identifier: Renaud-Blondeau, P. (2021). Analyse de la relation entre l'accessibilité aux bornes de recharge publiques et les perceptions et l'adoption des véhicules électriques : le cas de Montréal  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le 12 décembre 2015, l'Accord de Paris a été adopté dans le but de limiter les quantités de gaz à effet de serre (GES) émises dans l'atmosphère par les activités humaines. Comme la plupart des autorités publiques à travers le monde, le Québec s'est engagé dans cette lutte contre les changements climatiques. Le gouvernement québécois s'attaque particulièrement au secteur des transports, qui est responsable de 43 % des émissions de GES de la province en raison de sa forte consommation de carburants fossiles. Les véhicules électriques (VÉ), qui incluent les véhicules entièrement électriques (VEÉ) et les véhicules hybrides rechargeables (VHR), figurent parmi les solutions proposées pour décarboniser ce secteur. Ces voitures, alimentées à l'électricité, ne rejettent aucune émission de GES lorsqu'elles roulent au Québec, où 99,7 % de l'électricité est produite à partir d'énergies renouvelables. Malgré les efforts du gouvernement québécois pour promouvoir les VÉ, tel que l'implantation du programme Roulez vert et de la loi véhicules zéro émission, ces derniers représentaient seulement 6,2 % des ventes de véhicules neufs au Québec en 2020. Cette faible proportion témoigne de la présence de certaines barrières qui conduisent les consommateurs à se tourner vers des achats plus conventionnels.  ABSTRACT: On December 12, 2015, the Paris Climate Agreement was adopted with the aim of limiting the emissions of greenhouse gases (GHG) in the atmosphere resulting from human activities. Like most public authorities around the world, Quebec has committed to fight climate change. The Quebec government is particularly tackling the transportation sector, which is responsible for 43% of the province's GHG emissions due to its high consumption of fossil fuels. Electric vehicles (EVs), which include battery electric vehicles (BEVs) and plug-in hybrid vehicles (PHEVs), are among the many solutions offered to decarbonize this sector. In Quebec, where 99.7% of electricity is produced from renewable energies, the use of these vehicles is emission free. Despite the efforts of the Quebec government to promote EVs, such as the implementation of the “Roulez Vert” program and the Zero-emission vehicle standard, the market share of EVs in new vehicle sales was only 6.2% in 2020. This low proportion reveals that there are still some barriers that lead consumers to more conventional vehicles. This thesis focuses on EVs in Montreal and more specifically on the relationship between their adoption, accessibility to public charging stations and citizens' perceptions. Indeed, although the influence of several socioeconomic, attitudinal, and contextual factors is assessed in literature, few of these studies has focused on the accessibility of public charging stations in urban areas.


identifier: Courteau, I. (2021). Développement de nouveaux fluides caloporteurs pour l'électronique de puissance à base d'émulsions de Pickering  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières décennies, des systèmes électroniques toujours plus puissants et plus compacts ont été développés. Or, l'augmentation de la puissance des composants électroniques s'accompagne de dégagements de chaleur plus importants, que les systèmes traditionnels de refroidissement peinent à dissiper car ils sont limités par la capacité du fluide utilisé pour dissiper la chaleur. Pour être utilisés dans des applications d'électronique, ces fluides doivent être chimiquement inertes, être isolants électriques, être non inflammables, posséder de bonnes propriétés d'écoulement et posséder une conductivité thermique élevée. Ce projet s'intéresse donc au développement de nouveaux fluides caloporteurs pour l'électronique de puissance à base d'émulsions de Pickering.  ABSTRACT: Over the past few decades, new generations of electronics, always smaller and more powerful than the previous ones, have been developed. This increase in performance is accompanied by higher heat generation in electronics. As a result, the cooling systems are starting to have a hard time dissipating heat due to the low thermal conductivity of the cooling fluids typically employed. These fluids are subject to multiple constraints for electronics applications: they must be chemically inert, be electrically insulating, non-flammable, possess good flow properties and have a high thermal conductivity. This project's interest thus is to develop new Pickering emulsion-based cooling fluids for power electronics.


identifier: Laroche, V. (2021). Intégration de sources énergétiques non conventionnelles : cas de la Ville de Montréal  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En 2013, la Ville de Montréal a identifié certaines actions à entreprendre afin de réduire ses émissions de gaz à effet de serre, dont le remplacement des systèmes de chauffage et de climatisation au mazout et au gaz naturel de son parc immobilier par une énergie moins polluante. Dans cette perspective, l'idée de chauffer ou climatiser les bâtiments à l'aide de la géothermie a été énoncée. Cependant, les systèmes géothermiques conventionnels (puits en boucles fermées ou ouvertes) ne sont pas adaptés au contexte urbain particulièrement dense ou aux paramètres hydrogéologiques de l'île de Montréal. Il a donc été proposé d'identifier différentes sources d'énergie non conventionnelles propices aux conditions de la région de Montréal. Grâce à la réalisation d'une revue de littérature, les sources énergétiques choisies étaient : les eaux usées ; les lignes de métro ; les eaux de surface et les puits à colonne permanente. L'objectif principal de cette recherche était donc de caractériser et de quantifier le potentiel d'implantation dans le parc immobilier existant de la Ville de Montréal des différentes sources d'énergie non conventionnelles identifiées. Cependant, un aspect communément négligé lors de la conception de systèmes géothermiques concerne l'interférence entre les structures souterraines. À long terme, celle-ci peut entraîner une perte de durabilité et d'efficacité des systèmes géothermiques et très peu d'analyses ont été effectuées afin de quantifier les risques d'interférences. Afin d'optimiser la caractérisation du potentiel d'implantation, il était également nécessaire d'examiner l'influence à long terme de l'exploitation des différentes technologies et, plus spécifiquement, celle avec le meilleur potentiel d'implantation dans la municipalité. Ainsi, les objectifs spécifiques de ce travail étaient donc d'identifier les sources énergétiques, de caractériser les bâtiments potentiels, de déterminer les conséquences et les risques d'interférences thermique et hydraulique de l'exploitation des technologies et, enfin, de mettre en place des lignes directrices pour la réalisation de projets pilotes. Suite à la revue de littérature sur les technologies non conventionnelles, les caractéristiques énergétiques des bâtiments du parc immobilier de la Ville de Montréal ont été établies. Sur l'ensemble des immeubles appartenant à la municipalité, 250 bâtiments utilisent une énergie fossile (gaz naturel, mazout, propane, etc.) et bénéficieraient d'une conversion vers une source énergétique moins polluante. Suite à cette identification, l'élaboration d'une vaste cartographie numérique a été réalisée. Celle-ci intègre, entre autres, plusieurs paramètres géologiques, hydrologiques et hydrogéologiques ainsi que les caractéristiques énergétiques et géographiques des bâtiments identifiés de la Ville. La mise en oeuvre de cette carte a été conçue pour caractériser les zones potentielles et les bâtiments les plus propices à une conversion énergétique, et ce, afin de quantifier le potentiel de conversion. Les résultats démontrent que les systèmes de puits à colonne permanente sont les systèmes les plus facilement déployables sur l'île de