quantization constraints. We have additionally extended density evolution (DE) analysis to the first two iterations of SM decoding, and have incorporated a DE-based optimization method for second-min emulation. We evaluate these proposed methods using two different codes (5G and 10G Ethernet standards) and compare with existing optimization methods. We show that, for 10G Ethernet, the WSA optimization method significantly outperform the fixed offset SM decoder at high signal-to-noise ratio (SNR) values. For the 5G code, large BER gains are observed, particularly for the DE method, which also requires less computation time. This method optimizes the SM offsets for only the first two iterations, while the remaining ones are extrapolated. Therefore, we believe that the performance gap between MS and SM decoders can be further reduced. This encourages further investigation to improve DE analysis for SM decoders.


identifier: Favreau, C.-O. (2022). Learning to Rank with BERT for Argument Quality  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À ce jour, la tâche d'ordonnancement de la qualité des arguments demeure un défi. Celle- ci vise à évaluer une mesure de qualité des arguments sous la forme de textes libres. La grande majorité des initiatives faisant partie de l'état de l'art approchent la tâche en utilisant des méthodes d'ordonnancement de type «pointwise», cherchant à prédire un score de qualité absolu. Nous proposons plutôt de chercher à apprendre à ordonner les arguments selon leur mesure relative de qualité. En effet, nous expérimentons avec plusieurs méthodes d'apprentissage d'ordonnancement, tels que des méthodes de type «pointwise», «pairwise» et «list-wise». Nous comparons la performance de chacune de ces méthodes sur la tâche d'ordonnancement de la qualité des arguments. Pour ce faire, nous utilisons la puissante capacité de l'architecture BERT à construire la représentation d'un argument, combinée avec des méthodes d'apprentissage d'ordonnancement, pour ordonner de manière effective les arguments d'une liste selon leur mesure de qualité. De plus, nous démontrons qu'un ensemble de modèles entraînés avec des fonctions de pertes différentes augmente la performance pour l'identification des arguments les plus convaincants d'une liste. Nous comparons l'architecture BERT, combinée à des méthodes d'apprentissage d'ordonnancement, avec les méthodes de l'état de l'art. Nous effectuons cette comparaison sur tous les ensembles de données majeurs de qualité d'argument et démontrons comment une approche d'apprentissage d'ordonnancement présente une meilleure performance à identifier les arguments les plus convaincants d'une liste.  ABSTRACT: The task of argument quality ranking, which identifies the quality of free text arguments, remains, to this day, a challenge. While most state-of-the-art initiatives use point-wise rank- ing methods and predict an absolute quality score for each argument, we instead focus on learning how to order them by their relative convincingness. Therefore, we experiment with several learning-to-rank methods for the argument quality ranking task, including pointwise, pairwise and list-wise learning-to-rank approaches. We compare how each of these methods perform on different argument quality datasets. We leverage BERT's powerful ability in building a representation of an argument, paired with learning-to-rank approaches to rank arguments according to their measure of convincingness. We also demonstrate how an ensemble of models trained with different ranking losses often improves the performance for the identification of the most convincing arguments of a list. We compare BERT coupled with learning-to-rank methods to state-of-the-art approaches on all major argument quality datasets available for the ranking task, demonstrating how a learning-to-rank approach performs better at outlining the topmost convincing arguments.


identifier: Muller Rodrigues, I. (2022). Algorithms and Learning Models for Bug Report Deduplication  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les projets logiciels, une pratique courante consiste à utiliser des système de suivi des bugs (BTSs) afin de gérer et suivre les enregistrements de bogues. Une tâche cruciale pour les BTS consiste à identifier si un nouveau rapport décrit un bogue qui a déjà été signalé, c'est-à-dire s'il s'agit d'un rapport double. La déduplication est également particulièrement pertinente pour les projets dans lesquels les applications sont équipées de systèmes automatisés de signalement des plantages. Ces systèmes sont capables de collecter automatiquement les informations sur un platage et ils regroupent ces informations dans un document, appelé rapport de plantage, qui est soumis dans des les référentiels des plantages. Une partie importante des rapports soumis est en double et, par conséquent, leur détection est importante pour un processus de maintenance logicielle efficace. En raison du volume considérable de soumissions, en particulier dans les applications avec une large base d'utilisateurs, la déduplication manuelle des nouveaux rapports dans les BTS et dans les les référentiels de plantages peut être longue et laborieuse. Par conséquent, en pratique, une telle tâche nécessite le soutien de méthodes automatiques.  ABSTRACT: In software projects, a popular practice is to employ Bug Tracking Systems (BTSs) to manage and track records of bugs. A crucial task for BTSs consists in identifying whether a new report describes a bug that was previously reported or not, i.e., if it is a duplicate report. Deduplication is also particularly relevant for projects where applications are equipped with automated crash reporting systems. These systems are able to automatically collect information about a crash, then grouping it in a so-called crash report. Given the current industrial practice, repositories of crash reports contain a significant amount of duplicate crash reports and, thus, their detection is important for an effective software maintenance process. Due to the considerable submission volume, specially in applications with a wide user base, the manual deduplication of new reports in both BTSs and crash repositories can be time-consuming and laborious. Hence, in practice, such task requires the support of automatic methods.


