identifier: Wang, N. (2011). The characteristics of Chinese automobile industry  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le livre «The Machine that Changed the World», Womack et son équipe du MIT ont réalisé une étude portant sur le phénomène japonais dans l‟industrie automobile au début des années 90. Les membres concluent que le Japon avait utilisé une arme secrète pour ainsi dépasser les États-Unis et devenir le pays le plus puissant dans la fabrication des automobiles. Cette arme est connue comme Lean production. Depuis, Lean production s‟est étendu dans les industries partout dans le monde. Depuis deux ans, la Chine est devenue simultanément le premier marché et producteur des automobiles. Une question fondamentale reste à savoir s‟il s‟agit seulement d‟un déplacement d‟entreprises, ou si l‟on vit l‟émergence d‟un nouveau modèle de production. Cette étude examine d‟abord l‟histoire de l‟industrie automobile dans le monde, où celle de la Chine doit être prise en considération sérieuse. La visite des quatre entreprises automobiles chinoises, tant locale qu‟européenne et japonaise montre qu‟il existe une grande variabilité de modèles qui coexistent en Chine et qu‟il serait sans doute prématuré de parler de nouveau modèle de production. La mise en oeuvre de Lean production et l‟application de la nouvelle gestion et des méthodes de production sera ainsi étudiée. Il est remarqué que différentes méthodes sont utilisées en Chine. Par exemple, les entreprises étrangères en Chine possèdent des usines à très haut taux d‟automatisation, assez conventionnelles par rapport aux modèles classiques, alors que les entreprises locales restent beaucoup plus utilisatrices en main-d‟oeuvre. Il est également constaté que Modular production se pratique très bien, même mieux que Lean production. Par ailleurs, l‟imitation est aussi une approche importante au cours du processus de développement, bien que certains problèmes de droits et de brevets existent. Ce projet de recherche permettra aux lecteurs de comprendre le nouveau développement de l‟industrie automobile chinoise. Il sera également question de la gestion et du développement de la production en Chine, son passé historique, l‟état actuel et un avenir glorieux.  ABSTRACT: In the book « The Machine that Changed the World », Womack and his colleagues studied the Japanese automobile industry in the 1990s and concluded that Japanese used a secret weapon to surpass the U.S. and became the biggest automobile manufacturing country. This secret weapon is known as Lean production. From then on, Lean production has been expanding in all industries around the world. Two years ago, China became the biggest automobile producer and the largest automobile market in the world. This situation stimulates a fundamental question whether it is just an economic change or there is an emergence of a new production model? This study first reviews the history of automobile industry in the world, where Chinese history is focused on. Four representative automobile companies are investigated in details, within which three are joint venture companies and one is a domestic company. The implement of Lean production and the application of new management and production methods are studied. It is found that different methods are applied in China, where joint venture companies usually have high executive levels and the domestic ones only use a cheap labor approach. It is also found that Modular production is well practiced in China, which is even better than the Lean production. Imitation is also an important approach during the development process, although some law and patent problems exist. This research will allow us to understand the new development of automobile industry in China better. It will also deliver some important information for the management and production development in China, its past history, the current status and the glorious future.


identifier: Causse, P. (2011). Développement et analyse du procédé d'injection flexible pour la mise en forme de pièces composites fortement courbées  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les polymères thermodurcissables renforcés par des fibres continues possèdent un potentiel unanimement reconnu pour la conception de pièces structurales à haute performance. Au cours des dernières décennies, ces matériaux composites ont notamment avantageusement remplacé les métaux et alliages dans de nombreuses applications aéronautiques. L'utilisation de tels composites reste en revanche limitée dans le secteur automobile. Les procédés de mise en forme usuels nécessitent des temps de cycle relativement longs qui sont en effet incompatibles avec la production en grande série. L'injection flexible est une nouvelle méthode de mise en forme par injection sur renfort. Ce procédé vise principalement à abaisser le temps de fabrication pour augmenter les cadences de production. Le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un outillage dont la géométrie varie au cours du cycle de fabrication. Le procédé fait ainsi intervenir une membrane flexible et un fluide de compaction permettant d'imposer une déformation contrôlée à une des deux parois du moule. L'injection flexible est développée à l'École Polytechnique de Montréal depuis 2003 au sein de la Chaire sur les Composites à Haute Performance. Les travaux déjà réalisés ont démontré le potentiel du procédé en termes de gain de temps et de qualité d'imprégnation pour des géométries simples. Le présent travail de thèse vise à poursuivre le développement en étudiant le cas particulier d'une géométrie fortement courbée. L'objectif général est d'identifier les paramètres de fabrication importants afin de formuler des recommandations pour l'application future du procédé à des pièces réelles. Le projet a été réalisé en trois étapes principales décrites ci-après. Dans un premier temps, un montage expérimental a été mis au point pour fabriquer un panneau rectangulaire en forme de marche d'escalier. Cette étape a notamment nécessité la sélection d'une membrane flexible ainsi que d'une stratégie d'étanchéité adéquate. Par ailleurs, une procédure de préformage utilisant un agent liant thermodurcissable a été développée pour préparer des préformes fibreuses permettant l'implémentation du procédé à la forme géométrique considérée.  ABSTRACT: Thermosetting polymers reinforced by continuous fibers possess a widely recognized potential for the design of advanced primary structures. Over the last decades, these composite materials have notably replaced metallic materials in many aeronautical applications. The use of such high performance composites is however limited in the automotive industry. Because of the relatively long cycle times required, existing processing techniques are indeed not suited for high production volume. Flexible Injection is a recently proposed Liquid Composite Molding process. The main objective of this method is to increase the production rate of thermoset composites by reducing the overall cycle time. During the manufacturing cycle, the process imposes a controlled deformation to one side of the tooling using a flexible membrane and a compaction fluid. Flexible Injection has been under development at École Polytechnique de Montréal within the Chair on high performance composites since 2003. Past work demonstrated the potential of the process to speed up the manufacturing and ensure a good impregnation of the fibers in the case of simple geometries. In an effort to pursue the development, this thesis studies the specific case of strongly curved geometries. The main objective is to identify the key processing parameters in order to formulate appropriate recommendations for future implementation with real industrial components. Three main stages were carried out during the research. Firstly, an experimental setup has been designed to process a rectangular stair-shaped composite panel. This step required adopting an adequate sealing strategy and selecting an appropriate material for the flexible membrane. Furthermore, a preforming procedure was specially devised to prepare semi-rigid fibrous preforms suited for the desired geometry. The developed methodology was applied to produce a first series of parts out of vinyl ester resin and multiaxial glass fiber fabric. Longitudinal cross-sections of the fabricated specimens were then inspected visually and treated by image analysis to assess the quality of the processing. Results show that the process provides a uniform consolidation of the flat sections along any direction.


identifier: Croteau, J. É. (2011). Évaluation des paramètres influençant les températures d'opération des puits à colonne permanente  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le Puits à Colonne Permanente (PACP), communément appelé « standing column well » par la communauté scientifique anglophone, est un type de puits géothermique utilisant l'eau souterraine comme fluide caloporteur. L'eau pompée à partir de la base du puits, généralement à l'aide d'une conduite de refoulement, est acheminée à un échangeur de chaleur avant d'être réintroduite au haut du puits, entre la conduite de refoulement et la paroi du forage. Bien que les PACPs soient généralement aménagés au sein de forages relativement profonds, la performance thermique de chaque puits est telle qu'elle permet d'importantes réductions des longueurs de forages totales requises pour une charge donnée par rapport aux systèmes géothermiques à boucles fermées. La réduction des longueurs de forages aura généralement un impact majeur sur les coûts de construction des systèmes géothermiques. Les modèles de PACP existant supposent généralement un aquifère homogène, isotrope où les températures des composantes de la matrice géologique sont en équilibre thermique quasi instantanées. Selon Banks (2008), ces hypothèses sont moins précises dans les milieux géologiques fracturés et lithifiés, généralement propices à l'implantation de PACPs. L'objectif principal de ce travail est de démontrer que la présence de zones fracturées peut avoir un impact non négligeable sur l'opération des PACPs. L'approche proposée consiste à élaborer et valider un modèle numérique basé sur l'hypothèse d'un écoulement en milieu poreux équivalent. Ce modèle sera ensuite transformé afin d'y intégrer un horizon dont la conductivité hydraulique est nettement supérieure, représentant une zone de fractures. Les modèles développés seront soumis à une série de simulations afin d'illustrer leur fonctionnement et d'observer les paramètres influençant les températures d'opération. Les simulations réalisées dans le cadre de cette étude ont permis de démontrer que la présence d'une seule zone de fractures peut avoir un effet bénéfique non négligeable sur les performances d'un PACP. Le modèle au milieu poreux équivalent et au milieu fracturé présentent des différences de température particulièrement importantes lorsqu'ils sont opérés à une saignée de 10 % à 20 %, correspondant d'ailleurs aux pourcentages typiques d'opération de la saignée. Plusieurs paramètres caractérisant le milieu géologique ont un impact considérable sur les performances du PACP en opération.  ABSTRACT: A Standing column well (SCW) is a type of geothermal well which uses groundwater as its heat carrier fluid. The groundwater is usually pumped from the base of the well through a dip tube and sent through a heat exchanger before being reintroduced at the top of the well, in-between the dip tube and the borehole wall. Although SCWs are generally built within deep boreholes, the thermal performance of each well is such that, in comparison to closed loop geothermal wells, it allows a significant reduction in total required drilling depths for a given load. Reductions in total drilling depths will generally have a significant impact on the construction costs of geothermal systems. Existing SCW models generally assume a homogeneous and isotropic aquifer, where the components of the geological matrix are practically in instantaneous thermal equilibrium. According to Banks (2008), these assumptions are less accurate in geological formations characterised by fractured, lithified bedrock, which are generally the most favourable to SCW application. The objective of this work is to demonstrate that the presence of a fracture zone can have a significant impact on the operation of the SCW. The proposed approach is to develop and validate a numerical model based on the assumption of flow in an equivalent porous media. The model will then be transformed to include a high hydraulic conductivity layer representing fractured bedrock. Since little information on the thermo-hydraulic response of SCWs is accessible to designers, the models will be subjected to a series of tests to illustrate their behaviour under various operating conditions. This study demonstrates that the presence of a single fracture zone within the bedrock can have a significant beneficial effect on the performance of SCWs. Temperature differences between the porous medium model and the fractured model were particularly important when the SCW was operated at bleed ratios of 10 % to 20 %, corresponding to typical bleed percentages. Several parameters which characterise the geological medium have a significant impact on the performance of operating SCWs. The parameters having the most significant impact on operating temperatures are the thermal and hydraulic conductivities of the bedrock while porosity has little effect on these results. The analysis showed that hydraulic conductivity had a particularly significant impact while the operating system was in transient mode, prior to the settlement of the drawdown cone.