Montréal, la proximité de la source et le faible espace nécessaire à l'installation augmentant fortement leur potentiel d'implantation. Les systèmes de récupération énergétique depuis les eaux usées présentent également un bon potentiel d'implantation. Cependant, les systèmes de récupération depuis les eaux de surface et dans les tunnels de métro, démontrent un potentiel moindre que les deux autres technologies, expliqués par les larges distances entre les bâtiments et leur source énergétique. Suite à la cartographie, un modèle tridimensionnel semi-régional par éléments finis a ensuite été construit avec le logiciel Comsol Multiphysics afin de simuler le comportement thermique et hydraulique de l'installation d'un système de puits à colonne permanente sur un bâtiment de la municipalité. L'objectif de cet exercice était de caractériser les interférences entre les différents systèmes afin de mieux cartographier les possibilités d'implantation de cette technologie. Le choix du bâtiment s'est arrêté sur le Centre Père-Marquette, situé dans l'arrondissement Rosemont-la-Petite-Patrie, qui présente un fort potentiel de conversion énergétique. Conjointement, quatre autres systèmes ont été ajoutés de façon à augmenter l'interférence sur le domaine régional. Au total, cinq systèmes géothermiques, quatorze puits à colonne permanente et cinq puits d'injection ont été modélisés. Les résultats ont indiqué la viabilité des cinq systèmes sur dix années de simulation, et ce, sans dégradation notable des performances des puits à colonne permanente. Ils ont également démontré que les modifications thermiques ont une portée plus large et importante que les altérations hydrauliques. En outre, les modifications provoquées par bâtiments étaient significativement plus importantes que celles provenant des puits géothermiques. Les résultats ont aussi démontré que les risques d'interférence entre les systèmes sont possibles, mais restent limités. Il serait toutefois souhaitable de positionner les puits d'injection le plus loin possible des puits à colonne permanente. L'analyse a également confirmé que l'exploitation des systèmes de puits à colonne permanente dans un contexte urbain serait viable à court et à long terme. L'exploitation de systèmes plus petits, tels que les bâtiments résidentiels, entraîne des changements minimes aux régimes thermique et hydraulique, tandis que les systèmes plus larges devraient être dimensionnés et positionnés avec plus de précautions. Finalement, suite aux conclusions de l'analyse numérique, une cartographie finale présentant les résultats de localisation des bâtiments aux meilleurs potentiels pour chacune des technologies étudiées a été réalisée. La cartographie régionale établie dans le cadre du travail devrait être complétée par des études de précision à l'échelle locale.  ABSTRACT: In 2013, the City of Montreal identified a number of actions to be taken to reduce greenhouse gas emissions, one of which was to replace its buildings' fossil-fuel systems with a cleaner energy source. In this perspective, the idea of heating and cooling buildings with geothermal energy has been suggested. However, conventional geothermal systems (closed and open loop wells) are neither adapted to the particularly dense urban context nor to the hydrogeological parameters of the island of Montreal. It was therefore proposed to identify different nonconventional energy sources suitable to the specific conditions of the Montreal area. Through an extensive literature review, the selected energy sources were: with wastewater heat exchange; with heat exchange in subway lines; with surface water heat exchange; and standing column wells. The main objective of this research was therefore to characterize and quantify the potential of the non-conventional energy sources identified in the City of Montreal's existing building. However, one aspect that is commonly overlooked in the design of geothermal systems is interference between underground structures. In the long term, interference can lead to a loss of durability and efficiency of systems and very few investigations have been done to quantify the risks. In order to optimize the characterization of the potential, it was required to investigate the long-term influence of the operation of the selected technologies. Thus, the specific objectives of this work were to identify and to characterize the potential buildings, to determine the consequences and the risks of thermal and hydraulic interferences of the exploitation of the selected technologies and, finally, to establish guidelines for the realization of pilot projects. Following the literature review on the proposed technologies, the energetic characteristics of the City of Montreal's building inventory were established. Of all the buildings owned by the municipality, 250 buildings use fossil fuels (natural gas, oil, propane, etc.) and would benefit from a conversion to a cleaner energy source. Based on this identification, an extensive digital map was developed. Among other things, the map includes a number of geological, hydrological and hydrogeological parameters, as well as the energy and geographical characteristics of the buildings identified in the City. The development of this map was intended to identify the potential areas and buildings that are most suitable for energy conversion, in order to quantify their conversion capabilities. Of the different systems studied, the results show that standing column wells are the most readily deployed on the island of Montreal. Proximity to the source and the small space required for their installation greatly increase their potential. Wastewater heat recovery systems also have a good potential for integration into buildings. However, surface water and tunnel energy recovery systems demonstrate a lower potential than the other two technologies, due to the large distances between the buildings and their energy source. Once the mapping was completed, a large three-dimensional finite element model was built with the software Comsol Multiphysics in order to simulate the thermal and hydraulic behaviour of the installation of a standing column wells on a municipal building. The purpose of this process was to characterize the interferences between several systems in order to improve the mapping of this technology. The building chosen was the Centre Père-Marquette, located in the Rosemont-la-Petite-Patrie district, which has a strong potential for energy conversion. Four other systems were added at the same time in order to increase the interference on the surrounding area. In total, five geothermal systems, fourteen standing column wells and five injection wells were modeled. Results indicated the viability of all five systems over ten years of simulation with no significant degradation in thermal performance. They also showed that thermal changes were larger and more significant than hydraulic changes. In addition, building-induced alterations were significantly larger than those from geothermal wells. Furthermore, the results showed that interference between the systems is possible, but remains superficial. However, it would be beneficial to position the injection wells as far away from the PCPs as possible. The analysis also confirmed that the operation of PCP systems in an urban context would be viable in the short and long term. Operating smaller systems, such as residential buildings, results in minimal changes to the thermal and hydraulic regimes. However, deployment of larger systems should be done with more care, which involves effective positioning of wells to reduce the risk of interference. In the end, following the conclusions of the numerical analysis showing that the risk of interference between buildings is low, a final cartography displaying the location of the buildings with the highest potential for each of the technologies studied was produced. It should be noted that the regional mapping established in the context of this work should be completed by precision studies at the local scale.