identifier: Braymand, M. (2022). Développement d'une procédure de compensation géométrique d'outillage pour la fabrication de pièces composites à renforts tressés par infusion sous vide  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux composites sont reconnus pour leur contribution à l'allègement des avions, leur offrant un compromis entre performances mécaniques et poids inatteignable par d'autres matériaux conventionnels. Cependant, la mise en forme de pièces en composite, tels que les polymères renforcés de fibres de carbone, est parfois encore un procédé manuel pour l'aéronautique. Cela entraîne des problématiques de répétabilité de procédé et de coût de production. Ainsi, des développements de procédés automatisés ont été initiés comme le tressage. Des recherches montrent le potentiel des pièces structurelles à renforts tressées pour y subvenir. Cependant, aucun empilement de tresses typique pour un cadre d'avion n'a été relevé dans la littérature. À ce jour, la revue de littérature n'a relevé que peu de modèles prédictifs des déformations induites durant la fabrication de composites à renforts tressés. Ces modèles sont lourds et demandent beaucoup de caractérisations. Les distorsions induites par le procédé de fabrication sont compensées en général par une approche essai-erreur, qui peut se révéler onéreuse. La revue de littérature ne montre pas de méthode systématique pour compenser les distorsions géométrique pour des géométries complexes. Pour répondre à ces problématiques, une réponse est proposée dans ce mémoire sous la forme de trois sous-objectifs de recherche. Le premier objectif consiste à concevoir un cadre en Z tressé. Une configuration typique de plis préimprégnés d'un cadre en service a servi de référence. Deux cas de chargements ont été évalués, un en traction et un en flexion. Un empilement de tresses pour un cadre a été établi par une méthodologie spécifique. Ce cadre tressé a des performances analogues à la configuration de référence, étant 1.5% moins rigide en flexion et 7.9% moins rigide en traction. Le second objectif consiste à développer un modèle éléments finis thermomécanique d'une pièce composite à renforts tressés. Il prédit les distorsions angulaires d'un cadre en Z. Des infusions de résine ont été effectuées pour l'évaluer. Elles ont été réalisées sur deux outillages, un en aluminium et un en PEI imprimé 3D. Le modèle a prédit les distorsions angulaires avec une justesse en valeur absolue de 0.1°et 1.2°, pour les deux angles évalués. Néanmoins, pour le cas où l'écart de justesse est de 1.2°, cet écart s'explique par la présence d'une zone riche en résine. Le troisième objectif consiste à développer un module de compensation géométrique d'outillage d'infusion. Ce module prend la forme d'un algorithme qui se couple avec le modèle thermomécanique développé. Il a été validé en retrouvant les angles de l'outillage utilisé avec en angles cibles des mesures d'angles des expériences d'infusion. Un écart absolu de l'ordre de 0.05° pour l'angle A2 et de 1.2_ pour A1 ont été observé. L'écart pour l'angle A1 est attribué à la présence de zone riche en résine.  ABSTRACT: Composite materials are acknowledged to lighten aircraft, giving them a compromise between mechanical performance and weight unreachable by other conventional materials. However, the processing of composite parts, such as carbon fiber reinforced polymer composites, can remain a manual process in the aerospace. It can cause repeatability and process cost issues. Reviewed litterature indicate the potential of braided composites part for aircraft structures. However, braided layup design guidelines for aircraft frames could not be found. The literature review has revealed few models to predict process-induced distortion in braided composites. These models are complex, have long computational times and require a lot of characterization. Process-induced distortions are generally compensated by a trial-error approach, which has often been revealed to be less cost-effective. Besides, the literature does not yet provide a systematic distortion compensation strategy for complex geometries. The general objective of this research is to develop an efficient method to geometrically compensate process-induced distortions of a braided Z frame. The first specific objective is to design a braided Z frame. Typical preimpregnated plies laminates in service have been used as a baseline. Two loading cases have been evaluated, one in traction and the other in bending. A stacking sequence of braids has been determined using a specific methodology. The designed braided frame shows similar performances compared to the reference laminate, being 1.5% less rigid in flexion and 7.8% less rigid in tension. The second specific objective is to develop a finite element thermomechanical model of a composite braided part. It predicts the spring-in of a Z frame. Resin infusion experiments have been done to evaluate the model's accuracy. They have been made using aluminum and 3D printed PEI tools. The model predicts spring-in with the accuracy of 0.1° and 1.2°, for the two evaluated angles. For the cases where the accuracy is 1.2_ the deviation is explained by the presence of a resin-rich area. The third specific objective involves to develop a geometric compensation module of an infusion tooling. This module is an algorithm that uses the developed thermomechanical model. This module has been validated by retrieving the angles of the used tool, with measured data as a target angle. One of the two angles has been recovered with a 0.05° deviation. For the other angle a difference of 1.2_ has been observed. This difference is attributed to the presence of a resin-rich area.