identifier: Geismar, N. (2011). Réduction du colmatage membranaire par ozonation et filtration sur charbon actif  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: À l'initiative d'une coopération entre la Chaire Industrielle CRSNG en Eau Potable et l'entreprise John Meunier Inc., l'impact d'un prétraitement constitué d'une ozonation suivie d'une filtration sur charbon actif biologique (CAB) sur le colmatage de membranes basse-pression (MBP) a été étudié en laboratoire et sur une usine pilote. Les performances des prétraitements ont été mesurées en utilisant un indice récemment développé: l'Unified Membrane Fouling Index (UMFI). Cet indice permet de différentier le colmatage total (UMFIT) du colmatage physiquement irréversible (UMFIR) et chimiquement irréversible (UMFIC). Un intérêt particulier a été adressé à sa limite de détection (UMFIMIN), jamais abordé auparavant. La MBP en polymère (polyéthersulfone et polyvinilpyrrolidone PES/PVP, dpores = 0,025 μm) a montré de meilleures performances en eaux brutes que les deux MBP en céramique (carbure de silice SiC, dpores = 0,005 μm; dioxyde de titane TiO2, dpores = 0,100 μm), probablement en raison de son flux d'opération plus faible. L'ozonation a permis de diminuer le colmatage des trois membranes étudiées. La diminution du colmatage a été associée à l'abattement de la fraction hydrophobique de la matière organique naturelle (acides humiques et fulviques). Il était cependant nécessaire d'éviter de mettre en contact un résiduel d'ozone avec la MBP en polymère pour éviter de compromettre son intégrité physique. Aucun impact significatif n'a été observé entre l'ozonation et la filtration CAB en laboratoire. En usine, une légère amélioration (7,5 %) du colmatage total a été observée après la filtration CAB, mais aucun impact sur le colmatage physiquement. Les UMFIT mesurés avec le montage expérimental sous-estimaient les UMFIT observés à l'usine d'un facteur 3. Les différences ont été attribuées à des facteurs d'échelle, des modes d'opérations et une qualité d'eau prétraitée différents de ceux en usine. En l'absence de précurseurs du colmatage ne pouvant être observé en continu, l'UMFI se présente donc comme un indice de colmatage facile à mettre en place. Le montage expérimental développé dans ce mémoire nécessiterait cependant des améliorations afin d'éviter de sousestimer le colmatage observé en usine. Le développement d'un montage automatisé et sa comparaison avec l'usine pilote seraient une perspective logique à ce projet de recherche.  ABSTRACT: Cooperation between the Industrial-NSERC Chair in Drinking Water and John Meunier Inc. led to the study of ozonation followed by biological activated carbon (BAC) filtration as a mean of reducing low pressure membrane (LPM) fouling. Pretreatments performances were measured using the Unified Membrane Fouling Index (UMFI) in a laboratory and full scale pilot. This index distinguished the total fouling (UMFIT) from the physically irreversible fouling (UMFIR) and the chemically irreversible fouling (UMFIC). The detection limit of the UMFI method (UMFIMIN) has been studied, which is unique in the literature. Polymeric LPM (polyethersulfone and polyvinilpyrrolidone PES/PVP, d = 0.025 μm) showed better performances with raw waters than the two ceramic LPM (Silicon carbide, d = 0.005 μm; Titanium dioxide, d= 0.100 μm), most likely due to its lower permeate flux. Ozonation reduced fouling for the three membranes studied by reacting with the low molecular weight hydrophobic fraction (humic and fulvic acids) of the natural organic matter (NOM). It was however necessary to avoid any contact between ozone residual and the polymeric membrane to prevent its loss of integrity. Biofiltration had no significant impact on membrane fouling in the laboratory. The pilot showed a slight improvement (7.5 %) of the total fouling after biofiltration, but no significant impact on irreversible fouling. The UMFIT measured at the laboratory underestimated the UMFIT observed at the pilot by a factor 3. Scale-up effects, differences in operating mode and water quality are likely the cause of these differences. Without fouling precursors easily monitored continuously, the UMFI was a good indicator for fouling and easy to utilize. The tests performed at laboratory-scale required improvements in order to avoid underestimating the UMFIT observed at full-scale. Automation of the laboratoryscale pilot and its comparison with a full-scale plant would be a logical perspective to this research project.


identifier: Laville, C. (2011). Étude de différentes méthodes de calculs de coefficients de sensibilités du keff aux données nucléaires  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les études de sensibilités du keff relatives aux données nucléaires sont utilisées, en tandem avec les données de covariances des bibliothèques de sections efficaces, au cours du processus d'estimation des incertitudes du keff dues à ces données nucléaires. Étant donné que ces incertitudes sont dominantes comparativement aux autres contributions possibles, il est nécessaire, dans le but d'améliorer la sûreté des installations nucléaires, de tester les schémas de calcul de sensibilités. Les études de sensibilités sont également utilisées pour la conception d'expériences de validation ou au cours d'études de similarité. Les travaux, présentés dans ce document, traitent d'une comparaison des différents schémas de calcul de sensibilités suivants : TSUNAMI-1D/3D et DRAGON4/SENS, qui sont basés sur la méthode de perturbations au 1er ordre (qui fait intervenir le flux adjoint), ainsi que APOLLO2-MORET 5 et DRAGON4-MORET 5, qui sont basés sur des perturbations directes de sections efficaces (faisant donc intervenir un couplage entre un code déterministe, APOLLO2 ou DRAGON4, et un code Monte Carlo, MORET 5). Cette étude comparative est basée sur les résultats de calculs de sensibilités du benchmark de Godiva et du benchmark NEA/UACSA Phase III. Ce dernier à été spécialement conçu pour tester et comparer les schémas de calcul de sensibilités. Il vise également à étudier l'impact de simplifications géométriques sur les sensibilités et à étudier l'importance des sensibilités implicites (liées à l'autoprotection des résonances) pour des systèmes hétérogènes et homogènes modernes. Les résultats obtenus ont permis de conclure que l'homogénéisation permet de diminuer le temps de calcul, sans pour autant biaiser les résultats, pour les schémas de calcul faisant intervenir des perturbations directes. Comme mentionné dans le manuel de TSUNAMI-3D, « les résultats de calculs de sensibilités pour des systèmes homogénéisés doivent être utilisés avec précaution » et peuvent ne pas être représentatifs. Nous avons constaté que les sensibilités implicites restent non négligeables pour le système homogène faiblement enrichi en uranium étudié.  ABSTRACT: The sensitivity of keff to nuclear data are used, in tandem with the covariance data stored in cross section libraries, to estimate the uncertainties of the keff due to nuclear data. Since these contributions to the uncertainties of keff dominate any other, it is necessary, in order to increase the safety of nuclear systems, to validate the schemes used for sensitivity calculation. These sensitivity analysis are also useful for the modeling of experimental benchmark and during similarity studies. The work, presented in this document, compare different schemes for sensitivity calculation: TSUNAMI-1D/3D and DRAGON4/SENS, that rely on the adjoint-based first-orderlinear perturbation theory, and APOLLO2-MORET 5 and DRAGON4-MORET 5, where direct perturbations of cross sections are applied (this involves a coupling between a deterministic code, APOLLO2 or DRAGON4, and a multigroup Monte Carlo code, MORET 5). This comparison is based on sensitivity results obtained for the Godiva and the NEA/EGUACSA Phase III benchmarks. The last problem was created especially to test and compare schemes of sensitivity calculation. It also aims to study the impact of geometric simplifications on sensitivities and to evaluate the importance of implicit sensitivities (linked to self-shielding) for heterogeneous and homogeneous moderated systems. The results obtained during this study allow to conclude that homogenization decreases time computation, without lost of accuracy, for the schemes of calculation with direct perturbations. As written in the SCALE manual, the sensitivity results for homogenized cases are not representative. We saw that implicit sensitivities are not negligeable for the homogeneous low enriched system which has been studied.