identifier: Boshkovski, T. (2021). The Myelin-Weighted Connectome: A Multiplex Approach to Characterize Brain Function and Structure  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'intégrité de la myéline joue un rôle important dans la fiabilité de la transmission du signal le long des axones d'un neurone à l'autre. Il existe de nombreuses maladies neurologiques qui a˙ectent la myéline et perturbent la transmission normale du signal, provoquant une grande variété de symptômes di˙érents. Un moyen eÿcace de modéliser et de mieux comprendre non seulement la pathologie, mais aussi le bon fonctionnement du cerveau, consiste à utiliser la l'étude des connectomes soit la connectomique. La connectomique o˙re un moyen unique de modéliser le cerveau comme un réseau de régions interconnectées. Il est très courant d'attribuer des pondérations aux connexions qui pourraient représenter une propriété mi-crostructurale sous-jacente. Cependant, les métriques bien établies qui sont utilisées pour pondérer le connectome (comme par exemple les mesures dérivées de la di˙usion, l'anisotropie fractionnaire (FA) et le nombre de streamlines) manquent de spécificité. Par conséquent, les connectomes pondérés avec les métriques standard dérivées de la di˙usion peuvent ne pas être en mesure de capturer pleinement les changements sous-jacents causés par une pathologie spécifique. L'objectif principal de cette thèse était de faire progresser le modèle de connectivité cérébrale avec des informations sur la myéline. Pour ce faire, le connectome structurel a été complété par une mesure IRM quantitative sensible à la myéline. Le connectome a été construit à partir du tractogramme reconstruit à partir de données IRM de di˙usion multi-shell. Ensuite, en utilisant les informations sur la myéline extraites du taux de relaxation longitudinale (R1), un poids a été attribué à chaque connexion dans le connectome. Afin d'évaluer la valeur ajoutée du connectome pondéré en myéline, il a été comparé à l'un des connectomes standard pondéré avec un certain nombre de streamlines. Il a été observé que le connectome pondéré par la myéline di˙ère des connectomes standard. Les résultats de la comparaison ont montré que le connectome pondéré par la myéline ne suivait pas la même distribution de degré de nœud (node degree) et présentait une structure modulaire di˙érente. En utilisant une analyse basée sur les rangs, il a été montré que le R1 pouvait mieux séparer les régions responsables des fonctions d'ordre supérieur des régions responsables des fonctions d'ordre inférieur. Cette étude a été publiée dans le journal Network Neuroscience. Après avoir établi le connectome pondéré en myéline sur des individus sains, il a été utilisé pour étudier les altérations de la teneur en myéline chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson. Afin d'identifier une modification de la teneur en myéline, les connectomes pondérés en myéline des individus atteints de la maladie de Parkinson ont été comparés aux connectomes pondérés en myéline d'individus sains de même âge. Le résultat de l'analyse a montré que la plupart des connexions identifiées avec l'altération de la teneur en myéline provenaient des noyaux gris centraux, en particulier des noyaux de la Substance noire, con-sidérée comme une région épicentrale de la maladie de Parkinson. De plus, afin d'évaluer la progression de la maladie et identifier d'autres épicentres potentiels de la maladie, nous avons e˙ectué une analyse en anneau (ring analysis) des régions sous-corticales et du tronc cérébral. Cette analyse a montré que la Substance noire, l'Amygdale, l'Hippocampe, le Noyau basal de Meynert et le Mésencéphale étaient des régions qui présentaient une diminution significative de la teneur en myéline le long des connexions qui en émergeaient. Enfin, nous avons identi-fié un modèle de connectivité multivariée de connexions qui coïncident au maximum avec le score clinique évaluant la motricité. Ce travail a été soumis au journal Movement Disorders. Enfin, en utilisant le connectome pondéré en myéline, nous avons étudié les altérations de myélinisation de la substance blanche qui est d'apparence normale chez les patients atteints de sclérose en plaques (MS). Pour cela, toutes les connexions qui traversaient ou se terminaient par une lésion ont été écartées de l'analyse. Dans cette étude, le connectome a été pondéré avec la FA comme mesure standard dérivée de la di˙usion, et pondéré par le rapport de transfert de magnétisation (MTR) comme mesure sensible à la myéline. En utilisant une analyse statistique multivariée, nous avons pu identifier plus de connexions qui ont montré une diminution de la myéline dans le groupe MS par rapport aux connexions identifiées avec le connectome pondéré en FA. La plupart des connexions a˙ectées identifiées étaient communes pour les deux connectomes, mais environ 1/5 de ces connexions étaient uniques pour le connectome pondéré par la myéline. Ces travaux ont été présentés lors de la 27e réunion annuelle de la Société internationale de résonance magnétique en médecine (ISMRM). L'impact de ce projet est de renforcer l'importance de l'utilisation du connectome pondéré en myéline pour évaluer di˙érentes maladies neurodégénératives. Le connectome pondéré par la myéline a la capacité d'o˙rir une information plus complète de la microstructure cérébrale et de sa relation avec la fonction cérébrale. De plus, cela pourrait également conduire au développement de nouveaux biomarqueurs capables de capturer les changements microstruc-turaux précoces causés par des pathologies qui a˙ectent la teneur en myéline.  ABSTRACT: Myelin plays an important part in how reliably the signal is transmitted along the axons from one neuron to another. There are many neurological diseases that a˙ect the myelin content and disturb the normal transmission of the signal, therefore cause a wide variety of di˙erent symptoms. A convenient way to better understand not just pathology, but also how the brain works, is to use connectomics. Connectomics provides a unique way to model the brain as a network of interconnected regions. It is very common to assign weights to the connections that could represent some underlying microstructural property. However, the well-established metrics which are used to weight the connectome (such as the di˙usion-derived measures fractional anisotropy (FA) and number of streamlines), lack specificity. Therefore, the connectomes weighted with the standard di˙usion-derived metrics may not be able to fully capture the underlying changes caused by specific pathology. The main objective of this PhD was to advance the model of brain connectivity with in-formation about myelin. In