identifier: Hassani, R. (2022). Evaluation of Time-Domain and Phasor-Domain Methods for Power System Transients  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les chercheurs et les ingénieurs utilisent largement la méthode des transitoires électromagnétiques (EMT) dans les études des systèmes électriques. La méthode EMT prend en charge la simulation des modèles en détail. Cependant, la vitesse de simulation est compromise en raison de la taille des pas de temps d'intégration. La thèse utilise la méthode Dynamic Phasor (DP) pour tenter d'accélérer les simulations transitoires des systèmes électriques. La méthode DP permet d'utiliser de grands pas de temps pour simuler avec précision la dynamique du système électrique dans une bande de fréquence centrée autour de la fréquence souhaitée. La thèse présente et améliore les méthodes de simulation disponibles pour les transitoires du système électrique, à savoir : Domaine de phaseur (PD), Domaine de phaseur triphasé (3pPD), EMT et DP. Ensuite, les résultats de simulation et les temps de simulation des méthodes sont comparés pour les cas de test pratiques présentés. De nouvelles démonstrations et comparaisons non disponibles auparavant sont effectuées. Parmi les améliorations apportées aux modèles, la thèse propose un nouveau modèle de machine synchrone basé sur la méthode DP, qui utilise des variables de phase dynamique plutôt que des variables temporelles instantanées. Ce modèle tient compte des harmoniques pour présenter une simulation précise des événements déséquilibrés. De plus, cette thèse explore l'approche DP pour la simulation des Perturbations Géomagnétiques (GMD). La simulation utilise l'harmonique DC pour présenter l'effet de GMD dans le réseau. Un modèle de saturation du transformateur et de la machine synchrone est présenté, qui utilise la fréquence fondamentale et l'harmonique CC pour modéliser GMD.  ABSTRACT: Researchers and engineers extensively utilize the Electromagnetic Transients (EMT) method in studies of power systems. EMT approach allows for detailed modeling. However, the simulation speed is compromised due to the size of the integration time steps. The dissertation uses the Dynamic Phasor (DP) method to try to accelerate transient simulations of the power systems. The DP method allows using large time steps to accurately simulate power system dynamics within a frequency band centered around the desired frequency. The thesis presents and improves available simulation methods for power system transients, namely: Phasor Domain (PD), Three-phase Phasor Domain (3pPD), EMT, and DP. Then, the simulation results and simulation timings of the methods are compared for presented practical test cases. New, not previously available, demonstrations and comparisons are made. Amongst improvements in models, the thesis proposes a new synchronous machine model based on the DP method, which uses dynamic phasor variables rather than instantaneous time-domain variables. This model accounts for harmonics to present an accurate simulation of unbalanced events. Furthermore, this thesis explores the DP approach for the simulation of Geomagnetic Disturbances (GMDs). The simulation uses the DC harmonic to present the effect of GMD in the network. A saturation model of the transformer and synchronous machine is presented, which uses fundamental frequency and DC harmonic to model GMD.


identifier: Li, L. (2022). Characterization of brittle deformation in geological composite materials (felsic mylonites and layered sedimentary rocks) and estimation of paleostresses  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La  rhéologie  des  roches  polyphasées  (par  exemple,  les  roches  polyminérales  et  les  roches sédimentaires stratifiées) est devenue l'un des domaines de recherche les plus dynamiques des sciences de la Terre au cours des 25 dernières années. Cependant, les processus de déformation des matériaux composites géologiques sont compliqués car les composants compétents et incompétents ont tendance à se déformer de différentes manières sous les mêmes conditions de température et de pression. La déformation fragile des composants compétents est généralement contrôlée par la déformation ductile des composants incompétents dans lesquels ils sont encastrés. Par conséquent, la déformation fragile et les microstructures résultantes des composants compétents contiennent des informations importantes pour interpréter les propriétés mécaniques et le comportement rhéologique de leurs matériaux incompétents environnants, ainsi que des informations sur l'amplitude de la contrainte géologique. Sur la base de mesures et d'analyses sur la caractérisation de la déformation fragile dans les gneiss et mylonites felsiques, et les roches sédimentaires intercalées, la présente étude vise à trouver des piézomètres  appropriés  pour estimer les contraintes différentielles dans les matériaux composites géologiques de la croûte terrestre. Cette thèse se compose de cinq chapitres. Le chapitre 1 introduit les concepts de base de la mécanique des milieux continus et les modèles mécaniques pour décrire les processus de déformation des matériaux composites géologiques. Dans ce cadre, chaque aspect lié à la déformation des matériaux composites géologiques, les méthodes de mesure de la contrainte, de la déformation et de la vitesse de déformation, les divers mécanismes de déformation et les structures correspondantes, la mécanique de la rupture, la loi d'écoulement et les modèles mécaniques existants sont brièvement présentés avec une revue critique. Le chapitre 2 traite des données de micro-boudinage de tourmaline mesurées à partir d'échantillons de gneiss granitique et de mylonite felsique des zones de cisaillement Gaoligong et Chongshan dans le Province de Yunnan, dans le sud-ouest de la Chine. Après avoir examiné de manière critique le piézomètre construit sur le modèle de fracturation à mi-parcours, un nouveau piézomètre de micro-boudinage est développé sur la base du modèle de transfert de contrainte induite par cisaillement interfacial. Le nouveau piézomètre de micro-boudinage a une forme simple: τ =0.25C/(L/W), où τ est la contrainte d'écoulement de cisaillement de la matrice ductile (par exemple, le quartz polycristallin), C représente la résistance à la rupture par traction d'un minéral colonnaire (par exemple, tourmaline), et L et W sont la longueur et largeur du micro- boudin, respectivement. En prenant la