identifier: Bonnet, Fabien  (2019). Méthode de mesure individuelle de l'exposition sonore effective intra-auriculaire en milieu de travail.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
acoustique
santé et sécurité du travail
bruit
mesure exposition sonore
dosimétrie intra-auriculaire

abstract:
De nombreux travailleurs sont exposés quotidiennement à des niveaux de bruit susceptibles d’endommager leur audition. De ce fait, la mesure de l’exposition sonore est essentielle afin d’identifier et évaluer des solutions correctives pour protéger adéquatement les travailleurs. Cependant, les méthodes et les technologies de mesure conventionnelles de l’exposition sonore ne permettent généralement pas de rendre compte de manière fiable des variations de bruit que peut subir un travailleur dans son milieu, ni de l’atténuation procurée par le port éventuel de protecteurs auditifs. Pour pallier à ces problèmes, des dosimètres de bruit intra-auriculaires (DIA) sont apparus au cours des dernières années, offrant l’avantage d’une mesure continue directement dans le conduit auditif, en-dessous, le cas échéant, des protecteurs auditifs. Néanmoins, l’utilisation des DIAs est encore soumise à plusieurs problématiques.

Cette thèse par articles constitue une étude en trois étapes principales, chaque étape répondant à une de ces problématiques. Tout d’abord, les résultats de tests d’égalisation de sonie effectués sur 18 sujets humains suggèrent que la charge acoustique appliquée au conduit auditif n’affecte en rien la sensibilité auditive, et que le risque de dégradation de l’ouïe engendré par une pression acoustique donnée au tympan est donc indépendant du port ou non de protecteurs auditifs. Ensuite, des méthodes et une instrumentation ont été développées pour permettre une calibration individuelle et sur le terrain des DIAs. Une série d’expériences impliquant des participants humains ont montré que ces méthodes, ainsi que les prototypes utilisés, pouvaient servir à déterminer, pour la première fois, des corrections acoustiques individuelles pour une dosimétrie intra-auriculaire pratiquée en oreille ouverte, ou encore sous un bouchon protecteur ou un casque anti-bruit. Enfin, ces mêmes prototypes ont été utilisés pour le développement d’une approche visant à détecter, et à exclure au besoin, les perturbations sonores émises par un individu alors qu’il est équipé d’un DIA. Cette approche, testée en laboratoire sur 14 sujets humains, s’est avérée particulièrement efficace dans le cas de mesures effectuées sous un bouchon d’oreille.

De façon générale, cette thèse présente les méthodes, outils et connaissances développés pour permettre la mesure individuelle de l’exposition sonore effective intra-auriculaire en milieu de travail. En réduisant significativement le nombre de contraintes associées aux DIAs, de tels travaux devraient avoir des répercussions considérables en matière de prévention des risques de traumatisme auditif liés à l’activité professionnelle. Les résultats obtenus montrent que les avancées réalisées sont particulièrement propices à des mesures s’appliquant à des travailleurs munis de bouchons d’oreille, mais pourront éventuellement couvrir une large gamme de conditions de bruit et de port de protecteurs auditifs.


identifier: Guerroumi, Nassim  (2019). Segmentation automatique par apprentissage profond de la colonne vertébrale scoliotique à partir d'images de résonance magnétique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject:
apprentissage profond
segmentation
CNN
scoliose
corps vertébral
disque intervertébral
colonne vertébrale
IRM

abstract:
Ce projet de maîtrise vise le recours à l’IRM pour porter assistance aux cliniciens dans la planification du traitement de la scoliose idiopathique de l’adolescent. Celle-ci est une pathologie qui occasionne une torsion et une courbure de la colonne vertébrale qui entraînent des déformations 3D complexes dans les cas les plus graves. L’IRM offre sur le plan sagittal un accès visuel net aux deux principales structures anatomiques en lien avec cette pathologie : les disques intervertébraux (DIVs) et les vertèbres. La discectomie par thoracoscopie est une procédure chirurgicale minimalement invasive du rachis employée dans certains traitements de la scoliose. Ayant une visualisation limitée de la colonne vertébrale durant la procédure, le chirurgien a recours à un système de navigation par ordinateur qui nécessite l’utilisation d’une caméra endoscopique qui prend des images de la colonne vertébrale du patient en temps réel pour mettre à jour un modèle préopératoire 3D obtenu par IRM suite à un recalage 3D/2D. Toutefois, la mise en place du modèle préopératoire 3D implique une segmentation des corps vertébraux (CVs) et des DIVs. De ce fait, l’objectif de cette recherche est de proposer une méthode de segmentation simultanée des DIVs et CVs à partir d’IRM de patients atteints de scoliose idiopathique.

L’émergence de l’apprentissage profond et le succès dont il fait preuve en segmentation d’images de par ses performances et sa capacité de généralisation sur des données diverses, nous a menés naturellement à nous en servir pour résoudre ce problème. À travers la revue de littérature, on peut constater que la segmentation simultanée des DIVs et CVs à partir d’IRM en ayant recours à l’apprentissage profond n’est pas explorée. Les travaux existants se focalisent sur l’une des deux structures uniquement. De plus, leur validation sur des données de patients scoliotiques ne semble pas être réalisée. La restriction de l’accès aux images médicales est un sérieux obstacle d’autant plus que les approches basées sur l’apprentissage profond sont gourmandes en termes de données d’apprentissage.

Dans le cadre de notre projet, nous avons construit une base de données à partir de deux sources. La première est composée d’un nombre important d’images de sujets non scoliotiques alors que la deuxième est constituée d’un nombre limité d’images de patients scoliotiques. Nous avons proposé un pré-traitement pour nettoyer et normaliser ces images de sorte à rehausser leur contraste, apparier les deux bases de données et effectuer une augmentation de données à travers des stratégies géométriques.  L’entraînement de notre modèle de segmentation simultanée des DIVs et CVs passe par un apprentissage supervisé en deux temps. Nous entraînons d’abord un modèle avec des images de sujets non scoliotiques. Ensuite, ce modèle est ré-entraîné avec les images de patients scoliotiques. Dans les deux étapes, nous avons utilisé un réseau de neurones convolutif (CNN) dont l’architecture est de type encodeur-décodeur. Par contre, nous avons introduit une opération de recalibration des caractéristiques nommé Spatial and Channel Squeeze and Excitation (scSE) pour mettre en avant les plus discriminantes. Nos images souffrent d’un déséquilibre de classes où l’arrière-plan de l’image est plus dominant que les DIVs et les CVs. Pour alléger ce problème, nous avons ajouté un terme basé sur le coefficient de Kappa de Cohen à la fonction de l’entropie croisée de notre fonction objectif.

Nos expériences montrent que nos choix méthodologiques sont payants. En exprimant la qualité des résultats en termes de coefficient de Dice, nous obtenons dans le cas de la segmentation des CVs, une moyenne de 85% de bonnes prédictions sur l’ensemble de la base de données de test et une moyenne de 78% dans le cas de segmentation des DIVs. Nous avons ainsi démontré qu’une segmentation multi-classes a produit de meilleures performances par rapport à une segmentation binaire en deux temps (un modèle pour les DIVs et un autre pour les CVs). Aussi, le transfert d’apprentissage et l’utilisation de blocs scSE ont tous deux dévoilé tout leur intérêt et leur complémentarité. Le premier a permis au modèle de mieux se familiariser avec les images de patients scoliotiques et ainsi étendre la représentation des DIVs et CVs aux déformations qu’ils pouvaient subir dans le contexte de la scoliose. Le second a doté le modèle d’une meilleure capacité de généralisation, ce qui a pour conséquence directe d’avoir une compréhension générale plus large des DIVs et CVs.

La contribution que nous apportons à travers ce projet se manifeste par l’intérêt que nous portons à la scoliose en validant notre approche sur des IRMs de patients scoliotiques. À l’instar de ce qui est proposé dans la littérature de segmentation de la colonne vertébrale à partir d’IRM en ayant recours à l’apprentissage profond, notre approche se distingue par la segmentation simultanée des CVs et DIVs, les deux plus importants repères osseux dans le traitement de la scoliose. De plus, le recours à une stratégie qui prend en compte le poids des caractéristiques à travers l’utilisation du bloc scSE n’a pas été explorée dans la littérature. Pour des études futures, nous proposons d’étendre l’architecture actuelle afin d’inclure de l’information multi-modalité et multi-échelle. La première information servira à généraliser le modèle et être performant sur un plus grande nombre de modalités IRM. Le second servira à assurer une invariance par rapport à l’échelle. Pour pallier le problème crucial de manque de données de patients scoliotiques, nous proposons de recourir à un auto-encodeur variationnel dans le but d’apprendre une représentation latente de ces données scoliotiques afin de générer de nouvelles images qui pourraient être utilisées durant l’entraînement. À terme, le modèle proposé permettra une segmentation automatique des disques et des corps vertébraux qui pourra être utilisée dans plusieurs applications cliniques. Une fois le modèle entrainé, un recalage 3D/2D en temps réel d’un modèle préopératoire 3D de la colonne vertébrale et d’une radiographie intra-opératoire pourra être effectué dans le cadre des chirurgies minimalement invasives du rachis. De plus, notre modèle permettra une fusion multimodale automatique d’un volume IRM avec une reconstruction 3D radiographique de la colonne vertébrale et la topographie de surface du tronc, dans le cadre de la simulation de l’effet de la chirurgie de la colonne sur l’apparence externe du tronc de patients.


identifier: Dion Gagnier, Guillaume  (2019). Analyse de la méthode P-RAT et caractérisation des argiles de la mer Champlain par la vitesse de propagation des ondes de cisaillement Vs.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vitesse des ondes de cisaillement
argile
caractérisation
piézoélectricité
automatisation

abstract:
La vitesse de propagation des ondes de cisaillement Vs, en plus d’être un paramètre essentiel à l’analyse parasismique des sites, peut aussi servir à la caractérisation des sols. Actuellement, plusieurs relations empiriques avec Vs existent dans la littérature, mais peu de ces relations s’appliquent aux argiles de la mer Champlain. Ce mémoire a donc pour but de caractériser en laboratoire des argiles de la mer Champlain par Vs avec la méthode P-RAT. En plus d’ajouter des mesures de Vs à la banque de données existantes, ce mémoire vise à améliorer les connaissances quant à la réalisation de ces mesures qui présentent, à ce jour, encore des défis complexes.