order to do that, the structural connectome was complemented with a quantitative MRI measure sensitive to myelin. The connectome was built from the tractogram reconstructed using multi-shell di˙usion MRI data. Then, using the information about the myelin extracted from the longitudinal relaxation rate (R1) a weight was assigned to each connection in the connectome. In order to evaluate the added value of the myelin-weighted connectome, it was compared to one of the standard connectomes weighed with the number of streamlines. It was observed that the myelin weighted connectome di˙ers from the standard connectomes. The results of the comparison showed that the myelin-weighted con-nectome did not follow the same node degree distribution and exhibited a di˙erent modular structure. Using a rank-based analysis it was shown that R1 could better divide the regions responsible for higher-order functions from the regions responsible for low-order functions. This work was published in the Network Neuroscience journal. After establishing the myelin-weighted connectome on healthy individuals, it was used to study the alterations of myelin content in individuals with Parkinson's disease. In order to identify alteration in the myelin content, the myelin-weighted connectomes of the Parkinson's disease individuals were compared with the myelin-weighted connectomes of age-matched healthy individuals. The result from the analysis showed that most of the identified connec-tions with alteration of the myelin content were emerging from the basal ganglia, in particular from the Subtantia Nigra, which is considered to be an epicentral region for Parkinson. Ad-ditionally, to evaluate the disease progression and identify other potential epicenters of the disease, we performed a ring analysis of the subcortical and brainstem regions. This analysis showed that the Substantia Nigra, Amygdala, Hippocampus, Nucleus basalis of Meynert, and the Midbrain were the regions that showed a significant decrease of the myelin content along the connections emerging from them. Lastly, we identifed a multivariate connectivity pattern of connections that maximally covary with the motor clinical score. This work was submitted to the journal of Movement Disorders. Finally, using the myelin-weighted connectome we investigated the alterations of myelin con-tent in the normal appearing white matter in patients with multiple sclerosis (MS). For this, all of the connections passing through or ending in a lesion were discarded from the analysis. In this study, the connectome was weighted with FA as a standard di˙usion-derived measure and magnetization transfer ratio (MTR) as a myelin sensitive measure. Using multivariate statistical analysis, we were able to identify more connections that showed decreased myelin in the MS group compared with the connections identified with the FA-weighted connectome. Most of the identified a˙ected connections were common for both connectomes, however ap-proximately 1/5 of these connections were unique for the myelin-weighted connectome. This work was presented at the 27th annual meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM). The impact of this project is to bolster the importance of using the myelin-weighted connec-tome to evaluate di˙erent neurodegenerative diseases. The myelin-weighted connectome has the capacity to o˙er a more comprehensive understanding of brain microstructure and the white matter myeloarchitecture. Moreover, it could also potentially lead to the development of new biomarkers that can capture the early microstructural changes caused by pathologies that a˙ect the myelin content.


identifier: Zahedi, M. (2021). Numerical Investigation of the Bond Behaviour of Reinforcing Bars in UHPFRC  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La construction accélérée des ponts (ABC) gagne en popularité en Amérique du Nord. Avec cette approche des éléments préfabriqués sont assemblés sur chantier pour obtenir une structure au comportement monolithique. Les avantages de cette technique comprennent la réduction des coûts et du temps de construction tout en offrant une meilleure durabilité. Le succès de cette nouvelle méthode de construction repose sur la performance des joints entre les éléments préfabriqués. La disponibilité du béton armé fibré ultra-performant (BFUP) dans les connexions a été la clé de voûte pour accroître la popularité de cette approche de construction. La présente recherche s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche en cours à Polytechnique Montréal, parrainé par le ministère des Transports du Québec, qui vise à intégrer des critères de conception de joints performants pour les éléments préfabriqués. Cette recherche numérique vise à quantifier la contribution des propriétés en traction directe du BFUP sur le comportement de l'ancrage des barres d'armature dans les joints de chevauchement sans contact. Pour atteindre cet objectif, le mémoire se concentre sur le comportement de spécimens d'essai d'ancrage en traction directe (ATD) à l'aide du logiciel d'éléments finis d'ABAQUS par le biais d'une résolution Explicit. Le modèle constitutif de béton EPM3D est adopté pour tenir compte des propriétés en traction du BFUP. La stratégie adoptée repose sur la modélisation des propriétés d'ancrage à l'échelle des nervures.  ABSTRACT: Accelerated bridge construction (ABC) is gaining popularity in North America. With this approach, prefabricated elements are assembled on site to obtain a structure with monolithic behaviour. The benefits of this technique include reducing costs and construction time while providing better durability. The success of this new construction method depends on the performance of the joints between the prefabricated elements. The availability of high-performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) in connections has been the keystone to increasing the popularity of this construction approach. This research is part of an ongoing research project at Polytechnique Montréal, sponsored by the Quebec Ministry of Transportation, which aims to incorporate criteria for designing high-performance joints for prefabricated elements. This numerical research aims to quantify the contribution of UHPFRC direct tensile properties on the behaviour of the bond of reinforcing bars in contactless lap-splice joints. To achieve this goal, the thesis focuses on the behaviour of direct tension bond (DTB) test specimens using ABAQUS finite element software through an Explicit solution strategy. The EPM3D concrete model is adopted to consider the traction properties of UHPFRC. The strategy adopted is based on modelling the bond properties at the rib scale.