identifier: Laouini, I. (2011). La gestion des centrales hydroélectriques en série par balancement des réservoirs  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le but de cette thèse est de développer un logiciel qui puisse gérer efficacement plusieurs réservoirs et centrales hydroélectriques sur une rivière.  La règle de gestion que nous avons développée consiste à trouver un compromis entre les besoins pour la compagnie de générer des bénéfices et les risques d'inondation et de manquer de l'eau, et ceci sans connaître à l'avance les apports d'eau qui entreront dans les réservoirs dans les semaines futures. Notre approche consiste tout d'abord à agréger toutes les installations hydroélectriques de la rivière de façon à n'avoir qu'un seul réservoir à gérer.  Par la suite, nous déterminons une politique de gestion du réservoir unique avec la programmation dynamique stochastique. L'étape d'après consiste à répartir la production du réservoir unique entre toutes les installations de la rivière. Cette répartition entre les installations est faite par la méthode de balancement des réservoirs qui consiste à déterminer le contenu de chaque réservoir en fonction du contenu du réservoir agrégé.  Les fonctions qui déterminent le contenu de chaque réservoir en fonction du contenu du réservoir agrégé sont appelées fonctions de balancement. Les fonctions de balancement sont déterminées par une méthode de régression non paramétrique appelée régression multi variée par spline adaptative (Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS)).  La méthode MARS permet d'ajuster automatiquement des modèles polynomiaux par parties. À ma connaissance, c'est la première fois qu'on utilise cette méthode de régression pour déterminer des fonctions de balancement.  Pour valider la méthode que nous avons développée, nous avons comparé les résultats de cette méthode à ceux obtenus avec la programmation dynamique stochastique pour des problèmes de deux et trois réservoirs en série. Enfin, nous avons appliqué notre approche à un problème de grande taille, et plus précisément de sept réservoirs en série.  ABSTRACT: This thesis presents our approach for determining a weekly operating policy of a hydropower system consisting of several reservoirs in series using an aggregation disaggregation method and a balancing rule. The objective function consists in maximizing the difference between the revenues of the energy surplus sold on the spot market and the cost of the energy bought to meet demand. The first step of the method consists in aggregating all installations on the river and then solving the aggregate model with stochastic dynamic programming.  The feedback operating policy obtained by solving the aggregate model gives the amount of energy that should be stored at the end of each period.  The second step consists of finding a rule and a relation which optimally allocates the entire storage between the reservoirs using a balancing rule. These rules were obtained by applying both, classical linear regression and the Multivariate Adaptive Regression Method (MARS) to results from a deterministic model that maximize hydropower production.  Balancing reservoirs means managing the hydroelectric installations so that the total amount of potential energy stored in the system is distributed among the reservoirs of the system. This distribution must take into account the randomness of the reservoir inflows, the efficiency of the installations, and the variations of the water heads and the risk of spillage. This report will show how to determine and improve balancing rules for several reservoirs in series and will compare the results obtained for two and three reservoirs to those obtained with stochastic dynamic programming. The proposed method was also extended to a large scale system and more precisely to seven reservoirs in series.


identifier: Zerouali Boukhal, K. (2011). Conception et caractérisation d'un outil de neuronavigation pour le rat  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le concept de navigation fait référence à tout procédé de guidage utilisé pour localiser et faire le suivi d'une position dans l'espace. Dans le cas de la neuronavigation (NN), il s'agit de décrire la position d'un outil dans le référentiel d'une image anatomique du cerveau d'un sujet. Ce mémoire décrit la conception d'un système de neuronavigation dédié au rat, financièrement abordable et utile en laboratoire. Ce type de dispositif apporte précision et répétabilité à des procédures qui requierent une grande dextérité. Ce projet a débuté avec la conception et la fabrication d'un transducteur cylindrique. Ce dernier peut former des images dans une géométrie similaire aux tranches axiales provenant de l'IRM. Malgré de bons résultats sur fantômes, aucun signal intéressant n'a pu être enregistré à partir du cerveau d'un animal. Ce transducteur a dû être mis de côté à cause de la faible qualité des images in vivo produites. Ensuite, un dispositif d'imagerie tridimensionnelle par fusion photoacoustique-ultrasons (PAUS) a été conçu. Les images ultrasonores provenant de ce dispositif ont servi à recaler un cliché IRM du cerveau d'un rat dans le référentiel du laboratoire. Le dispositif de NN est basé sur une fusion d'images échographiques et IRM. Le cliché IRM qui a été utilisé est une image moyenne provenant de plusieurs animaux, ce qui réduit encore les coûts liés à l'utilisation du dispositif de neuronavigation. En guise de comparaison, les appareils commerciaux nécessitent une image IRM propre à chaque sujet. Le coût du matériel composant ce dispositif ne dépassant pas dix mille dollars, il reste très abordable. Il a donc été possible de fusionner ces modalités d'imagerie pour prévoir la trajectoire d'une injection dans le cerveau. Pour valider la méthode, cette trajectoire est ensuite comparée à celle observée sur des coupes histologiques prélevées sur le tissu injecté. L'erreur associée au positionnement a été quantifiée : une erreur moyenne de 1.13mm, avec une erreur minimale de 500μm. Ces deux valeurs montrent le potentiel du dispositif présenté ici.  ABSTRACT: 3D navigation is a concept that is used to find an object of interest using coordinates in space. Neuronavigation(NN) is the term used when the navigated space is within the confines of the nervous system, including brain. Neuronavigation systems are well-established in neurosurgery, especially in the human clinical field. There is also a growing presence in fundamental research which is widely based on animal studies. The rat is used as an important model in biomedical research. As of today, there is no commercial neuronavigation system on the market dedicated to small animal experiments. In neuroscientific studies of the rat, the localization of targets in the brain is taken from stereotaxic coordinates using paper atlases and specifically designed stereotaxic frames. In this study, we developed a low-cost, high precision neuronavigation system dedicated to neuroscientific experiments in therat. More specifically, an ultrasound device was used to generate in vivo images of the rat skull which were then registered to a standard MRI image.Neuronavigation is based on the fusion between these two modalities; the ultrasound system conveying spatial information of the animal in the laboratory while being aligned to the precise anatomical image of the MRI. In this thesis, both photoacoustic (PA) and ultrasound (US) imaging were used to generate in vivo data. In the first experiment, we constructed a home-made ultrasound transducer that was further characterized for photoacoustic use. Although it was able to generate good quality phantom images, no in vivo signal could be consistently recorded. A commercial transducer, looking at PA-US fusion imaging was then used in the next experiments. While PA did not provide useful information that could be used for in vivo neuronavigation, US provided good enough image quality to perform registration with the MRI. The accuracy of the neuronavigation system reported here was characterized in a post mortemstudy. The accuracy of the neuronavigation device was defined by the distance between a selected target in the standard MRI brain and an injection site calculated from the injection zone measured on the histological slices. Results showed that the system had a mean error of 1.13mm, with a minimal error value of 500μm. These numbers attest to the potential of this neuronavigation method.