résistance à la traction de la tourmaline C=145 MPa comme la valeur estimée, l'application du piézomètre sur les échantillons des zones de cisaillement de Gaoligong donne des contraintes d'écoulement de cisaillement de 21-61 MPa pour les gneiss granitiques et les mylonites felsiques. Les micro-boudins formés plus tôt ont des rapports longueur/largeur moyens toujours plus élevés que ceux formés plus tard, ce qui suggère que les roches ont enregistré une histoire tectonique de durcissement continu avant la cessation de la plasticité du quartz. L'application du piézomètre sur des échantillons de la zone de cisaillement de Chongshan, combinée à des observations microstructurales, des estimations indépendantes de la température de déformation, des âges géochronologiques précis de divers systèmes isotopiques et des données géophysiques régionales, fournissent des informations sur les taux  de  déformation,  les  contraintes  différentielles et  leurs  corrélations  avec la température et la profondeur correspondante pour la matrice de quartz polycristallin.  Les   contraintes différentielles calibrées par cette loi d'écoulement sont encadrées par les bornes inférieures et supérieure obtenues respectivement par Luan et Paterson (1992) et Gleason et Tullis (1995), et sont très proches de la moyenne géométrique de ces deux bornes. Le chapitre 3 vise à étendre l'applicabilité du piézomètre de micro-boudinage établi à base de tourmaline à d'autres minéraux. Le feldspath, en tant que l'un des minéraux les plus abondants dans la croûte, présente généralement un comportement fragile dans une matrice déformée plastiquement dans les conditions du faciès des schistes verts, ce qui en fait un excellent choix pour l'expansion du piézomètre. Différent des micro-boudins de tourmaline de forme régulière, les micro-boudins de feldspath sont traités comme des fibres circulaires-tronquées-coniques dans l'analyse mécanique. Un piézomètre de micro-boudinage de feldspath est établi avec la résistance à la traction estimée du feldspath. Nous appliquons le piézomètre sur des échantillons de mylonite granitique, dans lesquels des micro-boudins de feldspath incrustés dans la matrice ductile de quartz, provenant des zones de cisaillement de la rivière Rouge, de Chongshan et de Gaoligong dans le Yunnan, dans le sud-ouest de la Chine. Les contraintes différentielles estimées à partir des micro-boudins de feldspath formés plus tard sont plus importantes que celles formées plus tôt, représentant une évolution au cours de l'exhumation de la mylonite vers le haut de la transition cassante-ductile. Les résultats du piézomètre à micro-boudinage à feldspath et du piézomètre à quartz recristallisé sont largement cohérents dans la plage d'incertitudes. Le piézomètre de micro-boudinage, combiné aux résultats des mesures de déformation finie, aux estimations de température de déformation et aux données thermochronologiques, offre des informations assez précieuses sur les propriétés rhéologiques des roches felsiques déformées. Le chapitre 4 rapporte la caractérisation de deux types de joints orthogonaux (réseau en échelle et système de grille de fractures) dans des roches sédimentaires stratifiées à Sainte-Anne-des-Monts, (Québec, Canada), Ausable Chasm (NY, USA) et Beauharnois (Québec, Canada), et propose une nouvelle interprétation pour la formation des joints orthogonaux de type grille de verrouillage. Les relations entre l'espacement des joints (s) et l'épaisseur du lit (t) des joints systématiques et des joints croisés dans les lits de grès de la Formation de la Tourelle dans la région de Sainte- Anne-des-Monts sont étudiées. Sur la base d'une analyse avec le modèle de transfert de contrainte de fracturation proche de l'extrémité, une loi de puissance: s=mt1-1/k est proposée pour la relation entre s et t, où m est égal à la moitié du rapport de la résistance à la traction de la couche à la contrainte de cisaillement d'interface, et k est le module de Weibull. Avec la valeur m, la contrainte de cisaillement prévalant dans le schiste peut être calculée si la résistance à la traction du grès a été déterminée expérimentalement. La valeur m est significativement plus grande pour les joints croisés que pour les joints systématiques, ce qui indique que la contrainte de cisaillement interfaciale normale aux joints systématiques était supérieure à la contrainte de cisaillement interfaciale normale aux joints croisés, d'un facteur moyen de 3.1, au cours de leurs formations. Sur la base de l'investigation anatomique des joints orthogonaux de type grille de verrouillage dans le grès de Potsdam d'âge cambrien à Ausable Chasm (NY, USA) et Beauharnois (Québec, Canada), une nouvelle interprétation est proposée selon laquelle les joints orthogonaux verticaux peuvent résulter de la effets auxétiques du grès riche en quartz en l'absence de rotation des contraintes locales ou régionales. Dans les terrains de grès à plat avec des joints orthogonaux verticaux largement espacés et étroitement espacés, σ2* et σ3* sont respectivement en traction et perpendiculaires à des ensembles largement espacés et étroitement espacés, alors que la contrainte verticale (pression de surcharge) est toujours compressive (σ1), au moment de la fracturation. Le rapport d'aspect des blocs de grès délimités par des joints orthogonaux est corrélé à la valeur du coefficient de Poisson négatif du grès. Le chapitre 5 est une discussion générale reliant les résultats et les interprétations des chapitres précédents et enfin le chapitre 6 expose brièvement les principales conclusions de la présente étude et énumère les travaux qui devraient être menés à l'avenir.  