identifier: Akbarzadeh Shafarudi, T. (2021). Effect of Saccade on Spatial Localization in the Macaque Primate Cortical Area V4  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La stimulation de diverses parties du flux de traitement visuel, comme le cortex visuel primaire,est devenue l'un des défis les plus captivants de l'étude de la vision artificielle. Cependant,fournir un percept artificiel comparable à la vision naturelle est difficile en raison de la complexité du système visuel. L'un des défis majeurs des prothèses visuelles est de concevoir des dispositifs capables d'interagir efficacement avec le cortex visuel. Malgré la recherche en microsimulation visuelle, il existe un constat d'échec de ces dispositifs à mettre à jour les informations visuelles pendant les mouvements oculaires pour visualiser l'environnement. Cette faiblesse nuit à la création d'un percept similaire au système visuel naturel. De plus,les dispositifs prosthétiques visuels nécessitent une stratégie de pondération d'électrode pour générer un motif de microstimulation électrique à une position spécifique. Ces poids pour chaque électrode sont déterminés par un décodeur qui discrimine les positions. Dans des applications réelles, en présence de mouvements oculaires saccadiques, générer une perception stable nécessite une imitation des phénomènes de suppression saccadique et de déplacement sur les poids d'électrodes. Dans ce travail, nous nous concentrons sur l'effet du déplacement sur les poids de décodage attribués aux électrodes lors de la localisation en proposant un décodeur capable de décoder une position aussi précise que le système visuel réel même lors des mouvements oculaires, à l'aide d'un apprentissage automatique supervisé.  ABSTRACT: In recent years, stimulating various parts of the visual processing stream, such as the primary visual cortex, has become one of the most captivating challenges in artificial vision studies. However, providing an artificial percept comparable with natural vision is significantly difficult due to the complexity of the visual system. One of the major challenges in visual prostheses is to design devices with the ability to effectively interact with the visual brain. Despite all assessments in visual microsimulation, there are reports regarding the failure of these devices in updating visual information during eye movements for interfacing the environment. This weakness makes difficult the creation of a percept that is similar to the natural visual system. Visual prosthetic devices need an electrode weighting strategy to generate an electrical microstimulation pattern at specific positions. These weights for each electrode are determined by a decoder that discriminates positions. In real applications, in presence of saccadic eye movements, generating a stable percept require imitation of the saccadic suppression and remapping phenomena on electrode weights. In this work, we focus on the effect of remapping on the decoding weights assigned to the electrodes during localization by proposing a decoder which is able to decode position as precise as the real visual system even during eye movements, with the assist of a supervised machine learning algorithm.


identifier: Mireault-Lecourt, C. (2021). Réseau d'antennes microruban à 17.2 GHz et à double polarisation pour une application de radar à synthèse d'ouverture sur un CubeSat  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis le début des années 2000, les nanosatellites de type CubeSat redéfinissent les concepts de base des missions spatiales. Ces missions, qui étaient auparavant exclusives aux agences spatiales nationales, sont maintenant à portée de main des projets universitaires. En effet, par leurs faibles coûts de conception et de lancement, ces nanosatellites sont la plateforme idéale pour la démonstration de nouvelles technologies en orbite. Les CubeSats sur orbites basses sont propices aux missions de télédétection, car ils parcourent la Terre plusieurs fois par jour avec leur orbite de 90 minutes. La petite taille des nanosatellites apporte cependant un facteur très limitatif : la puissance disponible à bord. Il s'agit de l'un des facteurs qui limitent grandement le développement de missions CubeSat avec un radar. L'expertise en imagerie par radar à synthèse d'ouverture (RSO) est bien développée au Canada grâce aux missions canadiennes RadarSat-1 et Radarsat-2, et plus récement grâce à la Constellation Radarsat (MCR). Cette technologie se démarque car elle n'est pas limitée par la couverture nuageuse ni par l'absence de soleil comme certains instruments optiques. Contrairement aux missions de radiométrie, le radar RSO émet lui-même ses propres faisseaux et mesure la réflexion de ceux-ci sur la Terre. Il a été démontré qu'un radar RSO double polarisation linéaire fonctionnant à 17.2 GHz permettrait la mesure de la composition de la neige. Ces images radars de la neige seraient intéressantes pour mesurer et quantifier l'impact des changements climatiques sur les régions moins accessibles comme le Grand Nord canadien. La résolution spatiale du RSO est directement liée à la longueur de l'antenne. Dans les précédentes missions RSO à bord de satellite de taille moyenne, les antennes réseaux à alimentation directe étaient privilégiés car elles permettaient d'obtenir une longue antenne sans être limité par la puissance à bord. Dans les dernières années, les antennes réseaux réflecteurs ont commencé à être intégrées dans des CubeSat. Cette technologie permet de recréer les performances d'un réflecteur parabolique mais avec un réflecteur planaire. L'antenne est divisée en deux composantes : la source et le réflecteur passif. Toutefois, il n'y a pas encore eu de démonstration ni d'études de faisabilité sur une mission spatiale de RSO pour CubeSat. L'objectif de cette recherche est de développer un prototype d'antenne utilisée comme source d'un réflecteur réseau pour nanosatellite dans le but de faire de la télédétection. L'hypothèse est que les réseaux réflecteurs pourront fonctionner pour une application RSO. Le déploiement de la source et du réflecteur est un défi en soi, considérant les limites de puissance, de la stabilité mécanique et du volume d'un nanosatellite même si l'accent du projet est mis sur la fonctionnalité de l'antenne source servant à illuminer le réseau réflecteur.  ABSTRACT: Space missions are now more and more accessible to university's projects with the low fabrication and launch cost of nanosatellites CubeSat which makes them the perfect platform for technology demonstration. These satellites, mostly located in low earth orbit, are suitable for earth observation missions with their 90 minutes orbits. Their small size brings multiple constraints including the power available on board. It is one of the critical constraints that limits the development of radar missions on board CubeSats. Canada has well-established expertise in synthetic aperture radar (SAR) with the RadarSat-1 and Radarsat-2 Canadians missions and more recently with the Radarsat Constellation Mission (RCM). Unlike optical sensors, this technology is not limited by the cloud clover nor by the absence of the sun. The SAR radar emits its own beam and measures the reflected signal on the earth. It has been demonstrated that a dual-polarized SAR at 17.2 GHz would allow making snow mass and snow water equivalent measurements. Theses measurements would be interesting to quantify the impact of climate change in less accessible regions as the northern region of Canada. The ground azimuth