À cause de son efficacité à mesurer Vs, la méthode P-RAT commence à être de plus en plus utilisée. Il a donc été entrepris, durant ce projet, d’automatiser la méthode d’interprétation des signaux et de caractériser avec des mesures en laboratoire les anneaux P-RAT. Cette entreprise avait comme double objectif d’améliorer l’objectivité de l’interprétation des signaux et la conception des anneaux piézoélectriques.

L’analyse des résultats a d’abord démontré que l’algorithme d’automatisation permet d’automatiser la méthode d’interprétation seulement lorsque la fenêtre de fréquence servant à la convergence est connue. Aux vues des résultats, la fenêtre de fréquence semble varier en cours d’essai et ce, d’un échantillon à l’autre et d’un capteur à l’autre.

En ce qui concerne la caractérisation des anneaux P-RAT, il a été démontré que les différents types d’assemblage P-RAT ont un impact sur le comportement piézoélectrique de l’anneau en réduisant leur fréquence de résonnance et en diminuant leur déplacement. L’analyseur d’impédance a aussi témoigné de son efficacité quant à la caractérisation des anneaux P-RAT.

De plus, dix échantillons d’argile de la mer Champlain du Québec ont été caractérisés avec un essai de consolidation dans lequel des anneaux P-RAT ont été insérés. En somme, l’analyse montre que l’indice de plasticité et le pourcentage d’argile ont une influence sur Vs.


identifier: Kuate Togue, Honoré  (2019). Influence des additifs sur l'usinabilité des composites GFRP.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
additifs
argile
cire
agent mouillant
usinage
détourage
température
rugosité
forces de coupe
énergie de surface
propriétés mécaniques
traction axiale
flexion
cisaillement
composites
GFRP

abstract:
De nos jours, les matériaux composites sont très répandus dans différentes applications pour leurs nombreuses propriétés. Un de leurs avantages est la mise en forme du matériau près de la forme finale de la pièce requise. Par ailleurs, pour les applications demandant une précision dans les dimensions finales des composantes, il s’avère nécessaire de recourir à des opérations de parachèvement telles que le détourage, le perçage et parfois même le fraisage. Les composites étant des matériaux très abrasifs, ces opérations sont sujettes à la génération de chaleur à l’interface couteau/matière. Ceci est la source de nombreux défauts, tels l’arrachement de fibres, l’apparition de fibres non coupées, le délaminage et parfois même l’altération de la matrice polymère lorsque la température de coupe dépasse celle de la transition vitreuse de la matrice. Un tel endommagement thermique de la surface peut sévèrement dégrader les propriétés mécaniques du matériau.

Cette recherche a pour but de modifier la matrice époxy d’un composite de fibres de verre, Glass Fiber Reinforced Polymer (Polymère Renforcé de Fibre de Verre) (GFRP), durant sa mise en forme, par l’ajout d'additifs sous forme de micro particules afin d’en étudier l’effet sur la température de coupe pour l’opération de détourage. L’étude s’attarde également à analyser l’effet des différents additifs sur le fini des surfaces produites, les efforts de coupe, de même que sur certaines propriétés mécaniques du matériau. Les additifs considérés sont l’argile, la cire de même qu’un agent mouillant. Un total de sept mélanges ont fait l’objet de comparaison avec un composite de référence produit avec une résine sans additifs.

Il s’avère que les trois additifs et leur combinaison, ont un effet très bénéfique permettant de réduire la température de coupe jusqu’à une proportion de près de 25 % pour une longueur de coupe de 100 mm. L’état de surface évalué par des mesures de rugosité (Ra), s’est vu amélioré d’une proportion de 73,1 % dans le cas du mélange incluant une combinaison des trois additifs. Pour cette même combinaison, il a également été observé une diminution significative de la force d’avance de coupe d’une valeur de près de 82 %. Cependant, les performances en traction axiale pour l’ensemble des stratifiés contenant l’additif d’agent mouillant (AM) se sont vues détériorées. L’effet contraire a été observé lorsque l’agent mouillant est absent des mélanges. Dans ce cas, les propriétés en traction ont subi une augmentation de 25% pour le stratifié incluant l’argile combiné à la cire. Cependant, les essais en flexion et en cisaillement sans AM, ont plutôt conduit à une réduction de contrainte de l’ordre de 20 %. En ce qui concerne l’énergie de surface de coupe, le stratifié contenant l’agent mouillant a révélé une énergie de surface de coupe supérieure à celle sans AM. En effet, l’énergie de surface de coupe contenant l’agent mouillant atteint une valeur maximale de 45,2 mJ/m² évaluée avec la méthode de Owens/Wendt.


identifier: Abram, Xavier Andrew  (2019). Développement d'un système d'assistance à la marche pour les personnes en perte d'autonomie.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: assistance à la marche

subject: perte de mobilité

subject: vieillissement de la population

subject: exosquelette robotique

subject: modélisation

subject: commande par amplification de sensibilité

subject: chaussure instrumentée

abstract:
L’espérance de vie des populations occidentales a augmenté de manière considérable durant le dernier siècle. Malheureusement, la perte d’autonomie associée avec le vieillissement représente un défi de taille pour la société de demain. Un des aspects précipitant la perte d’autonomie est la perte de mobilité, car la diminution des capacités physiques a des conséquences directes sur l’autonomie, la vie sociale, l’estime de soi et éventuellement les capacités cognitives. Les personnes en perte de mobilité deviennent donc rapidement dépendantes de leur communauté.

Ce projet a comme objectif la conception d’un système d’assistance à la marche de type exosquelette, dénommé HRMS-I (Hermès-un), spécifiquement adapté aux besoins des personnes en perte de mobilité. Les recherches sur les exosquelettes étant généralement orientées vers le développement de solutions militaires ou portées sur la mobilité des personnes ayant un handicap, il est essentiel de définir les besoins spécifiques à la problématique du projet. Afin d’y parvenir, une analyse des efforts typiques de la vie quotidienne est menée et les caractéristiques anthropomorphiques de la population visée sont identifiées. Ensuite, une étude du type de motorisation optimal et une conception mécanique préliminaire sont effectuées. Une architecture électrique est proposée, le dimensionnement du bloc-pile pour rencontrer les requis de mobilité quotidienne est couvert et une solution de mesure des efforts d’interface au sol à l’aide de quatre cellules de force conçues sur mesure est développée. Finalement, les approches de commandes sont abordées et un modèle cinématique est développé et comparé avec les résultats d’un système de mesure optoélectronique.


identifier: Mah, Firmin  (2019). Sélection de réseaux d'accès sans fil hétérogènes pour les dispositifs multihôtes à l'aide des processus de décision de Markov.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseaux sans fil hétérogènes
sélection de réseau d’accès
processus décisionnel de Markov
multihôte
multichemin
MPTCP

abstract:
Les réseaux sans fil établis par les opérateurs combinent plusieurs technologies radio et couvrent de larges zones permettant aux utilisateurs de rejoindre le réseau coeur de l’opérateur en utilisant des interfaces réseaux correspondant à diverses technologies radio. L’utilisateur qui se trouve dans un tel environnement de réseaux sans fil hétérogène a un choix à faire quant aux réseaux d’accès à utiliser, car ce choix influe sur la qualité des transmissions des données. L’idée d’utiliser plusieurs technologies conjointement pour transférer un même flux de données a fait son chemin et a été concrétisée en 2013 par le protocole multichemin, Multipath TCP (MPTCP), applicable tant au filaire qu’au sans-fil.

Dans cette thèse, d’une part, nous proposons deux modèles de sélection de réseaux d’accès dans les réseaux sans fil hétérogènes dénommés UFMDP (Utility Function and Markov Decision Process) et IUMDP (Integrated user Utility in Markov Decision Process). Ces modèles prennent en compte les utilités conjointes de l’opérateur et de l’utilisateur. L’utilité de l’opérateur utilise un cadre économique basé sur la notion de prix caché du noeud d’accès dérivé de la théorie des processus décisionnels de Markov. Ce cadre permet de tenir compte des comportements dynamiques des utilisateurs dans un réseau (fréquences d’accès, durée des connexions et noeuds d’accès utilisés). L’utilité de l’utilisateur s’appuie sur une fonction qui exprime sa satisfaction en regard des valeurs de métriques de qualité de service reçues.

D’autre part, nous proposons une implémentation de MPTCP dans un simulateur de réseaux informatiques pour permettre des tests sur les propositions d’amélioration de l’utilisation concrète de MPTCP. Cette implémentation, basée sur la RFC 6824 (Request For Comments), est utilisée pour proposer un répartiteur de flux aux différentes sous-sessions de MPTCP.

Les simulations portent sur les comparaisons des modèles de sélection de réseaux d’accès proposés et la méthode de sélection de réseaux d’accès conventionnelle basée sur la puissance du signal reçu RSS (Received Signal Strength). Ces simulations combinent les méthodes de sélection de réseau d’accès et les transferts de données en chemin unique puis en multichemin utilisant MPTCP. Les résultats des simulations illustrent une augmentation significative du revenu que l’opérateur tire de l’utilisation de ses réseaux avec les modèles de sélection de réseaux d’accès proposés, ainsi que des améliorations sur des valeurs des métriques de Qualité de Service (QoS) pour les utilisateurs comparativement à celles obtenues avec la méthode RSS. Le répartiteur proposé montre un bon comportement concernant les débits de données des utilisateurs comparativement au répartiteur expérimental proposé dans MPTCP.


identifier: Basta, Mohamed  (2019). Supply chain social responsability : its approaches and their systemic nature.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
gestion de chaines d’approvisionnement
responsabilité sociale des entreprises
pensée systémique
pratique de systèmes critique
durabilité sociale
risque social

abstract:
To help supply chains better manage their social responsibility messes, this research set out to uncover the underlying biases, strengths and weaknesses of the relevant literature and the approaches it developed and employed in order to offer a solid foundation for future research. The scientific contribution of this body of research is to offer new insights about current research and practices with regard to their problem-solving bases from a systemic perspective.