ABSTRACT: Rheology of polyphase rocks (e.g., polymineralic rocks and layered rock terrains) has become one of the most active frontiers of Earth sciences during the last 25 years. However, the deformation processes of geological composite materials are complicated because competent and incompetent components tend to deform in different manners under the same temperature and pressure conditions. Brittle deformation in competent components is generally controlled by ductile deformation of the incompetent components in which they embedded. Therefore, brittle deformation and resultant microstructures in competent components bear significant information for interpreting the mechanical properties and deformation behavior of their surrounding incompetent materials, as well as information for the stress magnitude. Based on measurements and analysis on characterization of the brittle deformation in felsic gneisses, mylonites and interlayered sedimentary rocks, the present study aims to find out proper piezometers to estimate the differential stresses prevailing in geological composite materials and to explore their applications on calibrating the paleostresses for the rocks deformed in the Earth's crust. This dissertation consists of five chapters. Chapter 1 introduces basic concepts in continuum mechanics and the mechanical models for describing the deformation processes of geological composite materials. Under this framework, each aspect related to deformation of geological composite materials, measurement methods of stress, strain and strain rate, various deformation mechanisms and corresponding structures, fracture mechanics, flow law, and the existing mechanical models, are introduced in detail with critical review. Chapter 2 deals with tourmaline microboudin data measured from felsic gneiss and mylonite samples from the Gaoligong and Chongshan shear zones in Yunnan, Southwest China. After critically reviewing the piezometer built on the mid-point fracturing model, a new microboudinage piezometer is developed based on interfacial shear-induced near-end fracturing stress transfer model. The new microboudinage piezometer has a simple form: τ =0.25C/(L/W), where τ is the shear flow stress of the ductile matrix (e.g., polycrystalline quartz), C is the tensile fracture strength of a columnar mineral (e.g., tourmaline), and L/W is the length/width ratio of the microboudin. Taking tourmaline tensile strength C=145 MPa as estimated, the application of the piezometer on the samples from the Gaoligong shear zones yields the shear flow stresses of 21- 61 MPa for felsic gneisses and mylonites. The earlier formed microboudins have consistently larger mean length/width ratios than the later formed ones, suggesting that the rocks recorded a tectonic history of continuous hardening prior to the cessation of quartz plasticity. Meanwhile, application of the piezometer on samples from the Chongshan shear zone, combined with microstructural observations, independent estimates of deformation temperature, accurate geochronological  ages  of  various  isotopic  systems  and  regional  geophysical  data,  provides constraints on strain rates, differential stresses and their correlations with temperature and corresponding depth for the polycrystalline quartz matrix. The differential stresses calibrated by this flow law are bracketed by the lower and upper bounds obtained by Luan and Paterson (1992) and Gleason and Tullis (1995), respectively, and are very close to the geometrical mean of these bounds. Chapter 3 aims to expand the applicability of the microboudinage piezometer established based on tourmaline to other minerals. Feldspar, as one of the most abundant minerals in the crust, commonly exhibits brittle behavior in plastically deformed matrix under the greenschist-facies conditions, which makes it an excellent selection for the expansion of the piezometer. Different from the tourmaline microboudins with regular shape, the feldspar microboudins are treated as a circular-truncated-conical fibers in the mechanical analysis. A feldspar microboudinage piezometer is established with the estimated tensile strength of feldspar. We apply the piezometer on granitic mylonite samples, in which feldspar microboudins embedded in the ductile matrix of quartz, from the Red River, Chongshan and Gaoligong shear zones in Yunnan, Southwest China. The differential stresses estimated from the later formed feldspar microboudins are larger than the earlier formed ones, depicting an evolution during exhumation of the mylonite upwards the brittle-ductile transition. The results from the feldspar microboudinage piezometer and the quartz recrystallized grain-size piezometer are largely consistent within the range of uncertainties. The microboudinage piezometer, combined with results of finite strain measurements, deformation temperature estimates, and thermochronological data, offers valuable information about rheological properties of deformed felsic rocks. Chapter 4 reports the characterization of two types of orthogonal joints (ladder-pattern network and fracture grid-lock system) in layered sedimentary rocks in Sainte-Anne-des-Monts, (Quebec, Canada), Ausable Chasm (NY, USA) and Beauharnois (Quebec, Canada), and proposes a new interpretation for the formation of the grid-lock type orthogonal joints. Joint spacing (s)-bed thickness (t) relationships of the ladder-pattern systematic and cross joints in the sandstone beds of the Tourelle Formation in the region of Sainte-Anne-des-Monts are investigated. Based on analysis with the near-end fracturing stress transfer model, a power law: s=mt1-1/k is proposed for the s-t relationship, where m equals half the ratio of layer tensile strength to interface shear stress, and k is the Weibull modulus. With the m value, the shear stress prevailing in shale can be calculated if the tensile strength of sandstone has been experimentally determined. The m value is significantly larger for cross joints than systematic joints, indicating that the interfacial shear stress normal to systematic joints was higher than the interfacial shear stress normal to cross joints, by a mean factor of 3.1, during their formations. Based on the anatomic investigation on the grid-lock type orthogonal joints in the Potsdam sandstone of Cambrian age at Ausable Chasm (NY, USA) and Beauharnois (Quebec, Canada), a new interpretation is proposed that the vertical orthogonal joints may result from the auxetic effects of quartz-rich sandstone in the absence of local or regional stress rotation. In the terrains of flat-lying sandstone with widely spaced and narrowly spaced vertical, orthogonal joints, both σ2* and σ3* are tensile and perpendicular to widely spaced and narrowly spaced sets, respectively, whereas the vertical stress (overburden pressure) is always compressive (σ1), at the time of fracturing. The aspect-ratio of sandstone blocks bounded by orthogonal joints is correlated with the value of negative Poisson's ratio of the sandstone. Chapter 5 is a general discussion linking results and interpretations of former chapters and finally Chapter 6 briefly outlines the main conclusions of the present study and lists the work that should be conducted in the future.