resolution is directly linked to the length of the antenna. In previous spaceborne SAR missions, phased array antennas were used because power was not a limitation on board medium sized satellite. Recently, reflectarray antennas (RA) on CubeSat have been demonstrated in orbit. This technology allows recreating the performances of a parabolic reflector but with a planar reflector. However, there has been no technology demonstration nor feasibility studies on a space-borne SAR mission for CubeSat. The objective of this research is to develop an antenna prototype as the feed of the reflectarray for an earth observation nanosatellite. The hypothesis is that reflectarray antennas can work for SAR applications. The deployment of the feed and the reflectarray is a challenge considering the limited power, the mechanical stability and the small volume available, but the focus of the project will be on the functionality of the feed antenna used to illuminate the RA. The design of the reflectarray is the covered in another master's student research. The antenna developed for this project is using the Ku-Band to obtain the optimal scattering response during SAR snow composition analysis. It was also necessary to adapt existing technologies to respect the constraints associated to the CubeSat, e.g., limited mass, power and size. A study of the size of the reflector for a hypothetical SAR mission allowed to determine the required beam widths of the source feed.


identifier: Zhang, Z. J. (2021). Site-Specific Seismic Nonlinear Ground Analysis on Sample Soil Profiles in Eastern Canada  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Parmi les pratiques actuelles de l'industrie dans l'est du Canada, les facteurs d'amplification trouvés dans le Code national du bâtiment de 2015 (NBCC 2015) sont couramment utilisés pour déterminer l'amplification des ondes sismiques à travers un dépôt de sol mou en cas de tremblement de terre. Lorsqu'une analyse spécifique au site est requise, l'analyse équivalente linéaire est couramment utilisée. Cette dernière est une procédure itérative qui consiste à réaliser des simulations linéaires avec des propriétés de sols constantes, prises d'un ensemble de courbes de réduction du module de cisaillement et d'amortissement à un niveau de déformation donné, jusqu'à ce que le niveau de déformation obtenu dans l'analyse corresponde au niveau des données d'entrée. En revanche, l'analyse non-linéaire de la propagation des ondes sismiques est une approche plus robuste et plus fiable, capable de représenter les variations des propriétés dynamiques durant l'analyse, mais elle est présentement rarement utilisée dans l'est du Canada à cause sa complexité.  ABSTRACT: Among current industry practices in Eastern Canada, amplification factors found in the National Building Code of Canada 2015 (NBCC 2015) are commonly used to determine the amplification of seismic waves in a soft soil deposit in the event of an earthquake. When a site-specific analysis is warranted, the equivalent linear ground response analysis has been commonly used. The latter is an iterative procedure that consists of performing linear analysis with constant dynamic soil properties, that are picked from a set of modulus reduction and damping curve at a given shear strain level, until the strains from the analysis are consistent with the input values. On the other hand, the nonlinear ground response analysis is a more robust and reliable approach, able to represent the variations of dynamic properties during the analysis, but it is currently seldomly used in Eastern Canada due to its complexity. This research project first aims to create a MATLAB code to facilitate the use of DEEPSOIL, a well-established nonlinear analysis computer software, based on available geotechnical data. Based on available CPT, vane shear and shear wave velocity data, the MATLAB code automatically generates a table of soil layers with corresponding basic geotechnical properties and dynamic soil properties, such as the modulus reduction (corrected for the shear strength) and damping curves, which can then be directly imported into DEEPSOIL in order to greatly reduce the time required for the definition of soil layers.


identifier: Assily Alegre, M.-A. (2021). Étude de la résistance en flexion des extensions en porte-à-faux de la corde supérieure de poutrelles à treillis en acier  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les poutrelles à treillis en acier sont couramment utilisées dans le domaine des constructions métalliques. Combinées à un tablier métallique, elles présentent des avantages significatifs comme celui de pouvoir être rapidement et facilement montées, de permettre l'installation de conduits mécaniques et autres éléments à travers leur âme, ou encore d'avoir des planchers ou toits à faible poids propre. On désigne par extension le prolongement de la membrure supérieure des poutrelles au-delà du siège d'appui de ces poutrelles. Ces extensions, utilisées pour prolonger le plancher d'une mezzanine ou poursuivre une toiture, constituent alors des éléments en porte-à-faux qui doivent supporter des charges gravitaires comme les charges permanentes du toit ou du plancher et les surcharges due à la neige ou à l'occupation. La membrure supérieure de ces extensions, soit celle qui est tendue, est retenue latéralement par le tablier métallique, et c'est à la hauteur de cette membrure supérieure que la charge est appliquée, ce qui constitue des conditions propices a de l'instabilité globale. De plus, les sections employées pour ces extensions peuvent n'avoir qu'un seul ou aucun axe de symétrie et être sujettes à de l'instabilité locale. De telles caractéristiques rendent leur résistance en flexion difficile à évaluer car ces paramètres, surtout combinés, ne sont pas traités dans les codes d'usage ni dans la littérature portant sur la résistance des pièces fléchies en acier.  ABSTRACT: Open web steel joists are commonly used in metal constructions. Combined with a steel deck, they have significant advantages such as being quickly and easily assembled, to allow the installation of mechanical ducts and other elements through their web, or to have floors or roofs with low dead load. The term “extension” designates the prolongation of the top chord of the joists beyond the support seat of these joists. These extensions, used to extend the floor of a mezzanine or continue a roof, then constitute cantilevered elements which must withstand gravity loads such as permanent loads from the roof or floor and overloads due to snow or to occupation. The top chord of these extensions, the one under tension, is laterally restrained by the steel deck, and it is at the height of that top chord that the load is applied, which constitutes conditions conducive to global instability. In addition, the sections used for these extensions may have only one or no axis of symmetry and be subject to local instability. Such characteristics make their flexural strength difficult to assess because these parameters, especially when combined, are not addressed in codes of practice or in the scientific literature dealing with the strength of steel flexural members. In the absence of calculation rules suitable for this type of element, the practice is to use conservative methods whose level of reliability cannot be assessed, and which generally result in uneconomic structures. In this study, the structural behavior of the joist top chord extension was established by combining experimental and analytical research.