Social responsibility messes are due to supply chain vulnerabilities instigating reactions from stakeholders forcing the former to change its conduct. Such vulnerabilities include: environmental damage; child labor; poor working conditions; indifference toward community traditions; favouring foreign workers; etc. Moreover, reactions manifest in many forms including: negative societal perception; bad press; consumer boycotts; shareholder activism; pressure from worker rights groups; brand and reputation damage; regulation pressure; legal action; operational disruptions; lost shareholder value; lost cost advantage; lost customer loyalty; lost product status; etc.

This research is organized into three phases, each resolving part of its overall objective, and the findings of which served as input to the next phase and inspired its direction.

Phase one mapped the supply chain social responsibility literature in order to collect and classify evidence on the most prolific supply chain social responsibility approaches. The goal was to understand how the messes of interest are actually handled. Such evidence highlighted knowledge clusters, knowledge gaps, and missed opportunities. The findings revealed that Corporate Social Responsibility, Sustainable Reporting, and Social Life Cycle Assessment are amongst the most employed approaches whereas systems thinking is highly underused.

The second phase further investigated the scarce use of systems thinking in the literature. The goal was to understand, from systems thinking perspective, how capable the literature is in offering viable solutions that can handle the complex nature of the messes of interest. The findings revealed that the literature is insufficient with regard to pluralism in perspective while being distributed over a number of paradigms to various degrees, therefore confined within these paradigms’ constraints.

The third phase set out to develop a better alternative approach to the messes of supply chain social responsibility by accomplishing two goals: firstly, understanding how the most prolific measures are fallible from a systems thinking perspective as well as determining their underlying systemic paradigms; and secondly, how Critical Systems Thinking can be used to design superior interventions that better identify and address the messes of interest while using the tools and methods from the already existing approaches. The development of the framework was only possible after the analyses of the strengths and weakness of three of the most prevalent approaches and their paradigm pertinences.


identifier: Vejdani, Parisa  (2019). Design of agile signal conditioning circuits for microelectromechanical sensors.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
hacheur
faible bruit
faible consommation
fréquence de coupure basse
amplificateur à double hacheur
sensibilité à la capacité
sensibilité élevée

abstract: Microelectromechanical systems (MEMS) are used in many applications to detect physical parameters and convert them to an electrical signal. The output of MEMS-based transducers is usually not suitable to be directly processed in the digital or the analog domain, and they could be as small as femto farads in capacitive sensing and micro volts in resistive sensing. Consequently, high sensitivity signal conditioning circuits are essential. In this thesis, it is shown that both the noise and input capacitance are important parameters to ensure optimal capacitive sensing. The dominant noise source in MEMS conditioning circuits is flicker noise, and one of the best methods to mitigate flicker noise is the chopping technique. Three different chopping techniques are considered: single chopper amplifier (SCA), dual chopper amplifier (DCA), and two-stage single chopper amplifier (TCA). Also, their sensitivity and power consumption based on the total gain and sensing capacitance are extracted. It is shown that the distribution of gain between the two stages in the DCA and TCA has a significant effect on the sensitivity, and, based on this distribution, the sensitivity and power consumption change significantly. For small sensor capacitances, the highest sensitivity could be achieved by a DCA because of its ability to decrease the noise floor and the input sensor capacitance simultaneously. A novel DCA is proposed to reach higher sensitivity and reduced power consumption. In this DCA, two supply voltages are utilized, and the second stage is composed of two parallel paths that improve the SNR and provide two gain settings. This circuit is fabricated in the GlobalFoundries 0.13 μm CMOS technology. The measurement results show a power consumption of 2.66 μW for the supply voltage of 0.7 V and of 3.26 μW for the supply voltage of 1.2 V. The single path DCA has a gain of 34 dB with bandwidth of 4 kHz and input noise floor of 25 nV/√Hz. The dual path DCA has a gain of 38 dB with bandwidth of 3 kHz and input noise floor of 40 nV/√Hz. To be able to detect the signal near DC frequencies, another circuit is proposed which has a configurable bandwidth and a sub-μHz noise corner frequency. This circuit is composed of three stages, and three chopping frequencies are used to mitigate the flicker noise of the three stages. The simulated circuit is designed in the GlobalFoundries 0.13 μm CMOS technology with supply voltages of 0.4 V and 1.2 V. The total power consumption is of 6.7 μW. A gain of 68 dB and bandwidths of 1, 10, 100 and 1000 Hz are achieved. The input referred noise floor is of 20.5 nV/√Hz and the design attains a good power efficiency factor of 4.0. In the capacitive mode, the noise floor is of 3.6 zF for a 100 fF capacitance sensor.


identifier: Farzanehkaloorazi, Mohammadhadi  (2019). Optimizing task placement in robotic cells.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
manipulateurs sériels
manipulateurs parallèle
cinématique
espace de travail
optimisation
redondance
PSO

abstract:
The primary objective of this dissertation is to develop novel and practical techniques for optimal task placement in robotic cells. To this end, it is shown how task placement affect the efficiency of the cell, whether the task is automated fiber placement to create composite materials, gluing or inspection. Here, efficiency of the cell is defined by either cycle time of the production or distance to singularity, having collision avoidance as a constraint. Task placement, even for one robotic arm, is an under-constrained problem in nature. This issue drastically grows in case of redundant robotic cells. Actuator redundancy in robotic cells is added by either a positioner or another manipulator.

This work is focused on taking advantage of redundancy in robotic cells and optimizing it for better performance. One of the main challenges here is to identify the number of independent placement parameters. Therefore, we ignore ineffective variables and only focus on minimum number of parameters possible. Hence, faster optimization process and more precise results are obtained. Another challenge is in motion planning of redundant cells. Because there can be infinite solutions for such cells, there is room for optimization. In this work, we propose methods to fix the optimal placement of the task and, furthermore, assign the optimal motion planning to all manipulators in the cell, simultaneously.

A novel method is proposed to identify the number of independent parameters and applied to a gluing path for a coordinated redundant robotic workcell. The workcell consists of a generic six-DOF serial manipulator and a one-DOF redundancy provider (RP). Two cases of RPs are investigated, namely a rotary table and a linear guide. An innovative method using swept volume is proposed for determining the number of independent parameters for both cases under study. The outcome of this study is an intuitive method to identify the number of independent parameters in redundant cells. The results are compared between using all initial parameters, as contrary to only the independent ones. It is proven that the proposed method improves the optimization efficiency by 32%. Moreover, the performance of the rotary table is compared to the linear guide, for a specific gluing application.

Optimization methods in this work are based on Particle Swarm Optimization (PSO). A workcell consisting of a six degrees of freedom (DOF) serial manipulator, a six-DOF parallel manipulator and a rotary table mounted on the parallel manipulator is studies for automated fiber placement task. The solution to motion planning is obtained considering the singularities of the serial manipulator and the workspace boundaries of all manipulators. The algorithm to obtain the optimum path placement is explained through a simple example and the results for a helix path with nearly 2,700 points around the workpiece is represented. The results for motion planning are represented where distance to singularity is maximized, collision avoidance and workspace boundaries are respected. The result is obtained after 10 iterations with 20 particles. This outcome of this study is a reliable and easy to apply motion planning algorithm to be used in redundant cells.

Another challenge in this work is combinatorial task placement that arises in robotic inspection cells. The goal is to improve the efficiency of a turbine blade inspection cell through optimizing the placement of the camera and optimizing the sequence of the images. The workcell contains a six-DOF serial manipulator that is holding the blade and shows it to the camera from different angles, whereas the camera takes inspection images. The problem at hand consists of a six-DOF continuous optimization for camera placement and discrete combinatorial optimization of sequence of images (end-effector poses). A novel combined approach is introduced, called Blind Dynamic Particle Swarm Optimization (BD-PSO), to simultaneously obtain the optimal design for both domains. Our objective is to minimize the cycle time, while avoiding any collisions in the workcell during the inspection operation. Even though PSO is vastly used in engineering problems, novelty of the proposed combinatorial optimization method is in its ability to be used efficiently in the traveling salesman problems where the distances between cities are unknown (blind) and the distances are subject to change (dynamic). This highly unpredictable domain is the case of the inspection cell where the cycle time between images will change for different camera placements. The cycle time is calculated based on weighted joint travel time of the robot. All the eight configurations of the robot are taken into the consideration, therefore, robot’s configuration is optimized in the final result as well. The outcome of this study is an innovative hybrid algorithm to simultaneously solve combinatorial and continues problems. Results show fast convergence and reliable motions. The test of benchmarks selected from TSPLIB shows that the results obtained by this algorithm are better and closer to the theoretical optimal values with better robustness than those obtained by other methods. The best placement of camera and best image sequence (for 8 images) is obtained after 11 iterations using 30 particles.

In general, the main results of this thesis are three algorithms: an algorithm to obtain minimum number of placement parameters in redundant robotic workcells; an algorithm for motion planning of highly redundant cells; and an algorithm to optimize camera placement and simultaneously obtain the optimal image sequence in an inspection cell.


identifier: Roberge, Etienne  (2019). Développement d'un système de programmation par démonstration de tâches d'insertion pour la robotique collaborative.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
contrôle par admittance
apprentissage par démonstration
apprentissage profond

abstract:
Depuis maintenant quelques années, la robotique collaborative nous permet de déployer des robots rapidement dans des environnements plus ou moins contrôlés. À l’aide de technique d’apprentissage kinesthésique, la démonstration d’un point dans l’espace ou d’un déplacement au robot est plus rapide que jamais. Par contre, il est encore difficile de démontrer une tâche complète à l’aide d’une telle méthode puisque le robot ne connaît que les points dans l’espace montré. Dans ce projet, nous avons développé un système permettant de démontrer une tâche d’insertion physiquement au robot et utiliser cette démonstration pour construire un programme répétant la tâche exécutée.