identifier: Su, M. (2022). Élaborer un environnement de test pour la vérification et la validation d'applications réseaux configurables sur FPGA  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le Software-Defined Networking (SDN) est une architecture importante qui a émergé au cours des années 2010. Elle introduit la séparation de plan de contrôle et de plan de données dans les périphériques réseau tel que les commutateurs et les routeurs. Cette architecture permet à l'utilisateur de définir la logique du plan de données et de centraliser le contrôle de ressource. La programmabilité des applications réseau est largement augmentée donc divers types d'équipements reprogrammables sont développés. Les FPGA, parmi d'autres approches, sont largement utilisés comme plateformes SDN en raison de leur haute reprogrammabilité, de leur flexibilité et de leur coût raisonnable. Cependant, avec l'augmentation rapide de la complexité du matériel, le débogage devient de plus en plus difficile. Les bogues dans les périphériques réseau se traduisent par des pertes financières pour les fournisseurs de services réseau et dégradent la qualité de l'expérience pour les utilisateurs. Les outils de simulation ne peuvent pas garantir une couverture complète des pannes, car les bogues peuvent se manifester à tout moment dans le matériel. Pour atténuer ces problèmes, nous proposons un outil de co-vérification matériel/logiciel (HW/SW) qui cible les périphériques réseaux programmables. Le système intègre une simulation logicielle et une mise en œuvre matérielle précises au cycle d'horloge. Pour la mise en œuvre du logiciel, des outils ouverts tel que CocoTB et GHDL ont été utilisés. La partie matérielle est implémentée dans un FPGA, incluant le modèle à tester (Device Under Test (DUT)) et les interfaces de test. Les données peuvent être extraites des ports d'entrée/sortie (I/O) du DUT pendant l'exécution en temps réel. L'insertion des données produites par le banc de test logiciel est également prise en charge. Pour l'implémentation matérielle, des expériences rapportées ont été menées sur la plateforme DE10-Standard et la plateforme NetFPGA-SUME. Cette première est une carte de développement générale sous l'environnement d'Intel. Cette dernière est une nouvelle carte spécifique au développement de programme réseau équipée avec les ports Internet de haut débit. Pour identifier la source d'un bogue, les assertions matérielles sont supportées par l'environnement. Il permet de capturer les données avant et après la présentation d'une assertion.  ABSTRACT: During the last decade, new architectures in data network systems have been applied. Software-Defined Networking (SDN) introduces control plane and data plane separation in network devices such as switches and routers. This architecture allows the user to define their own logic of the data plane and centralize resource control. The programmability of network applications is greatly increased therefore various types of reprogrammable equipment are developed. Among various hardware platforms, due to their high reprogrammability, flexibility and reasonable cost, FPGAs are widely used to implement SDN components. However, with the rapid increase of complexity in hardware, debugging becomes more and more difficult. Bugs in network devices translate to financial losses for the network service providers and degrade the quality of experience for the users. Simulation tools cannot guarantee complete fault coverage, as bugs can manifest themselves at any time in live hardware. To mitigate these issues, we offer a hardware / software (HW / SW) co-verification tool that targets programmable network devices. The system integrates precise software simulation and hardware implementation providing cycle accurate modeling. For the software implementation, open-source tools such as CocoTB and GHDL were used. The hardware part embeds in programmable hardware, including the Device Under Test (DUT), and its test interfaces. Data can be extracted from the input/output (I/O) ports of the DUT during real-time execution. Data insertion, produced by the software testbench, is also supported. For the hardware implementation, reported experiments were implemented on the DE10-Standard platform and the NetFPGA-SUME platform. The first is a general development board operating under the Intel environment. The latter is a new specific network programming development card equipped with high-speed Internet ports. To simplify the bug targeting, the hardware assertion is supported by the environment. It allows data to be captured before and after an assertion has triggered.