identifier: Law-Kam Cio, Y.-S. (2021). Development of a Flexible Multiobjective Layout Design Tool for the Design of Mechatronic Systems with a Space Miniature Greenhouse Case Study  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes mécatroniques sont fondamentalement complexes à concevoir étant donné le besoin d'intégration de composantes mécaniques, électroniques ainsi que logiciel. Les dépendances entre ces composantes sont à la fois difficiles à modéliser et à prendre en compte tôt dans le processus de conception. L'objectif de cette thèse est de développer un outil d'aide à la conception assistée par ordinateur afin de supporter les concepteurs à positionner et choisir les composantes pour un produit mécatronique. En d'autres mots, le but est de réaliser le schéma de configuration des composantes d'un produit tôt dans le processus de conception. Le schéma de configuration suit des lignes directrices définies par l'étude et l'analyse des dépendances entre composantes. Une dépendance est définie comme l'impact/influence d'une composante sur les autres. Une dépendance positive implique qu'une composante aide une autre composante à accomplir des requis fonctionnels du produit. Tandis qu'une dépendance négative implique qu'une composante empêche une autre composante à accomplir pleinement des requis fonctionnels du produit. En basant l'outil d'aide à la conception sur l'étude et l'analyse des dépendances, il est possible de supporter l'utilisateur à énoncer son problème de positionnement de composantes. De plus, l'outil permet de traduire le problème de positionnement en un problème d'optimisation en termes d'objectifs et de contraintes. Cette optimisation est donc un exercice combinatoire considérant toutes les positions et tous les choix de composantes possibles. Afin de résoudre cette optimisation, les méthodes d'approximation, plus précisément, les algorithmes évolutifs sont utilisés et adaptés. Afin de tester l'outil d'aide à la conception développé dans cette thèse, le schéma de configuration d'une serre autonome a été utilisé comme étude de cas. Dans un premier temps, une nouvelle formulation du problème de configuration d'une serre autonome a été développée et traduite en une optimisation à 15 objectifs. Par la suite, ce problème a été résolu en utilisant un algorithme génétique ayant qu'une seule fonction objective en faisant la somme pondérée des 15 fonctions objectives. Ceci a donc permis de démontrer que l'outil proposé permettait de formuler un problème de configuration d'un produit mécatronique adéquatement.Par la suite, le problème d'optimisation de la configuration de la serre autonome a été adapté afin de permettre l'utilisation d'un algorithme évolutif multiobjectif. En réalisant cette adaptation, nous avons aussi développé une nouvelle méthode de réduction d'objectifs en faisant la somme pondérée d'objectifs par sous-systèmes identifiés à l'aide la méthode de conception axiomatique. Ceci a permis de réduire le nombre d'objectifs de 15 à 5. Ce problème a, par la suite, été résolu grâce à l'algorithme « non-dominated sorting genetic algorithm II » (NSGA-II). Après 15 à 20 minutes de calcul, le processus d'optimisation a proposé 50 configurations possibles d'une serre autonome. Finalement, le processus de modularisation a été intégré dans l'outil d'aide au design. En effet, durant l'optimisation, les composantes peuvent se combiner, permettant ainsi de former des modules et de réduire le volume occupé par les composantes. La formation du module est faite grâce à la gestion des dépendances entre composantes ainsi qu'à la représentation par matrices utilisant des nombres complexes. Ceci combiné au NSGA-III a permis de réduire le nombre de modules d'une serre autonome de 9 à un minimum de 4.  ABSTRACT: Mechatronic systems are inherently complex to design due to the integration of software, electronic and mechanical components. The dependencies between these components are both complex to model and difficult to consider early in the design phase. The objective of this Ph.D. is to develop a multi-objective layout design optimization algorithm to synthesize a mechatronic system, by placing its components based on the device's purpose. This Ph.D. mainly focuses on design support during the conceptual and preliminary design phases. The layout design of a mechatronic design is achieved by following guidelines defined by the management of the dependencies between components. A dependency is defined as the impact of one component on another one. A positive dependency implies that one component helps another to accomplish the functional requirements of the product. While a negative dependency implies that one component hinders another component to fully accomplish functional requirements of the product. Using the management of the dependencies as the core of the design support tool, it is possible to support the user during the problem statement of the layout design. Furthermore, the tool also translates the problem statement into an optimization problem in terms of objectives and constraints. This optimization is a combinatorial exercise considering all the possible positions and choices of the components. To resolve this optimization, approximation methods, particularly evolutionary algorithms are used and adapted to solve this problem. To test the developed design support tool in this thesis, the layout design of an autonomous greenhouse has been used as a case study. Firstly, a novel problem statement of the layout design of an autonomous greenhouse has been developed and translated into an optimization problem of 15 objectives. Then, this problem was solved using a single-objective genetic algorithm by doing a weighted sum of the 15 objectives. This demonstrated that the proposed tool is able to formulate the layout design of a mechatronic problem adequately. Then, the optimization problem of the layout design of an autonomous greenhouse has been adapted to allow the use of multi-objective evolutionary algorithms. During this adaptation, we were able to develop a novel objective reduction method by doing the weighted sum of objectives by subsystems identified with the aid of the axiomatic design method. This allows reducing the number of objectives from 15 to 5. Then, this problem was solved with the non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II). After a 15 to 20 min optimization time, the result yielded 50 possible layout designs of an autonomous greenhouse. Finally, the modularization process has been integrated into the computer-aided design tool. Indeed, during the optimization phase, the components can be combined to form a module and reduce the volume occupied by the components. The formation of modules is done using the product-related dependencies between components as well as design structure matrices using complex numbers. This along with the NSGA-III allowed reducing the number of modules of an autonomous greenhouse from 9 to a minimum of 4.