Dans un premier temps, nous avons développé un contrôle par admittance variable pour la démonstration de tâches d’insertion. Notre technique se distingue par sa capacité à ajuster la rigidité du contrôle lorsque le bras robotique se trouve en situation d’insertion d’objet. Dans un deuxième temps, nous étudions l’utilisation de l’apprentissage profond pour la détection et la localisation de tâches d’insertion à l’intérieur d’une démonstration complète. Nous avons utilisé les forces mesurées au poignet du robot pour déterminer si une tâche d’insertion a eu lieu pendant une démonstration. Finalement, nous avons développé un générateur de programme capable de construire une routine de robotique sur un robot Universal Robot. Ce générateur programme automatiquement les trajectoires ainsi que les techniques d’insertion à utiliser pour rejouer la démonstration.


identifier: Léveillé-Guillemette, Frédéric  (2019). Évaluation des impacts énergétiques et environnementaux de différents modes d'agriculture urbaine en environnement contrôlé.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: agriculture intégrée au bâtiment

subject: agriculture urbaine

subject: analyse du cycle de vie

abstract:
La densification des villes, l’augmentation de la demande de production agricole, l’accessibilité alimentaire, la participation citoyenne, la promotion de l’économie locale, la réduction du transport ou la réduction de l’empreinte environnementale sont d’autant de raisons qui expliquent l’intérêt grimpant pour l’agriculture urbaine. Dans un climat québécois, les productions soutenues sur toute l’année doivent se faire dans des espaces contrôlés. Plusieurs types d’espaces d’agriculture contrôlée peuvent s’intégrer en ville : serres traditionnelles, serres sur toit ou encore des espaces d’agriculture intégrée au bâtiment (eAIB) comme des cultures hydroponiques empilées verticalement. Toutefois, les impacts potentiels de ces types de production peuvent être très différents et sont actuellement peu connus. Également, peu de données sont disponibles pour l’analyse de ces types de production. Dans une optique de réduction de l’empreinte environnementale de la production agricole, il importe de quantifier les impacts potentiels de ces nouveaux types de production.

L’objectif principal de ce mémoire est de quantifier les impacts environnementaux potentiels de différents types de production agricole en environnement contrôlé pouvant s’intégrer en ville dans un contexte énergétique québécois. Pour ce faire, quatre scénarios sont comparés en utilisant la méthode d’analyse environnementale du cycle de vie (ACV) : (1) une serre traditionnelle sur sol, (2) une serre sur toit, (3) un eAIB avec éclairage naturel et artificiel, (4) un eAIB avec éclairage artificiel uniquement, qui sont soit chauffées au gaz dans le cas des serres ou climatisés avec des systèmes électriques pour les eAIB. Comme il existe très peu de données disponibles sur les consommations énergétiques de tels scénarios, des modèles énergétiques sont montés pour chaque scénario à l’aide d’outils de simulation de la performance de bâtiment (SPB). Une calibration d’un premier modèle (serre sur sol) est également effectuée afin de renforcer la confiance dans les estimations des gains thermiques des plantes et des consommations énergétiques associées au maintien des conditions de culture (température et humidité). Le modèle calibré a permis d’évaluer certaines mesures de conservation de l’énergie. Parmi les mesures analysées, les économies d’énergie varient entre 5% et 30% et la mesure avec la période de retour sur investissement la plus rapide est l’isolation du mur nord (entre 9 et 16 ans à 3,36 $/GJ).

En ce qui a trait aux résultats de l’ACV, ils tendent à démontrer qu’aucun scénario ne performe mieux dans toutes les catégories d’impacts environnementaux. Les scénarios de la serre sur toit et de l’eAIB avec éclairage naturel obtiennent de meilleurs scores de façon générale pour l’ensemble des catégories. Le score du réchauffement climatique potentiel varie entre 0.62 et 2.79 kg CO2 eq. L’analyse de sensibilité effectuée tend à démontrer que les types d’éclairage et le transport n’affectent pas les tendances générales des résultats, mais que les sources d’énergie de chauffage peuvent grandement influencer les résultats. Au Québec, la priorité devrait être donnée à l’utilisation d’énergies renouvelables (maximisation de l’éclairage naturel, utilisation d’électricité pour le chauffage, etc.) pour réduire l’empreinte environnementale de la production agricole.


identifier: Kong, Long  (2019). Wireless networks physical layer security : modeling and performance characterization.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
sécurité de la couche physique
α −μ
Fisher-Snecedor F
fonction H de Fox
distribution gamma mixte (MG)
α −μ cascadé
réseau MIMO stochastique

abstract:
Intrigued by the rapid growth and expand of wireless devices, data security is increasingly playing a significant role in our daily transactions and interactions with different entities. Possible examples, including e-healthcare information and online shopping, are becoming vulnerable due to the intrinsic nature of wireless transmission medium and the widespread open access of wireless links. Traditionally, the communication security is mainly regarded as the tasks at the upper layers of layered protocol stack, security techniques, including personal access control, password protection, and end-to-end encryption, have been widely studied in the open literature. More recently, plenty of research interests have been drawn to the physical layer forms of secrecy. As a new but appealing paradigm at physical layer, physical layer security is based on two pioneering works: (i) Shannon’s information-theoretic formulation and (ii) Wyner’s wiretap formulation.

On account of the fundamental of physical layer security and the different nature of various wireless network, this dissertation is supposed to further fill the lacking of the existing research outcomes. To be specific, the contributions of this dissertation can be summarized as three-fold:(i) exploration of secrecy metrics to more general fading channels; (ii) characterization a new fading channel model and its reliability and security analysis in digital communication systems; and (iii) investigation of physical layer security over the random multiple-input multiple-output (MIMO) α −μ fading channels.

Taking into account the classic Alice-Bob-Eve wiretap model, the first contribution can be divided into four aspects: (i) we have investigated the secrecy performance over single-input single-output (SISO) α −μ fading channels. The probability of non-zero (PNZ) secrecy capacity and the lower bound of secrecy outage probability (SOP) are derived for the special case when the main channel and wiretap channel undergo the same non-linearity fading parameter, i.e., α. Later on, for the purpose of filling the gap of lacking closed-form expression of SOP in the open literature and extending the obtained results in chapter 2 to the single-input multiple-output (SIMO) α − μ wiretap fading channels, utilizing the fact that the received signal-tonoise ratios (SNRs) at the legitimate receiver and eavesdropper can be approximated as new α −μ distributed random variables (RVs), the SOP metric is therefore derived, and given in terms of the bivariate Fox’s H-function; (ii) the secrecy performance over the Fisher-Snedecor F wiretap fading channels is initially considered. The SOP, PNZ, and ASC are finalized in terms of Meijer’s G-function; (iii) in order to generalize the obtained results over α −μ and Fisher-Snedecor F wiretap fading channels, a more flexible and general fading channel, i.e., Fox’s H-function fading model, are taken into consideration. Both the exact and asymptotic analysis of SOP, PNZ, and average secrecy capacity (ASC), are developed with closed-form expressions; and (iv) finally, motivated by the fact that the mixture gamma (MG) distribution is an appealing tool, which can be used to model the received instantaneous SNRs over wireless fading channels, the secrecy metrics over wiretap fading channels are derived based on the MG approach.

Due to the limited transmission power and communication range, cooperative relays or multi-hop wireless networks are usually regarded as two promising means to address these concerns. Inspired by the obtained results in Chapters 2 and 3, the second main contribution is to propose a novel but simple fading channel model, namely, the cascaded α −μ. This new distribution is advantageous since it encompasses the existing cascaded Rayleigh, cascaded Nakagami-m, and cascaded Weibull with ease. Based on this, both the reliability and secrecy performance of a digital system over cascaded α −μ fading channels are further evaluated. Closed-form expressions of reliability metrics (including amount of fading (AF), outage probability, average channel capacity, and average symbol error probability (ABEP).) and secrecy metrics (including SOP, PNZ, and ASC) are respectively provided. Besides, their asymptotic behaviors are also performed and compared with the exact results.

Considering the impacts of users’ densities, spatial distribution, and the path-loss exponent on secrecy issue, the third aspect of this thesis is detailed in Chapter 8 as the secrecy investigation of stochastic MIMO system over α −μ wiretap fading channels. Both the stochastic geometry and conventional space-time transmission (STT) scheme are used in the system configuration. The secrecy issue is mathematically evaluated by three metrics, i.e., connection outage, the probability of non-zero secrecy capacity and the ergodic secrecy capacity. Those three metrics are later on derived regarding two ordering scheme, and further compared with Monte-Carlo simulations.


identifier: Nguyen, Nam  (2019). Investigation of graphene as a powder and in a resin coating.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
nanocomposites
nanomatériaux
résines vinylester
graphène
morphologie
conductivité électrique

abstract:
Graphene is two-dimension monolayers of carbon atoms organized in a hexagonal lattice. The road map of application of graphene shows that this is a potentially disruptive technology. NanoXplore already produced several generations of graphene and the recent product is the Graphene Black 3X, a 6-10 layers’ graphene.

In the present investigation, by incorporating black 3X graphene sheets into a vinyl resin matrix, we show that is possible to fabricate low graphene content conductive coatings with high thermal stability. TGA analysis shows that these nanocomposites can be used at a temperature lower than 300oC without any chemical decomposition. The conductive coatings can be achieved with the addition of only 5 wt.% of graphene. The highest value of conductivity is found to be 3.7 x 10-2 S/cm with 20 wt.% of G3X, sufficiently high for various electrical devices. Furthermore, the morphological analysis by SEM and AFM revealed uniform distribution of black 3X graphene within the polymer matrix and the thickness of graphene sheets. The mechanical properties can be increased 1.5 times comparing 5 wt.% and 7 wt.& loading of the graphene of the composite. This increment is exceptional high and rarely reported in the literature for this kind of coating.


identifier: Pirnia, Seyed Pouyan  (2019). Finite and discrete element modelling of internal erosion in water retention structures.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: érosion interne

subject: élément discret

subject: élément fini

subject: COMSOL

subject: YADE

subject: force de traînée

subject: calcul macroscopique des forces de trainée

subject: réseau de neurones artificiels

abstract:
Internal erosion is a process by which particles from a soil mass are transported due to an internal fluid flow. This phenomenon is considered as a serious threat to earthen structures. Internal erosion is the main cause of damage or failure in the body or foundation of embankment dams. Therefore, it is necessary to have an accurate knowledge of fluid-particle interactions in saturated soils during design and operation. The hydrodynamic behaviour of porous media in geotechnical engineering is typically modelled using continuum methods such as the finite element method (FEM).