identifier: Nguiadem, C. (2022). Aide à la conception d'appareils d'assistance robotisée du membre supérieur pour un mouvement réaliste et écoénergétique  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les appareils d'assistance robotisés du membre supérieur tels que les prothèses et les robots de réadaptation permettent de compenser sa fonction motrice en cas de différence de membre (amputation et agénésie), ou d'améliorer sa récupération motrice en rééducation chez des personnes avec des troubles neuromoteurs selon le contexte. Ces aides techniques à la motricité permettent de redonner une autonomie maximale aux personnes affectées par une déficience motrice du membre supérieur. Malgré les avancées majeures qu'a connues le domaine d'assistance robotisée du membre supérieur ces dernières années, la qualité cinématique reste un problème commun aux prothèses et aux robots de réadaptation du membre supérieur. L'objectif de cette thèse était de développer une solution d'aide à la conception d'appareils d'assistance robotisée du membre supérieur pour un mouvement réaliste et écoénergétique, basée sur l'analyse cinématique et dynamique. À cet égard, nos trois objectifs spécifiques étaient de : (1) Identifier les méthodes et les défis associés à la planification du mouvement des systèmes robotiques d'assistance du membre supérieur; (2) Quantifier l'impact de la topologie des mécanismes prothétiques du membre supérieur sur le réalisme du mouvement et sur la consommation énergétique; (3) Développer un banc d'essai de mécanisme robotisé représentant le mouvement réaliste du membre supérieur. La première étude a montré que la planification du mouvement dans les systèmes robotiques pour l'assistance du membre supérieur est moins étudiée (seulement 67 articles ont été trouvés sur le sujet dans les 20 dernières années) et que la plupart des méthodes planifient la trajectoire du mouvement hors ligne. De plus, les méthodes de planification basées sur l'optimisation et celles basées sur les expressions analytiques sont les plus courantes (22%). Les autres études ont permis d'établir que la topologie du mécanisme utilisé affecte les performances de la prothèse en lien avec la consommation d'énergie, l'erreur de reconstruction du mouvement, et l'apparence dynamique ou le réalisme du mouvement. Ces paramètres de comparaison étaient pertinents et chacun d'eux a présenté au moins un groupe de différence (p <0.0001) dans les deux tâches étudiées : flexion-extension (FE) et pronation-supination (PS). En outre, la majorité des mécanismes en boucle fermée ont présenté de meilleurs paramètres par rapport aux mécanismes en boucle ouverte, sauf pour l'erreur de reconstruction (50% et 100% des mécanismes en boucles fermées respectivement en FE et en PS étaient moins énergivores; les mouvements les moins réalistes ont étés obtenus avec deux mécanismes en boucle ouverte avec le moins de degrés de liberté (DDL) au poignet (0 DDL et 1 DDL) qui ont présenté des indices quantitatifs du jerk ou d'à-coup  (jerk cost) les plus élevés, soit 1.73 ± 0.30 × 1010 en FE et 9.29 × 1013 en PS). Il a été également possible d'identifier le mécanisme proposé comme le meilleur mécanisme prothétique du membre supérieur, car moins énergivore (2.07 ±0.69 kJ en FE et 0.25 ±0.16 kJ en PS), biofidèle (avec les erreurs de reconstructions plus faibles : 1.39 ± 0.2 mm en FE et 1.38 ± 0.25 mm en PS) et présente une bonne fluidité du mouvement. Ce meilleur mécanisme prothétique a conduit ensuite à un prototype physique qui a permis dans la dernière étude de développer un banc d'essai pour l'évaluation quantitative des systèmes robotiques d'assistance du membre supérieur. En plus, il a été possible de quantifier de manière reproductible la plage de mouvement de pronation-supination (PS) entre 151.55° et 160.97° (proche de 155° c'est-à-dire 70/85 qui tend à la plage de la PS naturel ou encore de 150° pour les tâches quotidiennes) et les couples articulaires précises et reproductibles. Ensuite, la fiabilité test-retest était excellente (α = 0.96-0.98) pour les mesures intrasession et excellente ou bonne (α = 0.93 and α = 0.81-0.86) pour les mesures intersession. Ces résultats ont permis de valider la précision et la reproductibilité du banc d'essai.   Par conséquent, cette thèse a mis en évidence l'importance de la modélisation multicorps pour l'analyse cinématique et dynamique des mécanismes robotiques en réadaptation, afin de soutenir la conception biofidèle des appareils d'assistance robotisée du membre supérieur – notamment les prothèses pour un mouvement réaliste et écoénergétique. Elle nous a également permis d'apporter notre pierre à l'édifice à l'optimisation de la qualité cinématique dans les robots de thérapie et d'assistance, afin de mieux planifier leur mouvement pendant l'assistance du membre supérieur.  Finalement, en tant qu'une preuve de concept et un outil d'évaluation quantitative dans ce travail, le banc d'essai proposé pourra être utilisé pour analyser d'autres segments corporels et donc étudier d'autres appareils d'assistance robotisée.  ABSTRACT: Robotic assistive devices for upper limb such as prostheses and rehabilitation robots help compensate limbs motor function loss when upper limb difference (due to amputation and congenital defects), or improve motor recovery in physical therapy among individuals with neuromotor defects depending on the context. These technical aids to motor skills are necessary to restore the maximum autonomy possible to people with disabilities related to motor deficits of the upper limb (especially for amputees and people with neuromotor disorders), i.e. to bring the patient as close as possible to his functional state before the motor deficit. Despite major advances in the field of upper limb assistance in recent years, kinematic quality remains a common problem for upper limb prostheses and rehabilitation robots.  