identifier: Levasseur, A. (2011). Développement d'une méthode d'analyse du cycle de vie dynamique pour l'évaluation des impacts sur le réchauffement climatique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réchauffement climatique de nature anthropique est principalement causé par les émissions de gaz à effet de serre (GES) provenant des différentes activités humaines. Pour réduire l'impact de ces activités sur le climat, il faut être en mesure de quantifier les émissions de GES, ainsi que leur impact relatif sur le réchauffement climatique, afin d'identifier les sources principales et les solutions permettant d'atteindre les objectifs de réduction fixés. Pour ce faire, l'unité de mesure généralement utilisée est le GWP (« Global Warming Potential »), proposé par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), qui transforme les émissions des différents GES en kg CO2-eq. L'utilisation de plus en plus répandue du GWP et des méthodes de comptabilisation des émissions de GES a fait poindre certaines limites concernant les aspects temporels des émissions. En effet, le développement d'un nombre croissant de projets d'atténuation du réchauffement climatique par la foresterie a soulevé la question de l'impact de la séquestration et du stockage temporaire de carbone en forêt. De plus, de récentes méthodes de calcul pour l'empreinte carbone des produits visent à donner une valeur au stockage temporaire de carbone dans des objets issus de la biomasse pendant leur durée de vie. Finalement, certaines études ont démontré l'importance de la considération de la distribution temporelle des émissions de GES lors de l'évaluation de projets s'étendant sur de longues périodes de temps. Pour chacune de ces problématiques individuelles, des approches ont été proposées au cours des dernières années. Par contre, ces approches sont spécifiques à une situation ou à un problème donné. De plus, elles comportent généralement des lacunes. Par exemple, elles s'appliquent seulement aux émissions de CO2 et négligent les autres GES, elles donnent des résultats pour un horizon de temps fixe, etc.  L'objectif principal de cette thèse est de développer une méthode d'analyse du cycle de vie (ACV) dynamique pour la catégorie d'impact du réchauffement climatique et de démontrer que cette méthode permet de pallier les lacunes des méthodes existantes concernant les aspects temporels des émissions de GES. La méthode développée doit donc permettre d'analyser l'impact de n'importe quel système de produits dans un cadre temporel cohérent, tout en considérant de façon rigoureuse le devenir atmosphérique de chacun des différents gaz à effet de serre.  La première étape à réaliser pour l'obtention d'une ACV dynamique est de développer un inventaire du cycle de vie qui tient compte de la distribution temporelle des émissions. Pour ce faire, le cycle de vie est divisé en pas de temps d'une longueur d'une année et toutes les émissions d'un GES donné ayant lieu à une certaine année sont additionnées pour donner une matrice d'inventaire où chaque ligne représente un type de GES et chaque colonne, une année d'émission. Des facteurs de caractérisation dynamiques sont ensuite développés pour deux indicateurs du réchauffement climatique, soit 1) le forçage radiatif, tel qu'utilisé pour le calcul des GWP et 2) l'augmentation de la température atmosphérique. La méthode développée dans cette thèse permet donc de calculer l'impact de n'importe quel inventaire de GES sur le forçage radiatif et sur la température atmosphérique à tout moment t, en utilisant des facteurs de caractérisation qui sont fonction du temps écoulé entre chaque émission et le moment t. Comme elle utilise des facteurs de caractérisation qui sont fonction du moment de l'émission, l'ACV dynamique permet le calcul des impacts d'émissions de GES réparties dans le temps dans un cadre temporel cohérent. L'application de la méthode à une étude portant sur le remplacement des combustibles fossiles par des biocarburants tout en tenant compte des émissions dues au changement d'affectation des terres démontre que cette incohérence temporelle peut avoir un impact très significatif sur les résultats et sur les décisions qui en découlent. Par exemple, certains biocarburants pourraient être favorisés par une politique exigeant qu'ils atteignent un certain niveau de réduction de GES au bout d'une certaine période de temps si les résultats de l'approche traditionnelle sont utilisés, alors qu'ils seraient exclus suivant les résultats de l'ACV dynamique. Ces résultats démontrent aussi que l'ACV dynamique peut être appliquée à n'importe quel type de profil temporel ou de système de produits, contrairement à certaines approches existantes développées pour le cas particulier des biocarburants. Les résultats obtenus pour l'évaluation d'un projet de compensation d'une émission de GES par la foresterie démontrent que la séquestration d'une certaine quantité de carbone en forêt ne peut compenser entièrement, à court ou à moyen terme, l'impact causé par une émission initiale équivalente à cause du délai de séquestration et que l'ACV dynamique, en calculant l'impact en fonction du temps, permet d'analyser la sensibilité des résultats au choix d'un horizon temporel. Ces résultats démontrent aussi que l'utilisation unique du forçage radiatif cumulatif pour évaluer l'impact sur le réchauffement climatique n'est pas suffisante, puisque cet indicateur ne permet pas de tenir compte des impacts liés à l'augmentation absolue de température. L'utilisation des deux indicateurs, desquels peuvent découler des conclusions différentes, permet donc de prendre des décisions mieux informées, en se basant sur un éventail d'impacts plus grand. Finalement, la comparaison entre l'ACV dynamique et les méthodes existantes pour le calcul de l'empreinte carbone démontrent que la méthode développée dans cette thèse propose un calcul plus rigoureux et permet une analyse plus flexible des résultats. En effet, contrairement aux autres approches, l'ACV dynamique tient compte de la dynamique de séquestration du carbone dans la biomasse, considère le devenir atmosphérique spécifique à chaque GES par l'utilisation de facteurs de caractérisation dynamiques propres à chacun des gaz et ne nécessite pas la détermination d'un horizon temporel arbitraire avant le calcul. Le développement d'une méthodologie générale pour l'intégration des aspects temporels en analyse du cycle de vie est une première dans le domaine et apporte un certain nombre de défis. Différentes opportunités de recherche sont proposées afin d'améliorer la rigueur et la justesse des analyses effectuées à l'aide de cette méthode et d'étendre son application. • Le développement de facteurs de caractérisation dynamiques pour le réchauffement climatique variant avec la concentration atmosphérique en CO2; • La considération des impacts causés par les modifications de l'albedo lors d'un changement d'affectation des terres;  • La modélisation des impacts sur le réchauffement climatique au niveau dommage;  • Le développement de facteurs de caractérisation dynamiques pour d'autres catégories d'impacts; •  Le développement d'une méthode pour l'opérationnalisation du calcul d'inventaire temporel;  • L'adaptation des banques de données ACV à la temporalisation de l'inventaire;  • Le développement des aspects prospectifs en ACV.  ABSTRACT: Anthropogenic global warming is mainly caused by the greenhouse gas (GHG) emissions coming from human activities. In order to reduce their impact on the climate, GHG emissions must be quantified, as well as their relative impact on global warming, so that the main sources are identified and the right solutions are implemented to reach the reduction targets. The metric used to compare the different GHGs is the Global Warming Potential (GWP), proposed by the International Panel on Climate Change (IPCC), which converts GHG emissions into kg CO2-eq. The widespread use of GWP and GHG accounting methods has uncovered some limits regarding the temporal aspects of GHG emissions. The increasing number of climate mitigation projects has raised issues about the assessment of temporary carbon sequestration and storage in forests. Moreover, some recently published methods for carbon footprint calculation aim to give a value to temporary carbon storage in long-lived products made from biomass. Finally, some studies have shown the importance of considering the timing of GHG emissions while assessing the impacts of projects over long time frames. For each of these issues, some approaches are proposed in the scientific literature. However, each of these approaches has been developed for a specific situation, and some flaws have been identified. For instance, they can only be applied to CO2 emissions, they provide results for a fixed time horizon, etc. The main objective of this thesis is to develop a dynamic life cycle assessment (LCA) method for global warming and to show that this method alleviates the deficiencies identified in the existing approaches regarding the temporal aspects of GHG emissions. The dynamic LCA method must enable the assessment of any type of product system over a consistent time frame, while rigorously considering the specific atmospheric fate of each greenhouse gas.  The first step in performing a dynamic LCA is to develop a life cycle inventory which considers the temporal profile of emissions. The life cycle is thus divided in one-year time steps, and all the emissions of a given GHG occurring on a given year are summed to get an inventory matrix for which each row stands for a particular GHG and each column, for the year of emission. Dynamic characterization factors are then developed for two different global warming indicators: 1) radiative forcing, as used in GWP, and 2) increase in atmospheric temperature. The method developed in this thesis aims to calculate the impact of any GHG inventory on radiative forcing and atmospheric temperature at any time t, using characterizations factors that depend on the time elapsed between each emission and time t. By using dynamic characterization factors that depend on the moment of emission, dynamic LCA calculates the global warming impact of GHG emissions over a consistent time frame. The use of dynamic LCA to assess the impact of the replacement of fossil fuels with biofuels while considering land-use change emissions shows that the temporal inconsistency has a very significant impact on LCA results, and on the decisions taken. For instance, some biofuels could be favored by regulations asking for a given GHG reduction over a specified time frame if using the traditional approach, while they would be rejected if using dynamic LCA. These results also show that dynamic LCA can be applied to any type of temporal profile or product system, in opposition to some existing approaches that have been developed for the particular case of biofuel assessment. The results provided by the assessment of a climate mitigation project through forestry with dynamic LCA show that the sequestration of a given amount of carbon in trees cannot fully compensate an equivalent emission, on a short- or a mid-term perspective, because of the sequestration delay, and that since it provides the time-dependent impact on global warming, the dynamic LCA approach allows analyzing the sensitivity of the results to the choice of a time horizon. These results also show that cumulative radiative forcing is not sufficient as a single global warming indicator, since it does not consider the impacts related to the absolute increase in temperature. Different conclusions can be drawn from the two different indicators, and the use of both of them would make decision making based on a wider range of climate change impacts. Finally, the comparison between dynamic LCA and the existing methods for carbon footprint calculation show that the method developed in this thesis provides more rigorous results and allows for a more flexible analysis. Unlike the other approaches, dynamic LCA takes into account the temporal profile of the sequestration of carbon in trees, it considers the specific atmospheric fate of every GHG with different characterization factors, and it does not require the determination of an arbitrary time horizon prior to the calculation. The integration of temporal aspects in life cycle assessment brings new challenges. Some future research opportunities are proposed in order to improve the validity and accuracy of the method, as well as to expand its use. • Development of dynamic characterization factors for global warming that takes into account the variations of the atmospheric CO2 concentration; • Consideration of the albedo effects caused by land-use change;  • Damage modeling of the global warming impacts in life cycle assessment;  • Development of dynamic characterization factors for other impact categories; • Development of a method for the calculation of temporal life cycle inventories;  • Adaptation of the life cycle databases to the integration of temporal aspects in LCA; • Development of prospective LCA.


identifier: Moumbe, A. P. (2011). Développement de l'unité centrale d'un système d'acquisition simultanée d'électroencéphalogrammes et de données de tomographie d'impédance électrique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La tomographie d'impédance électrique (TIE) est une technique non invasive qui permet d'imager les changements de conductivité électrique des tissus d'une section du corps à partir de mesures d'impédance réalisées avec des électrodes de surface. L'Institut de génie biomédical (IGB) de l'École Polytechnique de Montréal participe au développement de cette technique d'imagerie depuis 1987. Les projets récents de l'IGB incluent le développement d'un système de monitoring de patients épileptiques admissibles à la chirurgie. Ce système est conçu pour acquérir simultanément des données de TIE et d'électroencéphalographie (EEG). Le but recherché en combinant les données de TIE et d'EEG est d'améliorer la précision avec laquelle on peut localiser les zones du cerveau qui déclenchent les crises d'épilepsie. L'identification de ces foyers permet, dans plusieurs cas, de guérir le patient de l'épilepsie en retirant chirurgicalement ces zones du cerveau. Bien que la détection des foyers épileptiques s'effectue présentement par une combinaison de tests cliniques et de techniques d'imagerie médicale, la confirmation de leur position requiert souvent des enregistrements de l'activité électrique du cerveau au moyen d'électrodes intracrâniennes. Cette approche directe est hautement invasive et comporte des risques importants d'hémorragie. Le système que nous développons pourrait remplacer éventuellement les enregistrements faits au moyen d'électrodes intracrâniennes par une technique d'imagerie non invasive qui peut être mise en oeuvre à relativement faible coût. Le système d'acquisition combinée de données de TIE et d'EEG comporte quatre composants : 1) un réseau de 24 électrodes disposées sur le cuir chevelu, 2) un module d'électrodes actives (MEA) contenant les circuits de première ligne nécessaires pour mesurer les impédances des tissus cérébraux et enregistrer les EEG, 3) une unité centrale (UC) comportant un réseau de portes programmable (FPGA) qui effectue le traitement numérique des signaux et contrôle le système, et 4) un ordinateur qui reçoit les données de l'UC et reconstruit les images de changements de conductivité du cerveau. L'objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer l'UC du système. Pour ce faire, les travaux suivants ont été réalisés : 1. Nous avons développé le programme de configuration du FPGA d'une carte d'UC préalablement réalisée à l'IGB. Ce programme a été écrit en VHDL, un langage de haut niveau, afin d'en faciliter la maintenance et la portabilité à de nouveaux systèmes de TIE. 2. Le fonctionnement de l'UC a été validé au niveau de la carte et du système en évaluant quatre critères de performance : a) la plage dynamique exempte de parasites (SFDR), b) le rapport signal sur bruit (SNR), c) la précision globale et d) la dérive thermique.  ABSTRACT: Electrical impedance tomography (EIT) is a non-invasive technique for imaging changes in the electrical conductivity of tissues within a body section from impedance measurements performed with surface electrodes. The Institut de génie biomédical (IGB) at École Polytechnique de Montréal has been involved in the development of this technique since 1987. Recent projects of the IGB include developing a system for monitoring epileptic patients that are candidates for surgery. This system is designed to acquire EIT and electroencephalographic (EEG) data simultaneously. The rationale for combining EIT and EEG data is to improve the accuracy with which areas of the brain responsible for triggering epileptic seizures can be localized. Accurate localization of these foci allows, in many cases, to cure the patient from epilepsy by surgically removing these areas of the brain. Although various clinical tests and medical imaging procedures are presently used to localize epileptic foci, confirmation of their positions often require a direct electrophysiological investigation with implanted electrodes. This is a highly invasive procedure that carries a significant risk of hemorrhage. The system we are developing could eventually replace direct investigations with intracranial electrodes by a simple noninvasive imaging technique that can be deployed at relatively low cost. The combined EIT-EEG data acquisition system has four components: 1) an array of 24 scalp electrodes, 2) a scan head module containing the front-end circuits required to measure the impedance of cerebral tissues and record EEG signals, 3) a base station based on a field programmable gate array (FPGA) that performs all digital signal processing and system control operations, and 4) a computer that receives the data from the base station and reconstructs images of brain conductivity changes. The primary goal of this master's project was to develop the base station module. This was achieved by performing the following tasks. 1. We developed the configuration code for the FPGA of a base station module previously built by the IGB. The code was written in VHDL, a high-level language, in order to facilitate maintenance and portability to future systems. 2. The base station module was tested at the board and system level by measuring three performance indicators: a) spurious-free dynamic range (SFDR), b) signal to noise ratio (SNR), c) overall accuracy, and d) thermal drift. 3. The performance indicators measured on the new system were compared to those of an older system that uses discrete specialized chips for signal processing. 4. Preliminary in vivo tests were done with the new system.