It has become increasingly common to combine the discrete element method (DEM) with continuum methods such as the FEM to provide microscopic insights into the behaviour of granular materials and fluid–solid interactions. This Ph.D. thesis aims to develop a hierarchical FEM-DEM algorithm to analyze the internal erosion process in large scale earthen structures. To achieve this goal, we (i) programmed a versatile interface between two FEM and DEM codes, (ii) implemented a coarse-grid method (CGM) for the coupled FEM-DEM model to minimize the computations associated with drag force calculation, (iii) developed a multiscale algorithm for the interface to limit the number of discrete particles involved in the simulation, (iv) assessed the accuracy of drag force derived from CGM, and (v) trained an Artificial Neural Network (ANN) to improve the prediction of the drag force on particles.

The development of multimethod or hybrid models combining continuum analyses and discrete elements is a promising research avenue to combine the advantages associated with both modelling scales. This thesis first introduces ICY, an interface between COMSOL Multiphysics (commercial finite-element engine) and YADE (open-source discrete-element code). Through a series of JAVA classes, the interface combines DEM modelling at the particle scale with large scale modelling with the finite element method. ICY was verified with a simple example based on Stokes’ law. A comparison of results for the coupled model and the analytical solution shows that the interface and its algorithm work properly. The thesis also presents an application example for the interface. The interface used CGM drag force to model an internal erosion test in a permeameter.

The number of particles that can be included in the DEM simulation of ICY is limited, thus restricting the volume of soil that can be modelled. The second part of the thesis proposes a multimethod hierarchical approach based on ICY to model the coupled hydro-mechanical behaviour for saturated granular soils. A hierarchical algorithm was specifically developed to limit the number of particles in the DEM simulations and to eventually allow the modelling of internal erosion for large structures. The number of discrete bodies in the simulations was restricted through employing discontinuous subdomains along the sample. This avoids generating the full sample as a DEM model. Particles in these small subdomains were subjected to buoyancy, gravity, drag force and contact forces for small time steps. The small subdomains provide the continuum model with particle flux. The FEM model solves a particle conservation equation to evaluate porosity changes for longer time steps. The multimethod framework was verified by simulating a numerical internal erosion test.

The fluid motion in geotechnical applications is typically solved using CGM. With these methods, an average form of the Navier–Stokes equations is solved. The total drag force derived from CGM can be applied to the particles proportionally to their volume (CGM-V) or surface (CGM-S). However, there is some uncertainty regarding the application of the CGM drag models for polydispersed particle. The accuracy of CGM has not been systematically investigated through comparing CGM results with more precise results obtained from solving the Navier-Stokes equations at the pore scale. The last part of this research investigates the accuracy of CGM-V and CGM-S drag forces in comparison with the pore-scale values obtained by FEM. COMSOL Multiphysics was used to simulate the fluid flow in three unit cells with different porosity values (0.477, 0.319 and 0.259). The unit cell involved a monosize skeleton of large particles with fixed positions and a smaller particle with variable sizes and positions. The results showed that the CGM-V and CGM-S could not predict precisely the drag force on the small particle. An ANN was trained to predict the drag force on the smaller particle. A very good correlation was found between the ANN output and the FEM results. The ANN could thus provide drag force values with accuracy similar to that obtained using flow simulations at the pore scale, but with computational resources that are comparable to CGM.

This thesis contributes to the literature by improving our understanding of hybrid DEM-continuum methods and drag force computations in DEM simulations. It provides guidelines to researchers and developers who try to model internal erosion in real scale soil systems.


identifier: Saleem, Essa Abrahim Abdulgader  (2019). Optimization of systems reliability by metaheuristic approach.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
algorithme génétique
optimisation
fiabilité
analyse statistique
problème d'allocation de redondance
optimisation multi-objectif
fiabilité multi-états
fonction floue
turbine à gaz
allocation de fiabilité-redondance
algorithme génétique hybride

abstract:
The application of metaheuristic approaches in addressing the reliability of systems through optimization is of greater interest to researchers and designers in recent years. Reliability optimization has become an essential part of the design and operation of largescale manufacturing systems. This thesis addresses the optimization of system-reliability for series–parallel systems to solve redundant, continuous, and combinatorial optimization problems in reliability engineering by using metaheuristic approaches (MAs). The problem is to select the best redundancy strategy, component, and redundancy level for each subsystem to maximize the system reliability under system-level constraints. This type of problem involves the selection of components with multiple choices and redundancy levels that yield the maximum benefits, and it is subject to the cost and weight constraints at the system level. These are very common and realistic problems faced in the conceptual design of numerous engineering systems. The development of efficient solutions to these problems is becoming progressively important because mechanical systems are becoming increasingly complex, while development plans are decreasing in size and reliability requirements are rapidly changing and becoming increasingly difficult to adhere to. An optimal design solution can be obtained very frequently and more quickly by using genetic algorithm redundancy allocation problems (GARAPs). In general, redundancy allocation problems (RAPs) are difficult to solve for real cases, especially in large-scale situations. In this study, the reliability optimization of a series–parallel by using a genetic algorithm (GA) and statistical analysis is considered. The approach discussed herein can be applied to address the challenges in system reliability that includes redundant numbers of carefully chosen modules, overall cost, and overall weight.

Most related studies have focused only on the single-objective optimization of RAP. Multiobjective optimization has not yet attracted much attention. This research project examines the multiobjective situation by focusing on multiobjective formulation, which is useful in maximizing system reliability while simultaneously minimizing system cost and weight to solve the RAP. The present study applies a methodology for optimizing the reliability of a series–parallel system based on multiobjective optimization and multistate reliability by using a hybrid GA and a fuzzy function. The study aims to determine the strategy for selecting the degree of redundancy for every subsystem to exploit the general system reliability depending on the overall cost and weight limitations. In addition, the outcomes of the case study for optimizing the reliability of the series–parallel system are presented, and the relationships with previously investigated phenomena are presented to determine the performance of the GA under review. Furthermore, this study established a new metaheuristic-based technique for resolving multiobjective optimization challenges, such as the common reliability redundancy allocation problem. Additionally, a new simulation process was developed to generate practical tools for designing reliable series–parallel systems. Hence, metaheuristic methods were applied for solving such difficult and complex problems. In addition, metaheuristics provide a useful compromise between the amount of computation time required and the quality of the approximated solution space. The industrial challenges include the maximization of system reliability subject to limited system cost and weight, minimization of system weight subject to limited system cost and the system reliability requirements and increasing of quality components through optimization and system reliability. Furthermore, a real-life situation research on security control of a gas turbine in the overspeed state was explored in this study with the aim of verifying the proposed algorithm from the context of system optimization.


identifier: Fethalla, Nuradeen  (2019). Modelling, identification, and control of a quadrotor helicopter.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: quadrotor UAV

subject: backstepping control

subject: sliding mode control (SMC)

subject: nonlinear disturbance observer (NDO)

subject: super-twisting sliding mode observer (STO)

subject: kernel differentiator observer (KDO)

abstract:
In this dissertation, we focused on the study of an autonomous flight control of quadrotor helicopter. Robust nonlinear control design strategies using observer-based control are developed, which are capable of achieving reliable and accurate tracking control for quadrotor UAV containing dynamic uncertainties, external disturbances.

In order to ease readability of this dissertation, detailed explanations of the mathematical model of quadrotor UAV is provided, including the Newton-Euler formalism, Lyapunov-based stability analysis methods, sliding mode control (SMC) and backstepping fundamentals, and observer-based nonlinear control tools. The tracking control problem of a quadrotor in the presence of model uncertainties and external disturbances is investigated.

Particularly, this dissertation presents the design and experimental implementation of nonlinear controller of quadrotor with observer to estimate the uncertainties and external disturbances to meet the desired control objectives. Based on a nonlinear model which considers basic aerodynamic forces and external disturbances, the quadrotor UAV model is simulated to perform a variety of maneuvering such as take-off, landing, smooth translation and horizontal and circular trajectory motions. Backstepping and sliding mode techniques combined with observers are studied, tested and compared. Simulation and a real platform were developed to prove the ability of the observer-based controller to successfully perform certain missions in the presence of unknown external disturbances and can obtain good and satisfactory estimation.


identifier: Coser Nogarolli, Marcos Antonio  (2019). Design and laboratory validation of an in-ear noise dosimetry device.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
acoustique
santé et sécurité du travail
exposition sonore
dosimétrie intra-auriculaire
protection auditive
implémentation temps réel

abstract: The assessment of noise exposure is a major component of any hearing conservation program. It is usually conducted using either sound level meters (SLM) or personal noise dosimeters (PND). Some significant problems can arise when performing noise exposure measurements using SLMs or PNDs. First, these devices do not always account with precision for the variations of the actual noise exposure experienced by a given worker over the work shift. Additionally, the attenuation provided by the hearing protector that is worn is only taken into account very approximately. To address these issues, the purpose of this study is to implement a precise and reliable in-ear noise dosimetry system based on low computational algorithms that can be used in a wide variety of environments and work conditions. The adopted methodology focuses on the implementation and validation of a real-time measurement system. The proposed system utilizes a set of two miniature microphones placed inside and outside the earcanal. Two types of in-ear prototypes were developed: one for the unoccluded ear and one for the ear occluded with a passive earplug. The validation of the in-ear device prototypes and algorithm implementation was done using data collected during a study on human subjects. Both developed hardware and software elements make it possible to determine correction factors enabling the conversion of the measured in-ear noise exposure levels to their equivalent free-field values. Furthermore, the implemented algorithms can detect and exclude wearer-induced disturbances (speech, microphonics, etc.) making it possible to assess noise exposure with and without the energy contribution of these self-generated noises. This Master thesis presents a successful implementation and validation of an in-ear noise dosimetry system, with unique features and capabilities, that could lead to the improvement of methods and systems for personal noise exposure assessments in the workplace.


identifier: Golaghazadeh, Firouzeh  (2019). Enhanced quality reconstruction of erroneous video streams using packet filtering based on non-desynchronizing bits and UDP checksum-filtered list decoding.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: transmission vidéo

subject: H.264

subject: high efficiency video coding (HEVC)

subject: H.265

subject: éléments de syntaxes

subject: bit non désynchronisant (NDB)

subject: dissimulation d’erreurs

subject: correction d’erreur vidéo

subject: décodage en liste

subject: somme de contrôle

subject: protocole de datagramme utilisateur (UDP)

subject: checksum-filtered list decoding (CFLD)

abstract:
The latest video coding standards, such as H.264 and H.265, are extremely vulnerable in error-prone networks. Due to their sophisticated spatial and temporal prediction tools, the effect of an error is not limited to the erroneous area but it can easily propagate spatially to the neighboring blocks and temporally to the following frames. Thus, reconstructed video packets at the decoder side may exhibit significant visual quality degradation. Error concealment and error corrections are two mechanisms that have been developed to improve the quality of reconstructed frames in the presence of errors.