The objective of this thesis is to develop a support tool for the design of robotic assistance devices of the upper limb for realistic and energy-efficient movement, based on the kinematic and dynamic analysis. In this regard, our three specific objectives were to : (1) Identify the methods and challenges associated with the motion planning for robotic devices used for upper-limb assistance; (2) To quantify the impact of the topology of upper limb prosthesis mechanisms on the realism of movement and on energy consumption during activities of daily living; (3) To develop a robotic mechanism test bench representing realistic movement of the upper limb. The first study showed that motion planning in robotic systems for upper limb assistance is less studied (only 67 articles found on the topic in the last 20 years) and most of the identified methods plan the motion trajectory off-line. In addition, optimization-based planning methods and analytical expression-based methods are the most common (22%). The other studies also showed that the topology of the mechanism used affects the performance of the prosthesis in relation to energy consumption, the ability to reconstruct motion, and the dynamic appearance or realism of the motion; these comparison parameters were relevant and each showed at least one group difference (p <0.0001) in the two tasks studied: flexion-extension (FE) and pronation-supination (PS). In addition, the majority of closed-loop mechanisms showed better parameters compared to open-loop mechanisms, except for reconstruction errors (50% and 100% of closed-loop mechanisms in FE and PS respectively were less energy intensive; the least realistic movements were obtained with two open-loop mechanisms with the fewest degrees of freedom (DOF) at the wrist (0 DOF and 1 DOF) which presented the highest quantitative jerk cost indices (1.73 ± 0.30 × 1010 in FE and 9.29 × 1013 in PS). It was also possible to identify the proposed mechanism as the best arm prosthesis mechanism, as it is less energy consuming (2.07 ±0.69 kJ in FE and 0.25 ±0.16 kJ in PS), biofidelic (with lower reconstruction errors: 1.39 ± 0.2 mm in FE and 1.38 ± 0.25 mm in PS) and has a good fluidity or dynamic appearance of movement. This improved prosthetic mechanism then led to a physical prototype which, in the last study, enabled the development of a test bench for quantitative evaluation of upper limb robotic assistive devices. In addition, it was possible to reproducibly quantify the range of motion of pronation-supination (PS) between 151.55° and 160.97° (close to 155° i.e. 70/85 proper to natural PS or 150° for everyday tasks) and the precise and reproducible joint torques. Secondly, the test-retest reliability was excellent (α = 0.96-0.98) for the within-session measures and excellent or good (α = 0.93 and α = 0.81-0.86) for the between-session measures. These results validated the measurement's accuracy and the reproducibility of the test bench. Consequently, this thesis highlighted the importance of multibody modeling for kinematic and dynamic analysis of prosthetic mechanisms to support the biofidelic design of robotic upper limb assistive devices - especially prostheses for realistic and energy-efficient motion. It has also allowed us to contribute to the planning of exoskeleton movement during upper limb assistance.  Finally, as a proof of concept and a quantitative evaluation too in this work, the proposed test bench could be used to analyze other body segments and therefore study other robotic assistive devices.


identifier: Marhaba, M. (2022). Analysis of CNN Computational Profile Likelihood on Adversarial Attacks and Affine Transformations  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux d'apprentissage automatique peuvent être vulnérables lorsqu'il s'agit de classer les entrées qui sont hors de la distribution observée pendant l'entraînement. Pour identifier ces cas, qui pourraient être interprétés différemment et éventuellement mal classés à cause de cette différence, nous proposons une approche non paramétrique basée sur les classes, inspirée de Surprise Adequacy Deep Learning Likelihood (SADL). Nous ciblons la partie entièrement connectée des réseaux de neurones convolutifs (CNN) et estimons la probabilité conditionnelle des niveaux d'activation des neurones internes d'un réseau pendant la reconnaissance. Les distributions observées lors de l'entraînement et des tests sont prises comme point de référence et sont comparées à celles observées lors du traitement des profils de calcul d'autres cas non familiers tels que les attaques adversariales et les transformations affines. Deux catégories de ces entrées non familières sont considérées: celles qui sont dans la distribution des entrées d'entraînement (In-Distribution - InD) et celles qui sont hors distribution des entrées d'entraînement (Out-Of-Distribution - OOD). Un seuil linéaire basé sur sigma est utilisé pour séparer les cas InD des cas OOD. Toutes les expériences sont effectuées sur des CNN entraînés à l'aide d'un sous-ensemble de la base de données MNIST-fashion, qui est un ensemble d'images de vêtements accessible au public. Pour éliminer les biais associés à l'utilisation d'un seul réseau, des expériences finales sont effectuées sur dix réseaux avec des structures différentes et cinq variantes d'un réseau entraîné sur les mêmes entrées.  ABSTRACT: Machine learning networks can be vulnerable when it comes to classification of inputs that are out of the distribution that is observed during training. To identify these cases, which could be interpreted differently and possibly misclassified due to this difference, we propose a non-parametric class-based approach based on Surprise Adequacy Deep Learning Likelihood (SADL).We target the fully connected part of Convolutional Neural Networks (CNNs) and estimate the conditional probability of a network's internal neuron activation levels during recogni- tion. The distributions observed during training and tests are taken as a point of reference and compared with those observed when processing computational profiles of other unfa- miliar cases such as adversarial attacks and affine transformations. Two categories of these unfamiliar inputs are considered: those that are In-Distribution (InD) of the training inputs, and those that are Out-Of-Distribution (OOD) of the training inputs. A linear sigma-based threshold is used to separate the InD cases from the OOD cases. All experiments are performed on CNNs trained using a subset of the MNIST-fashion database, which is a publicly available set of clothing images. To eliminate bias associated with using one single network, final experiments are performed on ten networks with different structures and five variants of one network trained on the same inputs.