identifier: Eslami Nejad, P. (2011). Double U-Tube Geothermal Borehole Operation Under Phase Change Conditions  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de pompe à chaleurs couplées à des échangeurs géothermiques verticaux constituent des alternatives intéressantes pour la climatisation/chauffage des espaces et le chauffage de l'eau chaude en raison de leur haute efficacité et de leur faible impact sur l'environnement. Cependant, les coûts de forage demeurent un obstacle à leur utilisation généralisée. Les coûts de forage sont directement reliés à la profondeur des puits. Dans le cas d'installations avec puits unique, la profondeur dépend principalement de l'extraction maximale de la chaleur du sol pendant le pic des charges de chauffage du bâtiment. Pour diminuer l'extraction maximale de chaleur du sol, il a été suggéré de recharger le sol en utilisant l'énergie solaire. Cependant, dans les installations à simple puits, l'injection de chaleur solaire ne réduit pas la longueur de forage de façon significative puisque l'injection solaire ne coïncide pas nécessairement avec le pic de charge du bâtiment. Par ailleurs, la chaleur solaire injectée se dissipe dans le sol sans faire augmenter la température du sol à proximité du puits de façon significative. Dans ce projet, une nouvelle alternative est proposée pour réduire la longueur de forage dans les installations avec puits unique. Il s'agit d'une pompe à chaleur géothermique couplée avec un système solaire dont l'échangeur géothermique est constitué d'un puits à deux tubes en U avec deux circuits indépendants entouré par un anneau de sable saturé. Cette configuration est utilisée pour l'extraction de la chaleur dans un circuit, combiné avec une pompe à chaleur, et l'injection thermique dans l'autre circuit en utilisant l'énergie solaire. Dans cette configuration, l'échangeur géothermique agit comme un échangeur de chaleur entre le capteur solaire et la pompe à chaleur. Lors des périodes de pointe de chauffage du bâtiment, généralement la nuit lorsque l'énergie solaire n'est pas disponible, la pompe à chaleur extrait l'énergie du sol et, dans certains cas, le sable saturé gèle en formant un anneau autour du puits. Cela a pour effet de ralentir la baisse de la température de retour à la pompe à chaleur et tire parti de la teneur en énergie relativement élevée associée à la chaleur latente de fusion de l'eau dans le sable. Lorsque l'énergie solaire est disponible, la chaleur solaire est injectée dans le second tube en U pour faire fondre l'anneau de glace. Pour évaluer précisément les conséquences de l'utilisation du système proposé, des modèles théoriques pour les puits et le sol sont développés dans cette étude.  ABSTRACT: Conventional ground coupled heat pump systems with vertical ground heat exchangers constitute attractive alternatives for space conditioning and domestic hot water heating due to their high efficiency and environmental friendliness. However, borehole costs remain a barrier for their widespread utilization. Borehole costs are mainly driven by borehole depths which, in single borehole installations, are mainly dependent on peak ground load heat extraction during peak building heating loads. To mitigate the peak ground heat removal, it has been suggested to recharge the ground using solar energy. However, in single borehole installations, solar heat injection does not reduce the borehole length significantly since solar energy injection is not necessarily coincident with the peak building load. Furthermore, the injected solar heat dissipates into the ground without making notable increases on ground temperature near the borehole. In this work, a new solar assisted ground coupled heat pump alternative is proposed to reduce the borehole length in single borehole installations. The system under study consists of a double Utube borehole with two independent circuits surrounded by a saturated sand ring. This configuration is used for heat extraction in one circuit, combined with a heat pump, and simultaneous thermal recharging in the other circuit using solar energy. In effect, it acts as a heat exchanger between the solar thermal collector and the heat pump. During peak building loads, usually at night when solar energy is unavailable, the heat pump extracts energy from the ground and in some cases the saturated sand freezes. This slows down the decrease in the return temperature to the heat pump and takes advantage of the relatively high energy content associated with the latent heat of fusion of water in the sand. When solar energy is available, solar heat is injected in the second U-tube to melt the frozen saturated ring. To evaluate precisely the expected consequences of using the proposed system, theoretical models for the borehole and the ground are developed in this study. The borehole model accounts for the double U-tube with two independent circuits and the numerical ground model can handle freezing and thawing in the saturated region in the immediate vicinity of the borehole as well as pure conduction heat transfer in the ground.


identifier: De Jesus, D. L. (2011). Silençage génique de l'ARNm codant pour l'apolipoprotéine B après administration par voie intraveineuse de nanoparticules chitosane/siARN-ApoB dans un modèle murin d'athérosclérose  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'athérosclérose est une maladie inflammatoire auto-suffisante dont le développement progressif asymptomatique mène à la majorité des maladies cardiovasculaires causant approximativement 75 000 décès par année au Canada seulement. L'apolipoprotéine B (ApoB) est une composante structurelle essentielle des lipoprotéines de faible densité (LDL), responsables de l'initiation et du développement de l'athérosclérose. Les médicaments actuels ne font que ralentir le développement athérosclérotique au lieu d'atteindre la source du problème qui est principalement l'ApoB. D'où l'importance de trouver une nouvelle avenue biomédicale telle que le silençage génique de l'ApoB en utilisant un système conçu pour livrer systémiquement des petits ARN interférents (siARN) et pour les libérer dans des cellules « cibles ». Nous avons donc pour hypothèse de recherche que l'administration par voie intraveineuse des nanoparticules chitosane/siARN-ApoB est en mesure d'induire des effets thérapeutiques sécuritaires dans un modèle murin d'athérosclérose. Le chitosane est un polymère cationique, naturel et biodégradable dont les caractéristiques intrinsèques varient en fonction de son degré de désacétylation (DD) et sa masse moléculaire (MM). De plus, le ratio amine de chitosane : phosphate de siARN (N:P) utilisé pour former les nanoparticules, ainsi que le DD et la MM du chitosane influencent grandement les caractéristiques physico-chimiques des nanoparticules. Les formulations de chitosane (DD-MM-N:P) utilisées dans le cadre de ce projet, soit le 92-10-5, le 80-80-5 et le 80-10-10 ont été préalablement évaluées en thérapie génique. Les analyses par microscopie électronique à balayage environnemental (ESEM) et par diffusion dynamique de la lumière (DLS) ont démontré que les nanoparticules chitosane/oligonucléotides double brin (ODNdb)-ApoB sphériques et homogènes possèdent des tailles et des potentiels zêta (δ) variant entre 41 et 108 nm et entre 15 et 23 mV, respectivement. L'électrophorèse sur gel de polyacrylamide a démontré la stabilité des nanoparticules chitosane/ODNdb-ApoB formées de chitosane 92-10 à divers ratios N:P lors d'incubation à différentes périodes dans des solutions de pH différents. Nous avons également démontré par électrophorèse sur gel d'agarose que le chitosane est en mesure de protéger efficacement les ODNdb-ApoB contre la dégradation à des concentrations supra-physiologiques de désoxyribonucléases I (ADNase I) (2 unités d'ADNase I/μg d'ODNdb).  ABSTRACT: Atherosclerosis is a self-sufficient inflammatory disease whose asymptomatic progressive development leads to the majority of cardiovascular diseases causing approximately 75 000 death per year in Canada only. Apolipoprotein B (ApoB) is an essential structural component of low density lipoproteins (LDL), which are responsible for the initiation and the development of atherosclerosis. Actual medication can only slow the atherosclerotic development instead of targeting the source of the problem which is the ApoB. Hence the importance of finding a new biomedical technique such as the ApoB gene silencing using a system designed to release small interfering RNAs (siRNA) in targeted cells. We therefore hypothesized that intravenous administration of chitosan/siRNA-ApoB nanoparticles would be able to induce safe therapeutic effects in a murine model of atherosclerosis. Chitosan is a cationic, natural and biodegradable polymer whose intrinsic characteristics vary according to its degree of deacetylation (DDA), molecular weight (MW) and the chitosan's amine : siRNA's phosphate ratio (N:P) used to form nanoparticles. Chitosan formulations (DDA-MW-N:P) used in this research project, either 92-10-5, 80-80-5 and 80-10-10, were previously studied in gene therapy. Analysis using Environmental Scanning Electron Microscopy and Dynamic Light Scattering (DLS) showed that spherical and homogenous chitosan/double stranded oligonucleotides (dsODN)-ApoB nanoparticles had sizes and zeta (δ)-potentials ranging respectively from 41 to 108 nm and 15 to 23 mV. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) demonstrated the high stability of chitosan/dsODN-ApoB nanoparticles formed with chitosan 92-10 at various N:P ratios when incubated in solution of various pHs for various amounts of time. We also demonstrated using agarose gel electrophoresis that chitosan efficiently protected dsODN-ApoB from digestion by supraphysiological concentrations of desoxyribonuclease I (DNAse I) (2 units of DNAse I/μg of dsODN). We determined using flow cytometry that chitosan (92-10-5)/dsODN-ApoB nanoparticles attained transfection levels of 55, 86 and 66 % in HepG2, HEK293 and RAW264.7 cells respectively. In the same cell lines, confocal microscopy imaging showed internalized nanoparticles, as well as released dsODN-ApoB indicative of endolysosomal release.