In most existing error concealment approaches, the corrupted packets are ignored and only the correctly received information of the surrounding areas (spatially and/or temporally) is used to recover the erroneous area. This is due to the fact that there is no perfect error detection mechanism to identify correctly received blocks within a corrupted packet, and moreover because of the desynchronization problem caused by the transmission errors on the variable-length code (VLC). But, as many studies have shown, the corrupted packets may contain valuable information that can be used to reconstruct adequately of the lost area (e.g. when the error is located at the end of a slice).

On the other hand, error correction approaches, such as list decoding, exploit the corrupted packets to generate several candidate transmitted packets from the corrupted received packet. They then select, among these candidates, the one with the highest likelihood of being the transmitted packet based on the available soft information (e.g. log-likelihood ratio (LLR) of each bit). However, list decoding approaches suffer from a large solution space of candidate transmitted packets. This is worsened when the soft information is not available at the application layer; a more realistic scenario in practice. Indeed, since it is unknown which bits have higher probabilities of having been modified during transmission, the candidate received packets cannot be ranked by likelihood.

In this thesis, we propose various strategies to improve the quality of reconstructed packets which have been lightly damaged during transmission (e.g. at most a single error per packet). We first propose a simple but efficient mechanism to filter damaged packets in order to retain those likely to lead to a very good reconstruction and discard the others. This method can be used as a complement to most existing concealment approaches to enhance their performance. The method is based on the novel concept of non-desynchronizing bits (NDBs) defined, in the context of an H.264 context-adaptive variable-length coding (CAVLC) coded sequence, as a bit whose inversion does not cause desynchronization at the bitstream level nor changes the number of decoded macroblocks. We establish that, on typical coded bitstreams, the NDBs constitute about a one-third (about 30%) of a bitstream, and that the effect on visual quality of flipping one of them in a packet is mostly insignificant. In most cases (90%), the quality of the reconstructed packet when modifying an individual NDB is almost the same as the intact one. We thus demonstrate that keeping, under certain conditions, a corrupted packet as a candidate for the lost area can provide better visual quality compared to the concealment approaches. We finally propose a non-desync-based decoding framework, which retains a corrupted packet, under the condition of not causing desynchronization and not altering the number of expected macroblocks. The framework can be combined with most current concealment approaches. The proposed approach is compared to the frame copy (FC) concealment of Joint Model (JM) software (JM-FC) and a state-of-the-art concealment approach using the spatiotemporal boundary matching algorithm (STBMA) mechanism, in the case of one bit in error, and on average, respectively, provides 3.5 dB and 1.42 dB gain over them.

We then propose a novel list decoding approach called checksum-filtered list decoding (CFLD) which can correct a packet at the bit stream level by exploiting the receiver side user datagram protocol (UDP) checksum value. The proposed approach is able to identify the possible locations of errors by analyzing the pattern of the calculated UDP checksum on the corrupted packet. This makes it possible to considerably reduce the number of candidate transmitted packets in comparison to conventional list decoding approaches, especially when no soft information is available. When a packet composed of N bits contains a single bit in error, instead of considering N candidate packets, as is the case in conventional list decoding approaches, the proposed approach considers approximately N/32 candidate packets, leading to a 97% reduction in the number of candidates. This reduction can increase to 99.6% in the case of a two-bit error. The method’s performance is evaluated using H.264 and high efficiency video coding (HEVC) test model software. We show that, in the case H.264 coded sequence, on average, the CFLD approach is able to correct the packet 66% of the time. It also offers a 2.74 dB gain over JM-FC and 1.14 dB and 1.42 dB gains over STBMA and hard output maximum likelihood decoding (HO-MLD), respectively. Additionally, in the case of HEVC, the CFLD approach corrects the corrupted packet 91% of the time, and offers 2.35 dB and 4.97 dB gains over our implementation of FC concealment in HEVC test model software (HM-FC) in class B (1920×1080) and C (832×480) sequences, respectively.


identifier: Dixneuf, Paul  (2019). Analyse de la performance de la méthode d'imputation de données manquantes missForest et application à des données environnementales.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
données manquantes
imputation
missForest
étude comparative
stations d’épuration

abstract:
L’acquisition de données et leur enregistrement sous la forme de bases de données en vue d’être ultérieurement exploités sont des opérations courantes dans un large éventail de domaines (médecine, production industrielle, éducation, environnement, etc.). Cependant, les processus de mesure, d’acquisition et/ou d’enregistrement peuvent être soumis à des dysfonctionnement et engendrer des «trous » dans la base de données. Ces manques de données altèrent la capacité d'analyse subséquente et, par conséquence, l’information et la prise de décision associée. En environnement, de par le large spectre des activités qui ont un impact sur les milieux naturels, les données collectées et enregistrées sont généralement de nature quantitative et qualitative (données mixtes). Dans ce contexte, il devient pertinent d’évaluer la performance de méthodes de traitement des données manquantes en tenant compte de cette caractéristique.

La présente étude s’est intéressée aux méthodes d’imputation de données manquantes et plus spécifiquement à la performance de la méthode missForest et son application au problème des données manquantes en environnement. Dans ce contexte, une étude comparative a été effectuée entre missForest et deux autres méthodes d’imputation, multivariate imputation by chained equations (MICE) et K-nearest neighbors (KNN). Cette analyse comparative a porté sur 10 bases de données complètes de nature diverses (données qualitatives, quantitatives et mixtes) en considérant spécifiquement des indicateurs d’erreurs d’imputation réelles et le temps de traitement. Par la suite, l’application de la méthode missForest à la base de données de la performance de traitement des stations d’épuration du Québec a été réalisée comme cas d’étude de données environnementale.

Les résultats de l’étude comparative ont révélé que sur le plan des erreurs d’imputation, missForest a été la méthode la plus performante sur 9 des 10 bases de données testées. L’écart de performance étant plus manifeste pour les imputations portant sur les bases de données mixtes où missForest a réduit les erreurs d’imputation jusqu’à 60 % par rapport aux deux autres méthodes. En ce qui concerne les temps de traitement, KNN a été la méthode la plus rapide sur l’ensemble des 10 bases de données lorsque le pourcentage de données manquante était inférieur ou égal à 30 %. Les temps de traitement de missForest, bien que généralement supérieurs à ceux de KNN, ont eu tendance à diminuer avec la hausse du pourcentage de données manquante. L’application de la méthode missForest à la base de données de la performance de traitement des stations d’épuration du Québec a donné des erreurs estimées systématiquement inférieures à 10 %. Ces résultats suggèrent que missForest est la méthode d'imputation à privilégier pour le traitement de données manquantes en environnement.


identifier: Ankik, Djamel  (2019). Comportement sous basses températures des composés en élastomère utilisés dans les isolateurs sismiques de ponts.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
élastomère
isolateurs sismiques
propriétés hystérétiques
basses températures
réponse sismique des ponts isolés

abstract:
Les systèmes d’isolation sismique à base d’élastomères sont des plus utilisés pour protéger les structures de ponts des séismes. Leur utilisation permet d'introduire une flexibilité latérale contrôlée au niveau du lien entre la superstructure et l'infrastructure (piles/culées) et un amortissement additionnel au besoin. Ces systèmes peuvent être groupés en trois types : isolateur en élastomère fretté (RB), isolateur en élastomère à amortissement élevé (HDRB) et isolateur en élastomère à noyau de plomb (LRB). Ils sont typiquement composés d'une succession de couches d'élastomères et plaques en acier minces avec un noyau de plomb pour le LRB. Les élastomères permis et utilisés au Canada sont à base de polyisoprène (caoutchouc naturel (NR)) ou de polychloroprène (néoprène (CR)). Une formulation à base de caoutchouc naturel avec des additifs permet d’obtenir un composé caractérisé par un amortissement élevé, dit HDNR, permettant une plus grande dissipation d’énergie sismique par hystérésis. Or, le comportement de ces élastomères est fortement influencé par les basses températures, telles celles rencontrées au Canada. Elles causent des augmentations de la rigidité et de l’aire de la courbe d’hystérésis des élastomères, entraînant de ce fait des changements dans les propriétés mécaniques des isolateurs sismiques et impactant ainsi la protection sismique des ouvrages.

Dans cette étude, le comportement mécanique sous basses températures de trois formulations d’élastomères déjà utilisés et/ou en développement pour des applications d'isolation sismique au Canada, de type NR et HDNR, est étudié expérimentalement. Les tests sont conduits sur des échantillons d’élastomère à échelle réduite soumis à des cycles de charge/décharge en cisaillement à plusieurs niveaux de déformations (25 à 150%), après exposition à différentes températures (20°C, -8°C et -30°C) pour différentes durées de conditionnement (15 minutes à 14 jours). En outre, l’effet des basses températures sur la réponse sismique des ponts isolés avec isolateurs en élastomères de type LRB et HDRB est étudié numériquement. A cet effet, des analyse dynamiques non linéaires sont réalisées sur une structure de pont, modélisée par un système à un dégrée de liberté, en considérant les propriétés nominales (à température ambiante, soit 20°C) et modifiées dues aux basses températures. Les résultats de l’étude expérimentale montrent que le caoutchouc naturel à faible amortissement (NR) subit moins de rigidification instantanée et globale que les deux composés à amortissement élevé (HDNR). Cependant, il est plus sensible à la durée d'exposition (phénomène de cristallisation) à très basses températures. Les résultats des analyses temporelles indiquent que les basses températures peuvent entrainer des augmentations considérables des forces sismiques transmises par le système d’isolation à la sous-structure d’un pont. L’augmentation de ces forces dépend fortement du type et formulation chimique de l’élastomère, et est plus importante pour les élastomères du type HDNR que pour le type NR.


identifier: El-Bayeh, Claude  (2019). Novel approaches to optimize and mitigate the impact of high penetration level of electric vehicles on the distribution network.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
programme de réponse à la demande (PRD)
réseau de distribution
véhicules électriques
gestion de l'énergie
optimisation
réseau intelligent
transformateur de distribution

abstract:
In recent years, the integration of Electric Vehicles (EVs) into the distribution network is studied intensively. One of the major concerns is that EVs consume lots of energy during a short period when most of them are simultaneously connected to the grid (during the night or during working hours). Therefore, in case the consequence of simultaneous charging is not resolved, undesired peak loads may appear on the distribution network. This is the reason why research is actually focusing on optimization and control algorithms to be executed at different levels of the network. Since the number of EVs increases drastically, the power demand during specific periods of the day would cause severe issues on the network. As a matter of fact, high peak demand may exponentially reduce the lifetime of the transformers and may damage some elements on the network. Therefore, severe voltage drop and blackouts of some regions or on the complete network can be the consequences. To solve the problem, many studies were conducted to reduce the impact of integrating EVs on the network. Their main goal was to limit the peak demand created by the EVs in order to protect the distribution grid from any damages. To do so, many optimization techniques and control strategies were used to mitigate the impact of EVs on the network. The main goal of using optimization techniques is to schedule the charging and discharging of EVs during their connection period, in which their charging will be shifted to periods where the demand on the network is low. For this purpose, Demand Response Programs (DRP) are used to incite the end-users consuming during low electricity prices and reducing their consumptions during high prices. As its name indicates, the DRP uses the supply and demand models to price the electricity depending on the power consumption of the end-users and the available power generated by the power utility. The electricity price may vary in time, in which in periods when the consumption is high, the electricity price will be high in order to let the end-users shift their power consumption to other periods when the price and the consumption are low. This strategy will help the power utility to control the power demand of the end-users and reduce the burden in certain periods in a day.

Despite the advantages of using the DRP in controlling the total load demand on the distribution network, it is still limited by its long-time response (one day ahead pricing, hourahead pricing, etc.). Therefore, DRPs are useful when the speed of response to a certain unfavorable situation does not require an instant action or intervention, in other words, when losses are to be reduced, customer expenses are to be minimized, and operator benefits are to be maximized. DRPs can’t eliminate any sudden variation of the load which may produce a blackout or damage some components or even reduce their lifetime.

Researchers have indeed suggested multiple methods for finding fast response solutions in order to prevent any technical or economic undesired phenomena occurring on the network. Literature review shows that these existing studies offer a solution for a partial aspect of the problem. It is seen that published results show the improvement on either technical or economic or implementation issues, but to the best of our knowledge, existing approaches cannot find a global optimum, considering all the electrical distribution aspects (pricing, maintenance, customer satisfaction, technical losses, stability, availability, etc.). The suggested approach has a wider view of the problem since it considers EV penetration at different levels of the network, it considers if the network’s infrastructure is conventional or modernized, it considers the lifetime of the distribution transformers, it minimizes losses and it introduces a collaborative algorithm for finding the global optimum solution. Comparative studies show the advantages of the suggested approach compared to the existing ones. Major findings in this thesis can be summarized as follows (i) the total load demand on the transformer respects its limit, which will increase its lifetime, (ii) the voltage profile respects the limits on the network and the transformers, (iii) the energy losses on the network are reduced, (iv) the depreciation cost of the network is reduced, (v) the revenue of the power utility and distribution system operator is increased, (vi) and finally the end-users are satisfied because the proposed strategies help them to reduce their electricity cost. Therefore, both end-users and power utility are satisfied.


identifier: Nemati Rouzbahani, Ali  (2019). Lean tools selection for mining : an occupational health and safety approach.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
exploitation minière Lean
outils Lean
santé et sécurité au travail
élicitation d'experts
mine souterraine Canadienne de l’or

abstract:
The implementation of lean principles is a well-known subject in the manufacturing industries. There are several publications regarding the impact of this implementation on productivity and workers’ occupational health and safety (OHS) in this sector. In mining industries, however, the link between lean integration and OHS is missing and the publications regarding this issue are scarce.

In this thesis, an attempt was made to address this issue and investigate more about lean mining in Canada. For that purpose, a literature review followed by an expert elicitation study were conducted. The main objectives of this thesis were to find out about the proper lean tools to be implemented in the mining industry and to investigate about their links with an important productivity indicator (i.e. daily advance rate) and OHS indicators (i.e. body reaction and struck by an object) in the Canadian underground gold mining.

Based on the results of this thesis, a lean mining lifecycle framework with four different phases and a set of lean tools (i.e. VSM, 5S, Kaïzen, TPM, SMED and LIC) were proposed for the mining sector. Furthermore, according to the expert elicitation (7 Canadian experts), 5S and TPM could have positive impacts on daily advance rate and kaïzen could potentially enhance the miners’ safety by reducing the rate of struck by an object risks at their workplace. A lean mining preliminary road-map was proposed based on these findings.

This study’s results can be used as a stepping stone in future studies to gain a better understanding about lean mining integrating OHS issues in Canada.


identifier: Monnou, Rodrigue  (2019). Développement d'une trousse d'intervention pour une prise en charge de la maintenance en milieu de faible maturité.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
gestion de la maintenance
maturité de la maintenance
meilleures pratiques en maintenance
criticité des équipements
modèle d’affaires
gestion d’actifs physiques

abstract:
Contexte : L’évolution rapide de l’environnement concurrentiel et le manque de ressources nécessaires aux activités de maintenance obligent les entreprises à adapter leurs stratégies de gestion d’actifs aux besoins réels. La mise en place d’un programme de maintenance efficace et efficient est un moyen d’atteindre cette compétitivité souhaitée. Cependant, la mise en oeuvre d’un tel programme de maintenance n’est souvent pas simple en raison de l’absence d’approche structurée d’aide à la décision. Les modèles de maturité des capacités présentent une telle approche structurée et se révèlent très utiles pour mesurer les différents aspects des pratiques en vigueur dans une organisation.

Objectifs : Le document propose un outil d’aide à la décision pour soutenir les entreprises dans leurs activités de maintenance et améliorer leurs maturités.

Méthodologie : La méthodologie en trois étapes adoptée dans cette approche soutient que les entreprises pourraient atteindre des niveaux élevés de maturité en concentrant leurs ressources sur les matériels critiques. Son adoption offre une vision claire des enjeux internes et externes inhérents aux entreprises, mais aussi une connaissance du matériel critique afin de porter des actions dont le bénéfice est garanti. La démarche permet également d’analyser le niveau de maturité atteint par les entreprises et fournit une structure d’actions évolutives.

Résultats : Il ressort de ce travail, une trousse d’intervention composée de trois principaux modules développés en mode agile sur le logiciel tableur Excel de la suite Microsoft Office. L’outil a été déployé pour application dans le Laboratoire de recherche en Imagerie et Orthopédie (LIO) à l’École de technologie supérieure de Montréal. L’analyse pré et post application démontre une meilleure compréhension de l’importance des actifs et une vision structurée des processus de maintenance à appliquer.

Originalité : Ce document présente une méthode d’alignement des besoins réels d’une organisation pour la satisfaction des segments de clientèle à son portefeuille d’actifs. Il est possible d’y observer les différentes connexions depuis la clientèle de l’organisation à son parc d’équipements. Le document devrait être utile à la fois aux chercheurs et aux professionnels de la maintenance intéressés par l’utilisation de nouvelles méthodes de gestion de la maintenance intégrant certaines exigences de la norme ISO 55000 sur la gestion d’actifs.


identifier: Harrison, Jérôme  (2019). Segmentation automatique des dents en imagerie maxillo-faciale Cone Beam CT.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
segmentation dentaire
Cone Beam CT
imagerie maxillo-faciale
modèles 3D

abstract:
La planification de traitement et la simulation chirurgicale en médecine dentaire nécessite l’obtention de modèles 3D personnalisés du système dentaire du patient. La représentation tridimensionnelle de ces structures, et plus particulièrement des dents, fournit une compréhension poussée des relations dento-maxillo-faciales, ce qui permet au clinicien de sélectionner un plan de traitement optimisé. L’obtention de ces modèles personnalisés se faisant à l’aide de modalités d’imagerie 3D, la segmentation des organes d’intérêt est une étape essentielle à l’obtention de modèles fiables et précis. Compte tenu de la complexité morphologique des dents, mais aussi des contraintes inhérentes à l’utilisation du Cone Beam CT, une automatisation du processus de segmentation est certainement souhaitable. En ce sens, l’objectif de ce travail implique la mise en place d’une méthode entièrement automatique de segmentation individuelle des dents à partir d’images maxillo-faciales CBCT.