identifier: Désilets, J.-F. (2011). Développement et optimisation d'un procédé de mise en forme par injection d'une pièce complexe à épaisseur variable en matériaux composites  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Résumée Dans le cadre des travaux de recherche de la Chaire sur les composites à haute performance (CCHP) et dans une optique de réduction des coûts de fabrication, une évolution du procédée d'infusion a été développée ainsi qu'un nouveau type de moule d'injection. Ceux-ci ont été développés dans l'optique de fabrication de pièces de petites et moyennes dimensions applicables à l'industrie des sports et de l'automobile. Ces nouvelles avancées technologiques ont pour objectif principal de diminuer les coûts de fabrication de pièces complexes en matériaux composites. Un procédé permettant une réduction des étapes d'assemblage est d'abord proposée, permettant une réduction du coût de la main d'oeuvre. En utilisant une vessie sacrificielle fermée, cette nouvelle technique permet de fabriquer en une seule infusion une pièce qui autrement devrait être infusée en deux parties, nécessitant du même coup une étape d'assemblage. Le développement d'un nouveau type de moule permet de réduire le coût de fabrication des moules RTM. Ce moule est composé d'une paroi semi-rigide soutenue par une masse de poudre céramique de Silicate d'Aluminium et dont la forme, qui est modifiable, est maintenue par l'application d'une pression de vide. Une série d'essais préliminaires ont permis de démontrer la faisabilité du procédé d'infusion sur vessie sacrificielle fermée. Plusieurs pièces ont été fabriquées, permettant une sélection adéquate du matériel composant la vessie. Cette nouvelle approche sera ensuite utilisée pour fabriquer des pièces adaptées aux besoins de la recherche industrielle, soit des pales d'éolienne d'une longueur de 1,5 m. Le moule permettant de fabriquer ces pièces est fondé sur un nouveau concept à base de poudres sous vide. Une sélection des grains et une série d'essais mécaniques ont permis de déterminer qu'une poudre céramique constituée de silicate d'aluminium, un matériau abrasif couramment utilisé en fonderie, possède des propriétés propices pour la fabrication d'un moule renforcé par cette nouvelle approche. Le procédé d'infusion sur vessie sacrificielle fermée permet de fabriquer des pièces nécessitant normalement une étape supplémentaire d'assemblage. Ce procédé s'est révélé consistant et capable de faciliter la fabrication de pièces complexes à coeur creux. De plus, il a produit des pièces d'une qualité au moins équivalente à celles fabriquées par les méthodes traditionnelles. La structure composée de poudre céramique contrainte à montré que la friction intergranulaire d'une poudre permet de résister à la pression du moule.  ABSTRACT: As part of the research program driven by the High Performance Composite Design and Manufacturing Canada Research Chair (CCHP) and within the scope of reducing manufacturing costs, a new variant of the infusion process was developed, as well as a new type of mold for Liquid Composite Molding (LCM). These technological advances aim to reduce manufacturing costs of composite materials. A method for reducing assembly steps is first proposed, leading to a reduction of labor costs. Using a closed sacrificial bladder, this new process allows to infuse a composite part in a single step. Previous processes have required two separate parts and an assembly stage. The development of a new type of mold structure can in turn reduce the cost of building RTM molds. This new mold is made of a semi-rigid skin, supported by aluminosilicate ceramic powder on which a vacuum pressure is applied, leading to a solid mass capable of fitting complex shapes. A bench test is first developed in order to provide proof of feasibility of the closed sacrificial bladder infusion option. To facilitate the selection of the bladder material and get used to the new process, several parts were produced. Composite windblades of 1,5 m length were manufactured by the same process. The mold is based on a new concept with powders under stress. A selection based on grains morphology and series of mechanical tests concluded that aluminosilicate ceramic powder, an abrasive commonly used in foundry, is suitable for the new mold. The closed sacrificial bladder infusion process has been proven to consistently produce, with a lower cycle time, parts of quality at least equivalent to those fabricated by traditional methods. A mold made of ceramic powder under vacuum has also successfully demonstrated that the intergranular friction of a powder could be used to withstand the internal pressure of an injection mold. Finally, the results of this study showed that the new approach developed in this project could be considered for industrial applications. The closed sacrificial bladder infusion process aims at simplifying the manufacturing of complex parts while the stressed aluminosilicate powder allows fabricating economical and stiffmolds. Together, these advances contribute to reduce the costs of composite manufacturing and bring new tools to the industry, thus minimizing initial investment and adding flexibility to the product development stage.


identifier: Musongela, M. (2011). Analyse des barres de compensation au cobalt du réacteur CANDU-6 en géométrie exacte en utilisant le code DRAGON  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réacteur CANDU-6 de la centrale Gentilly-2 comporte parmi ses mécanismes de réactivité des barres de compensation situées en tout temps dans le coeur. Ces barres sont composées de cobalt, un matériel absorbant les neutrons thermiques et servent deux buts distincts. Tout d'abord, de par leur positionnement dans le coeur, elles permettent d'aplanir le flux neutronique dans les régions centrales où ce dernier est plus élevé ce qui a pour effet d'optimiser la distribution de puissance. Ceci permet d'augmenter la puissance globale du réacteur tout en conservant des marges sécuritaires par rapport à la puissance maximale de canal. Deuxièmement, les barres de compensation procurent une réserve de réactivité positive en cas de redémarrage du réacteur. Dans ce cas, elles peuvent être rapidement extraites du coeur. Les barres de compensation au cobalt présentent une géométrie en « clusters » qu'il n'était anciennement pas possible de modéliser avec les codes de calcul. Aussi, la méthodologie employée dans l'industrie (méthodologie de référence) consistait à « cylindriser » les barres en des régions annulaires équivalentes. De plus, lors du calcul de super cellule, les grappes de combustible entourant le mécanisme ne pouvaient pas non plus être représentées dans leur géométrie exacte. On procédait alors à une pré-homogénéisation de la cellule de combustible en 3 régions afin de les représenter dans le calcul 3D. L'objectif de cette maîtrise est d'effectuer l'analyse des barres de compensation au cobalt en introduisant une nouvelle méthodologie qui tient compte des progrès effectués dans le code de réseau DRAGON. Ces analyses permettront tout d'abord d'effectuer une comparaison des sections efficaces incrémentales (ΔΣ) à 2 groupes générées en utilisant les nouveaux modèles avec les anciennes sections efficaces. Par la suite, il s'agira d'évaluer l'effet de ces nouvelles sections efficaces sur le calcul de réacteur et le suivi du coeur.  ABSTRACT: Adjuster rods are part of the CANDU-6 reactor's reactivity mechanisms. In the Gentilly-2 reactor, as in a few other CANDU reactors, these rods are made of Cobalt pencils, a material that absorbs thermal neutrons to help flatten the power distribution in order to achieve optimal power delivery while maintaining safe margins to maximum channel power. They also act as a reserve of positive reactivity in case a reactor trip occurs. The Cobalt adjuster rods exhibit a cluster geometry that was difficult to model accurately. As a result of the limitations in the lattice codes available in the past, the geometry of the various types of rods was cylinderized in order to compute the incremental cross sections. Moreover, the fuel bundles surrounding the reactivity device in the super cell couldn't be modeled in their exact geometry. Therefore, a prehomogenization of the cell in 2D was required for the supercell calculations. These approximations were used in the reference methodology used in the Canadian nuclear industry for the past years. The aim of this study is to introduce a new methodology that takes into account the progress achieved in the DRAGON lattice code. The new simulations will allow the comparisons of the two-groups incremental cross sections (ΔΣ) generated with the exact models and the annular models. Moreover, we will be able to evaluate the effect of these two models in the reactor core using the DONJON reactor code. The new data are expected to better represent the neutron flux and power distribution in the reactor. The results of the study showed high relative variations in the incremental cross sections for the two models. However, the global effect in the reactivity of the core was very small. We found that the exact model lowered the reactivity by 1,8 mk compared to the annular model. The transport calculations performed in DRAGON were pretty much similar in both WINFRITH (69 groups) and ENDF-B/V libraries (89 groups).


identifier: Mahjoub, M. (2011). Application de la théorie des perturbations généralisées et des algorithmes stochastiques afin d'améliorer les réflecteurs des réacteurs CANDU6  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réacteurs CANDU6 sont des réacteurs fonctionnant à l'uranium naturel. Cette particularité demande que le réflecteur du réacteur soit plus diffusant qu'absorbant. De ce fait, les concepteurs du réacteur ont choisi l'eau lourde comme élément unique du réflecteur. L'eau lourde est une matière très chère. Sachant que la distribution des neutrons dans tous les réacteurs n'est pas uniforme, cette caractéristique complique en quelque sorte le rechargement du réacteur. Si on considère une distribution de flux neutronique uniforme dans le réacteur, le rechargement du coeur du réacteur sera beaucoup plus facile à gérer et ses étapes pourraient être automatisées. De ce fait, l'idée est d'introduire une nouvelle composition du réflecteur dans les réacteurs CANDU6 en introduisant un métal dans la zone du réflecteur. Cette modification a pour but d'aplatir le flux et de diminuer la quantité d'eau lourde introduite dans le réacteur. Ceci permettrait donc de diminuer le coût relatif à l'installation de nouvelle centrale et à la rénovation de centrales existantes. La théorie des perturbations généralisées (TPG) est utilisée dans la physique des réacteurs afin d'évaluer la variation du facteur de multiplication dans un réacteur critique. Un des domaines où la cette théorie a eu de grands succès est celui des analyses de la gestion de rechargement dans les réacteurs à eau légère (LWR). Une approche similaire a été proposée afin d'optimiser la gestion du combustible dans les réacteurs CANDU. Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelle approche pour l'application de TPG. La théorie des perturbations généralisées a permis de calculer les variations de puissances zonales. Un module dédié aux calculs des variations de puissances zonales a été développé pour ce projet et a été intégré à DONJON. Ces variations de puissances zonales ont été utiles pour comparer les nouvelles compositions du réflecteur des réacteurs CANDU6. L'algorithme de recherche TABOU, ainsi qu'un algorithme GÉNÉTIQUE ont été utilisés afin d'obtenir la nouvelle composition optimale du réflecteur. Une fonction objectif ayant pour but d'aplatir la distribution de puissance a été définie et utilisée par les deux algorithmes. Cette fonction se base sur la définition standard des 14 zones de contrôle pour les contrôleurs liquides dans un CANDU6.  ABSTRACT: The CANDU6 reactor has many differences from other power reactors among which it has horizontal fuel bundles that can be refueled on power and uses natural uranium (0.7% of uranium 235) as fuel. Another important characteristic of CANDU6 reactors is the heavy water moderator and reflector. Heavy water surrounding the reactor core reflects back some of the neutrons escaping from the core and saves neutrons that are then available for the fission process. Many parameters are important to define the combination of materials to be used in the reflector e.g. materials compatibility, economy, strength, shielding, etc… The ideal reflector has a high probability of scattering neutrons and a low absorption probability. Heavy water being very expensive, the use of a large heavy water reflector presents a large cost. The purpose of this work is to perturb the CANDU reflector in order to obtain a more uniform flux distribution throughout the reactor core while lowering the reflector cost. We have defined different metal mixtures and introduced them into the reflector. These mixtures contain concentrations of Fe56, Cr52, Ni58 and Mn55 atoms and are added at different positions of the reflector with various concentrations. The idea is to design a new heterogeneous reflector still containing mostly heavy water but with interstitial metal components. This would reduce the cost of installation of new plant and renovation of existing plants. Generalized Perturbation theory (GPT) is widely used in reactor physics to evaluate variation of the multiplication factor in a critical reactor. One area where GPT methods have been particularly successful is in Light Water Reactors (LWR) fuel management analysis. A similar approach has been proposed to optimize fuel management in a Candu reactor at equilibrium refueling. A new application of GPT to evaluate the variation of zonal power as a result of the reflector perturbation is proposed in this project. This approach allows us to define modification sites in the reflector of a CANDU6 reactor. The Taboo search and the genetic algorithm had been used to obtain the new reflector configuration. An objective function which tries to flatten the power distribution among the 14 standard control zones is used.


identifier: Lemire-Renaud, S. (2011). Composants en fibre optique à double gaine pour l'endoscopie à fibre unique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire porte sur les coupleurs en fibres à double gaine. Les fibres à double gaine sont une technologie prometteuse pour l'endoscopie à fibre unique. Leur gaine double permet plusieurs modes d'illumination de l'échantillon et de collection de la lumière rétrodiffusée par l'échantillon. La fabrication d'un coupleur achromatique passif en fibre à double gaine y est expliquée. Ce coupleur est obtenu par fusion et étirage de deux fibres à double gaine. Le coeur de la fibre est unimodal pour l'utilisation dans l'infrarouge proche (son diamètre est de 9 microns et son ouverture numérique de 0,12). La gaine interne est multimodale (son diamètre est de 105 microns et son ouverture numérique de 0,20). La lumière guidée par le coeur est transmise à 95 % dans une des branches du coupleur alors que le signal guidé par la gaine interne est statistiquement séparé dans les deux branches (40 % est transféré vers la seconde fibre du coupleur). En premier lieu, ce coupleur permet d'obtenir simultanément des images à partir des signaux unimodal et multimodal de 384 x 384 pixels en temps réel (26 images par secondes) en utilisant un laser à balayage en longueur d'onde à 1310 ± 40 nm. En comparaison avec un montage traditionnel utilisant une lame séparatrice, ce coupleur augmente le signal unimodal confocal détecté par un facteur 4 et le signal multimodal grand-champ par un facteur 2. Aussi, ce coupleur est plus robuste car moins sensible aux désalignements dus aux vibrations et aux transports que le montage utilisant une lame séparatrice en propagation libre. Le signal multimodal a un contraste de tavelure (speckle) réduit par un facteur 5. De plus, en utilisant un interféromètre de Mach-Zehnder dans le circuit unimodal, une reconstruction du profil tridimensionnel de l'échantillon est possible. En superposant le signal de réflectance multimodal avec le profil tridimensionnel de l'échantillon une reconstruction stéréoscopique est obtenue. Finalement, ce coupleur a été adapté à l'endomicroscopie confocale en effilant la fibre à l'entrée du bras d'imagerie dans le but de réduire l'aire de collection multimodale. Cette fibre effilée à double gaine intrinséquement achromatique est compatible avec le coupleur en fibre à double gaine et permet plusieurs modes d'illumination et de détection selon le Ratio Inverse d'Effilage (RIE). En choisissant le bon RIE, la réponse impulsionnelle d'un microscope confocal à encodage spectral peut être optimisée selon que l'on privilègie la résolution axiale, le rapport signal sur bruit ou la réduction du contraste de tavelure. En comparaison avec le signal unimodal, le signal multimodal a montré une réduction du contraste de tavelure par un facteur 3, une augmentation du signal par un facteur 5,5 tandis que le sectionnement optique a été augmenté que d'un facteur 1,7.  ABSTRACT: Double-Clad Fibres (DCFs) are a promising technology for single fibre endoscopy as their two claddings enable different injection/collection modes. The fabrication of a passive achromatic Double-Clad Fibre Coupler (DCFC) is explained and demonstrated in this master's thesis. Its application to Spectrally Encoded Endoscopy (SEE) is shown in a spectrally encoded benchtop setup. This coupler is obtained by fusing and tapering two DCFs. The core of the DCF is Single-Mode (SM) in the near infrared (9 microns diameter, NA = 0.12) and the inner cladding is Multimode (MM) (105 micron diameter, NA = 0.20). The fundamental mode is kept in the same branch of the coupler (same bre) (transmission of 95 %) while the inner cladding modes are statistically separated in each branch (40 % is transmitted in the other fibre). First, this coupler is used to obtain simultaneously SM and MM SEE 384 x 384 images in real time (26 fps) with a rapidly wavelength swept laser at 1310 ± 40 nm. In comparison with a traditional beam-splitter approach, the coupler increases the collected confocal SM signal by a factor 4 and the wide-field MM signal by a factor 2. Additionally, the DCFC is less sensitive to misalignments due to vibrations and transportation than the free space beam-splitter approach. The MM signal has a speckle contrast 4.6 times lower than the confocal SM signal. Also, using an all-fibre Mach-Zehnder interferometer in the SM path, a stereoscopic reconstruction equivalent have been obtained by superimposing the MM reflectance signal with the interferometric 3D reconstruction. Moreover, a Double-Clad Tapered Fibre (DCTF) for confocal endomicroscopy is demonstrated. This inherently achromatic DCTF, compatible with the DCFC, allows many injection/ collection modes depending on the final Inverse Taper Ratio (ITR). The point spread function of a spectrally encoded confocal microscope is optimized with the proper ITR. Compared to the SM signal, the MM signal showed a 3 times reduction in speckle contrast and a 5.5 times increase in signal collection while only increasing the optical sectioning by a factor of 1.7.


identifier: Guyot, L. (2011). Intégration sur silicium de capteurs plasmoniques à base de nanostructures périodiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La résonance de plasmons de surface a été pour la première fois observée au début du siècle dernier, et a depuis connu de nombreuses avancées théoriques et expérimentales. Les plasmons résultent de l'excitation collective des électrons d'un métal, qui se comporte alors comme une seule particule. La grande sensibilité de cette résonance vis-à-vis des propriétés optiques des milieux diélectriques mis en jeu en fait un outil idéal dans les domaines de la biodétection et biopharmaceutiques. L'excitation de ces plasmons requiert des systèmes de couplage particuliers, et depuis les années 90, l'explication de la transmission extraordinaire de lumière à travers un réseau de trous dans une fine couche de métal par l'excitation de ces plasmons a relancé l'intérêt de telles structures pour la biodétection. Dans ce mémoire, nous explorons des pistes pour exploiter au mieux ces nanostructures afin de concevoir un détecteur à grande résolution et miniaturisable. La dépendance de la résonance plasmonique par rapport à la polarisation de la lumière incidente nous a conduit à réaliser et tester différentes structures nanoplasmoniques dans de l'or, avec des périodes asymétriques. Les pics de transmission extraordinaire sont alors contrôlés par les différentes périodes du réseau. Des réseaux de nanotrous circulaires, de diamètre 200nm, et de périodes 380nm et 420nm ont été réalisés et testés. Un montage expérimental basé sur une détection balancée permet de récupérer simultanément le signal issu de deux polarisations perpendiculaires, et la comparaison de ces signaux entraine une réduction du bruit dans la mesure. La résolution du système est mesurée à 6.4 x 10-6 RIU, gagnant alors un ordre de grandeur par rapport aux résultats déjà existants. Ces nanostructures offrent également l'avantage d'un système de couplage simple, la lumière transmise étant simplement récupérée par un détecteur après transmission. Nous avons alors cherché à intégrer ces structures directement sur un substrat actif semiconducteur, en exploitant ses propriétés optoélectroniques. La couche métallique joue alors le rôle à la fois de transducteur et d'électrode pour le détecteur. Une modulation lumineuse de la polarisation incidente permet de plus de réaliser une détection balancée, offrant ainsi une résolution de 3.5 x 10-5 RIU, très performant pour un capteur miniaturisable. Cette étude propose donc un exemple de capteur basé sur des nanostructures plasmoniques, directement intégrées sur un substrat actif semiconducteur, offrant ainsi des pistes vers la  ABSTRACT: Surface plasmon resonance was first observed at the beginning of the 20th century, and since then, it has been extensively studied, both theoretically and experimentally. Surface plasmons originate from a collective excitation of electrons in a metal, electrons behaving as a single particle. This resonance is highly sensitive to optical properties of involved dielectric mediums, thus making it a useful tool in fields related to biosensing and pharmaceutical research. Surface plasmons require specific excitations conditions, and since the 90s and the theoretical explanation of extraordinary light transmission through array of nanoholes in a thin metallic film by plasmon excitation, a new interest for these structures has arisen for biosensing applications. In this master thesis, we propose different ideas and systems to better exploit these nanostructures in order to build high resolution integrated biosensors. Polarization dependence of surface plasmon resonance led us to design and test arrays of nanoholes in a gold film, having different periods along the polarization directions. Transmission peaks are then controlled by those different periods in the arrays. Circular nanoholes arrays, of diameter 200nm and respective periods of 380 and 420nm, have been fabricated and tested. Experimental set up based on a balanced detection scheme allows simultaneous detection of signals from two perpendicular polarizations, thus noise can be reduced by comparing the signals. System resolution has been measured to be 6.4 x 10-6 RIU, thus gaining an order of magnitude compared to existing publications. These nanostructures also offer a simple way to excite surface plasmon, transmitted light being collected by a simple detector directly after the array. This led us to think of ways to integrate those structures directly on an active semiconductor substrate, and exploiting its optoelectronic properties. Thin metallic film has two roles, transducer for sensing purpose, and electrode for photodetection in the semiconductor. Modulation of the incident light polarization allows for a balanced detection, thus increasing the resolution of the overall integrated sensor, giving a value of 3.5 x 10-5 RIU. This study shows an example of a miniaturized sensor based on plasmonic nanostructures, directly integrated on an active semiconductor substrate, thus offering new and promising applications in high resolution fast-response hand-help devices based on surface plasmon