Le processus de segmentation se divise en deux grandes étapes principales. Dans un premier temps, des sous-régions du volume 3D original sont extraites, afin de circonscrire chacune des dents au sein de volumes restreints. Cette étape se base sur l’identification automatique de repères anatomiques propres au complexe maxillo-facial. Entre autres, l’identification de la courbe décrivant la forme de l’arcade dentaire ainsi que le positionnement de plans séparant les dents sur l’arcade guident l’extraction de ces sous-volumes. Ces derniers sont ensuite utilisés de manière indépendante dans un algorithme de détection de la pulpe dentaire basé sur la reconstruction morphologique. La forme de la pulpe permet, dans un second temps, de tracer des contours significatifs de la dent via la propagation d’un front sous contraintes de gradient. Ces contours instancient un processus de segmentation par marche aléatoire afin de fournir un modèle pré-personnalisé de chaque dent. Le modèle surfacique subit ensuite une déformation par optimisation laplacienne, afin d’épouser correctement les frontières de la dent. Les modèles 3D résultants constituent une représentation fiable et précise des structures dentaires du patient. Ces modèles ont été validés à l’aide d’une base de données contenant 88 segmentations de référence, toutes produites par un expert. La performance globale de la segmentation se traduit par un indice de Dice (DICE) de 95,20±1,07 %, une différence relative de volume (RVD) de 2,57±3,21 % et une distance surfacique moyenne-symétrique (ASD) de 0,16±0,04 mm.

Les résultats de ce travail démontrent que la méthode fournit automatiquement des segmentations multi-organes précises à partir d’un examen 3D de la mâchoire du patient.


identifier: Léger, Jérémie  (2019). Integration, evaluation and modeling of thermal comfort in energy efficiency measures : comparing electric heating systems.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vote moyen prédit
confort thermique
chauffage optimale
chauffage virtuel
efficacité énergétique
chauffage électrique

abstract:
Electric heating systems do not to perform all equally in terms of energy consumption. In fact, by changing the heat distribution, thermal comfort can be achieved with less energy consumed. In this thesis, the optimal heat distributions and the heat distributions of electric heating devices are investigated and compared. In the first part of this work, the design, construction, control and validation of a climatic chamber is presented. This experimental tool is essential to compare electric heaters at equal thermal comfort. In what follows, a novel method of investigating the optimal heat distribution numerically is presented. In this method, the concept of virtual heaters is introduced. Virtual heaters are a set of two heat distributions: one that maximizes the total heat loss of a room, while maintaining thermal comfort inside this room; whereas the other minimizes the total heat loss, while still maintaining the same thermal comfort. Using the virtual heaters energy consumption, three new performance indices are introduced. The first performance index measures the effectiveness of a heater to distribute heat; the second measure the significance of the heat distribution inside a room from an energy consumption standpoint; the third measure how the difference in energy from the virtual heater and a real heater. The minimum energy loss can also be used as a measure of the room’s energy efficiency, while the maximum virtual heater gives an indication on heat distributions to avoid. Expanding the investigation on heat distribution, the bi-climatic chamber tool is then used to investigate the temperature distribution and energy consumption of three electric heating systems. The results from this experiment show that not all electric heating systems distribute heat in the same way, and from this fact, they do not all have the same energy consumption when providing similar thermal comfort. The convection heater experimentally tested here outperformed the radiant heater and baseboard heater. The experimental heat distribution results are also compared with those of the virtual heater. Both methods agree that avoiding to heating the windows is most efficient. This comparison also serves, in part, as a validation of the method used to find virtual heaters. Other validations for key calculations in the virtual heater models include: comparing tabulated results to calculated results for the thermal comfort model; and comparing simplified solutions calculated analytically by hand to the one calculated by the model for the heat transfer model. Finally, the virtual heaters are used to investigate how optimal heat distributions change with respect to the room geometry and insulation parameters. Investigated parameters were varied individually to quantify their effects on the energy consumption, the heat distribution, and the sensibility of the room heat loss to heat distribution. Interestingly, the window size, the window insulation level and the air infiltration/exfiltration rate can drastically change the minimum energy consumption heat distribution. It was observed that when increasing each of these three parameters, optimal heat distribution changed from heating the air volume to floor heating. The results also showed that most geometric and insulation parameters can influence the sensibility of heat loss to heat distribution. The percentage increase of energy consumption for the maximum virtual heater when compared to the minimum virtual heater was observed to range from 27.4% to 86.0% for the tested cases. The window insulation was found to be the predominant factor influencing the sensibility of heat loss.

In summary, this thesis presents a new concept termed virtual heater that is useful in the investigation of indoor heat distribution. Using the virtual heaters and their associated performance indices, the optimal heat distributions for different room geometry and insulation topologies, and the efficiency of some electric heating devices were assessed. Heat distribution can have a significant effect on the energy consumption of heaters and should be considered in building design. Virtual heaters are tools that can undoubtedly help to find more general understandings of optimal indoor heat distribution.


identifier: Khazraiyanvafadar, Ali  (2019). Analysis of fiber reinforced plastic bolted flange joints.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
plastique renforcé de fibres (FRP)
assemblages à brides boulonnées
composites
anisotropie
assemblage avec joint plat

abstract:
Fiber Reinforced Plastic (FRP) composites are extensively used in the areas of pressure vessels and piping and FRP bolted flange joints have experienced a spectacular development to provide continuity for the flow of fluid through piping systems. In spite of the increased use of FRP composites in bolted flange joints and the good knowledge of these structures and their material behavior the procedure used for their design is still that of metallic flanges. There is a major concern to appropriately address the anisotropic behavior of composite materials in a flange design. Therefore, it is necessary to make a precise evaluation of the bolt and gasket loads in order to be able to predict the integrity of FRP bolted flange joints.

This thesis presents two analytical model cases; one with the flange hub and the other one without the flange hub. These models are supported by numerical finite element modeling and experimental test data. The study treats FRP bolted flange joints integrity and leak tightness based on the anisotropy and flexibility analysis of all joint elements including the gasket, bolts, and flanges. In the analytical models for the flange with and without the hub, the composite flanges are subdivided into three major categories, namely: ring flange, hub, and shell. The experimental study was carried out on a well-equipped test bench, used for Hot Blow out test of PTFE gaskets. The rig was modified to accommodate an NPS 3 FRP bolted flange joint designed according to ASME BPV Code Section X. Furthermore, three different numerical models based on 3D anisotropic layered shell and solid element models were conducted to compare and verify the results obtained from analytical and experimental approaches.

In spite of the rigorous mathematical analysis and complexity of the laminate composite flange, comparing the results proved that the proposed analytical models for FRP flanges with and without the hub, are efficient, accurate and reliable in predicting the longitudinal and tangential stress distributions on the flange surface and radial displacement of the flange. Moreover, the results demonstrated that the FE model which is developed for FRP flanges with and without the hub can depict the true behavior of FRP bolted flange joints.


identifier: Jarraya, Fatma  (2019). Étude et modélisation d'un convertisseur double pont actif triphasé pour application chargeur de batterie d'un véhicule électrique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: DAB monophasé

subject: DAB triphasé

subject: G2V

subject: V2G

subject: efficacité

abstract: Ce mémoire présente une étude détaillée des topologies des convertisseurs en pont double DAB actif monophasés et triphasés. La revue de la littérature et la topologie choisie pour le chargeur de batterie ont été effectuées en tenant compte de la direction du flux de puissance du réseau au véhicule G2V et du véhicule au réseau V2G. Ainsi, les étapes de modélisation pour le DAB monophasé et triphasé connecté au réseau par l’intermédiaire d’un redresseur actif sont décrites. En outre, l’évaluation de l’efficacité du convertisseur DAB a été examinée. Basée sur les équations théoriques du DAB et le modèle de perte des dispositifs à semi-conducteurs de puissance, une analyse complète de l'efficacité du système a été réalisée en tenant compte de divers paramètres de contrôle, tels que les rapports cycliques, la puissance de sortie et les déphasages entre les deux ponts actifs du DAB. Les résultats de la simulation sont présentés pour valider les performances du modèle DAB triphasé pour un transfert de puissance élevé, en prenant en compte du modèle de perte du convertisseur de puissance et du rendement.


identifier: El Ghaoui, Khalid  (2019). Influence de nanoparticules sur l'usinabilité et les propriétés mécaniques des matériaux composites.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
CFRP
GFRP
usinabilité
propriétés mécaniques
nanoargile
graphène

abstract:
Les polymères renforcés de fibres (Fiber Reinforced Plastics (FRP)) connaissent actuellement un développement de plus en plus important auprès des industriels. La popularité de ces matériaux vient de leurs très bonnes propriétés mécaniques spécifiques qui permettent la fabrication de structures bien plus légères qu’avec des matériaux traditionnels tels que les métaux. Malgré la large gamme de procédés de fabrication existante pour ces matériaux, des étapes d’usinage sont toujours nécessaires à l’obtention des pièces finales. Cependant, des difficultés sans précèdent sont rencontrés lors de l’usinage des matériaux composites. Ce mémoire regroupe deux études dont le but est d’évaluer la possibilité d’améliorer l’usinabilité par l’ajout d’additifs dans la matrice époxy de composites.

Dans la première étude, des polymères renforcés de fibre de carbone (CFRP) ont été fabriqués en incorporant trois charges dans la matrice : de la cire, des nanoargiles et un agent mouillant. Un total de 18 plaques différentes ont été usinées en utilisant un outil en diamant polycristallin (PCD). Dans le but de caractériser l’usinabilité, les efforts de coupe ont été mesurés à l’aide d’une table dynamométrique et les températures de coupe par le biais de thermocouples collés sur l’outil. Des tests de traction, flexion et de cisaillement interlaminaire ont également été exécutés afin de mesurer l’évolution des propriétés mécaniques. Des améliorations sur l’usinabilité sans détériorer les propriétés mécaniques ont été observées, en particulier avec une concentration de 1% de cire et 2% d’argile pour lesquelles elles étaient les plus significatives.

La seconde étude porte sur l’influence de graphène sur les polymères renforcés de fibre de verre (GFRP). Des tests d’usinage équivalent à la première étude ont été accomplis avec un outil revêtu de diamant par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La rugosité a été mesurée sur les surfaces obtenues et des tests de cisaillement interlaminaire ont été réalisés. Les températures et efforts de coupe ainsi que la rugosité a été considérablement baissée par l’ajout de graphène, sans corrompre l’interaction fibre/matrice.

Cette étude à permit de démontrer que l’ajout d’additifs dans les FRP est une possibilité à considérer dans l’optique d’en améliorer l’usinabilité. Cette conclusion se montre intéressante pour les industriels, étant donné que l’ajout d’additif peut réduire les coûts de fabrication en baissant l’appariation d’endommagements et en maximisant la durée de vie des outils.