identifier: Letarte, D. (2011). Détection, protection, évolution et test de défaillances à l'aide d'un modèle inter-procédural simple  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Il est utile de disposer d'outils pour aider à effectuer des opérations de maintenances dans les logiciels. Plusieurs types d'outils sont disponibles à cet effet, pour cette étude nous nous concentrerons sur quatre types d'outils soit, les outils de détection, d'évolution, de correction et de tests. Cette thèse étudie ces quatre types d'outils en fonction de la maintenance à effectuer en rapport avec les défaillances de type SQL-injection dans une application Web écrite en PHP. Les approches que nous proposons emploient l'analyse statique, l'analyse dynamique, la réingénierie du code source et un algorithme génétique pour réaliser ces tâches de maintenance. Un modèle inter-procédural du code source en PHP est construit et est utilisé pour détecter et faire le suivi de l'évolution des vulnérabilités identifiées. Un modèle de requêtes SQL légitimes est construit par analyse statique et dynamique afin de protéger automatiquement les applications Web écrite en PHP. Une approche pour la génération automatique de tests basée sur un algorithme génétique est aussi présentée. Ces approches ont été validées en les appliquant sur plusieurs version d'une application connue pour contenir des vulnérabilités SQL-injections soit : le logiciel phpBB qui est une application gérant un babillard électronique qui utilise la base de données MySql pour stocker l'information d'une manière persistante. Une expérimentation a été réalisée avec la version 2.0.0 de phpBB et a permis de détecter automatiquement des vulnérabilités en utilisant une analyse statique de flux inter-procédurale. Ces résultats ont été reproduits en utilisant le modèle checking ce qui vient confirmer et renforcer l'approche. Aussi, 31 versions de phpBB ont été utilisées pour suivre l'évolution des vulnérabilités identifiées. Un algorithme génétique est utilisé pour générer des cas de tests qui visent un cas particulier dans l'application. Cette expérimentation a été effectuée sur l'optimiseur de requêtes de la base de données DB2. Les résultats montrent que l'algorithme génétique permet de générer des cas de tests plus rapidement qu'un générateur aléatoire.  ABSTRACT: Automated tools can be helpful for doing maintenance tasks on computer software. Many kinds of tools are available for doing so; in this study we concentrate on four kinds of tools that are: detection tools, evolution tools, corrective tools and testing tools. In this thesis we study those four kinds of tools in the perspective of doing maintenance related to SQL-injections vulnerabilities in applications written in PHP. We propose to use static analysis, dynamic analysis, source code reengineering and a genetic algorithm for doing theses tasks. An interprocedural model of the PHP source code is built for detecting SQL-injections vulnerabilities. A model of legitimate SQL queries is built by using static analysis and dynamic analysis; this model is used in an automated source code reengineering that implement an automated protection against SQL-injections vulnerabilities. An approach to automatically generate targeted testing cases by using a genetic algorithm is also presented. A case study using theses approaches have been done. We have used phpBB that is a software known for the abundance of SQL-injection vulnerabilities. An experimentation using the approach of inter-procedural static analysis has detected vulnerabilities in phpBB v2.0.0. These results have been reproduced using model checking instead of static analysis in the objective of gaining more confidence in both static analysis and model checking approaches. Also, 31 versions of phpBB have been used for studying the evolution of SQL-injections vulnerabilities. Finally, a genetic algorithm is used to automatically generate targeted testing cases. This last experimentation has been done on the DB2 database SQL query optimizer, results show that the genetic algorithm is faster then a random generator to generate targeted testing cases.


identifier: Hissoiny, S. (2011). Calculs Monte Carlo en transport d'énergie pour le calcul de la dose en radiothérapie sur plateforme graphique hautement parallèle  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le calcul de dose est au centre de la planication de traitement. Ce calcul de dose doit être 1) assez précis pour que le physicien médical et le radio-oncologue puissent prendre une décision basée sur des résultats près de la réalité et 2) assez rapide pour permettre une utilisation routinière du calcul de dose. Le compromis entre ces deux facteurs en opposition a donné lieu à la création de plusieurs algorithmes de calcul de dose, des plus approximatifs et rapides aux plus exacts et lents. Le plus exact de ces algorithmes est la méthode de Monte Carlo puisqu'il se base sur des principes physiques fondamentaux. Depuis 2007, une nouvelle plateforme de calcul gagne de la popularité dans la communauté du calcul scientifique : le processeur graphique (GPU). La plateforme existe depuis plus longtemps que 2007 et certains calculs scientifiques étaient déjà effectués sur le GPU. L'année 2007 marque par contre l'arrivée du langage de programmation CUDA qui permet de faire abstraction du contexte graphique pour programmer le GPU. Le GPU est une plateforme de calcul massivement parallèle et adaptée aux algorithmes avec données parallèles. Cette thèse vise à savoir comment maximiser l'utilisation d'une plateforme GPU en vue d'améliorer la vitesse d'exécution de la simulation de Monte Carlo en transport d'énergie pour le calcul de la dose en radiothérapie. Pour répondre a cette question, la plateforme GPUMCD a été développée. GPUMCD implémente une simulation de Monte Carlo couplée photon-électron et s'exécute complètement sur le GPU. Le premier objectif de cette thèse est d'évaluer cette méthode pour un calcul en radiothérapie externe. Des sources monoénergétiques simples et des fantômes en couches sont utilisés. Une comparaison aux plateforme EGSnrc et DPM est effectuée. GPUMCD reste à l'intérieur de critères gamma 2%-2mm de EGSnrc tout en étant au moins 1200x plus rapide qu'EGSnrc et 250x plus rapide que DPM. Le deuxième objectif consiste en l'évaluation de la plateforme pour un calcul en curiethérapie interne. Des sources complexes basées sur la géométrie et le spectre énergétique de sources réelles sont utilisées à l'intérieur d'une géométrie de type TG-43. Des différences de moins de 4% sont trouvées lors d'une comparaison à la plateforme BrachyDose ainsi qu'aux données consensus du TG-43. Le troisième objectif vise l'utilisation de GPUMCD comme engin de calcul pour le MRI-Linac. Pour ce faire, la prise en considération de l'effet du champ magnétique sur les particules doit être ajoutée. Il a été démontré que GPUMCD se situe à l'intérieur de critères gamma 2%-2mm de deux expériences visant à mettre en évidence l'in fuence du champ magnétique sur les distributions de dose. Les résultats suggèrent que le GPU est une plateforme matérielle intéressante pour le calcul de dose par simulation de Monte Carlo et que la plateforme logicielle GPUMCD permet de faire un calcul rapide et exact.  ABSTRACT: Dose calculation is a central part of treatment planning. The dose calculation must be 1) accurate so that the medical physicists and the radio-oncologists can make a decision based on results close to reality and 2) fast enough to allow a routine use of dose calculation. The compromise between these two factors in opposition gave way to the creation of several dose calculation algorithms, from the most approximate and fast to the most accurate and slow. The most accurate of these algorithms is the Monte Carlo method, since it is based on basic physical principles. Since 2007, a new computing platform gains popularity in the scientic computing community: the graphics processor unit (GPU). The hardware platform exists since before 2007 and certain scientic computations were already carried out on the GPU. Year 2007, on the other hand, marks the arrival of the CUDA programming language which makes it possible to disregard graphic contexts to program the GPU. The GPU is a massively parallel computing platform and is adapted to data parallel algorithms. This thesis aims at knowing how to maximize the use of a graphics processing unit (GPU) to speed up the execution of a Monte Carlo simulation for radiotherapy dose calculation. To answer this question, the GPUMCD platform was developed. GPUMCD implements the simulation of a coupled photon-electron Monte Carlo simulation and is carried out completely on the GPU. The rst objective of this thesis is to evaluate this method for a calculation in external radiotherapy. Simple monoenergetic sources and phantoms in layers are used. A comparison with the EGSnrc platform and DPM is carried out. GPUMCD is within a gamma criteria of 2%-2mm against EGSnrc while being at least 1200 faster than EGSnrc and 250 faster than DPM. The second objective consists in the evaluation of the platform for brachytherapy calculation. Complex sources based on the geometry and the energy spectrum of real sources are used inside a TG-43 reference geometry. Dierences of less than 4% are found compared to the BrachyDose platforms well as TG-43 consensus data. The third objective aims at the use of GPUMCD for dose calculation within MRI-Linac vii environment. To this end, the eect of the magnetic eld on charged particles has been added to the simulation. It was shown that GPUMCD is within a gamma criteria of 2%-2mm of two experiments aiming at highlighting the in uence of the magnetic eld on the dose distribution. The results suggest that the GPU is an interesting computing platform for dose calculations through Monte Carlo simulations and that software platform GPUMCD makes it possible to achieve fast and accurate results.