identifier: Rezaie, M. (2021). Weakly Supervised Performance Evaluation of Trajectory Clustering  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec l'avènement des nouvelles technologies au cours des dernières décennies, les techniques de collecte de données ont évolué et changé considérablement. Des appareils moins chers et plus récents ont facilité les tâches de collecte de données, tandis que la culture de la science ouverte a contribué à la disponibilité des ensembles de données collectées. D'autre part, les innovations technologiques et les méthodes d'analyse en constante amélioration ont facilité la tâche de traitement des données. Si ces changements technologiques contribuent à une évolution de l'analyse des données, les capacités humaines restent limitées. Par conséquent, les tâches manuelles peuvent potentiellement ralentir ce processus. Les méthodes d'apprentissage non supervisées constituent une solution pour résoudre le problème de la gestion et de l'analyse des mégadonnées. Les algorithmes de groupement (“clustering”), comme sont appelées les méthodes d'apprentissage non supervisées qui traitent de l'assignation des données à des catégories, jouent ici un rôle clé.Les études de circulation sont un domaine qui a largement utilisé ces algorithmes. Les trajectoires, en tant que source majeure d'informations dans les études de circulation, ont vu de nombreuses applications des méthodes de groupement. Cependant, dans la plupart des cas, l'évaluation des performances de ces méthodes a été négligé.  ABSTRACT: With the advent of new technologies in the past few decades, data collection techniques have evolved and changed significantly. Cheaper and newer devices have made data collection tasks easier, while open source culture has contributed to the availability of the collected datasets. On the other hand, technological innovations and ever-improving analytical methods have facilitated the data processing task. While these technological changes are contributing to an evolution in the data analysis, human capabilities remain limited. Therefore, manual tasks can potentially slow down this process. One solution to address the problem of managing and analyzing big data is unsupervised learning methods. Clustering algorithms, as unsupervised learning methods which deal with categorical assignment of data are called, play a key role here. Traffic studies is an area that has made extensive use of these algorithms. Trajectories, as a major source of information in traffic studies, have been the target of many studies that considered the application of clustering. However, in most cases the performance evaluation aspect of clustering has been overlooked. In this context, this research project focuses on the unsupervised evaluation of trajectory clustering. The primary objective of this research project was to develop a clustering framework that would work entirely without the manual labeling of trajectories. The secondary objective was to conduct a comparison between popular trajectory distance measures and clustering algorithms.


identifier: Aissaoui, S. (2021). Une méthode linéaire de déréverbération pour les signaux de parole  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: : Lorsqu'une source sonore émet un signal audio dans une salle fermée et si le microphone est situé à une certaine distance de la source, le signal capté par le microphone est composé de plusieurs versions retardées et atténuées du signal source. En e˙et, le signal observé est formé du signal direct de la source et de ses réflexions avec les objets existants dans la même salle. Ce phénomène s'appelle la réverbération. Plusieurs études ont montré que la réverbération provoque la dégradation de la qualité du signal de parole et peut nuire à son intelligibilité. Pour cela, notre partenaire fluent.ai cherche une solution de déréverbération pour améliorer la performance de son système de reconnaissance automatique de la parole. Le problème de déréverbération est plus compliqué que le problème de réduction de bruit de fond car les réverbérations qu'on veut réduire sont en forte corrélation avec le signal désiré qu'on veut estimer. C'est dans ce cadre qu'on effectue ce projet de recherche, notre objectif est d'étudier l'e˙et et les caractéristiques de la réverbération afin d'implémenter une solution qui permet de la réduire. Puisque la solution de déréverbération sera intégrée dans un système de reconnaissance automatique de la parole, on cherche une méthode qui peut fonctionner en temps réel et qui utilise le signal capté par un ou plusieurs microphones. On commence par étudier la réverbération, ses caractéristiques et ses effets sur les signaux de parole. On présente aussi un état de l'art des techniques les plus connues de déréverbéra-tion. Parmi les méthodes de déréverbération présentées, la méthode de déréverbération par prédiction linéaire sera choisie et expliquée. On présentera la méthode de déréverbération par prédiction linéaire avec le modèle proposé dans [1]. Cette méthode consiste à modéliser le signal observé par la somme du signal désiré à estimer et la partie réverbérée du signal source. Notre objectif est d'estimer un filtre qui réduit la partie réverbérée dans le signal observé. Le temps de traitement pour cette méthode est considéré élevé pour notre application. Pour cela, on présente une implémentation rapide qui se base sur le calcul de la fonction d'autocorrélation du signal observé. Cette implémentation bénéficie de la transformée de Fourier rapide. Pour évaluer les deux implémentations, on utilise des indicateurs de performance objectifs pour avoir une idée exacte de leurs performances. On commence par évaluer la méthode de base avec une source de bruit blanc et des signaux de parole supposés stationnaires. Ensuite, on évalue la performance de la méthode de base et la méthode rapide avec des signaux de commande. Les résultats de l'évaluation de deux méthodes serviront pour étudier les différents facteurs qui peuvent améliorer le temps de calcul et la qualité du signal à estimer.  ABSTRACT: When a sound source emits an audio signal in a closed room and the microphone is located at a certain distance from the source, the microphone signal is composed of several delayed and attenuated versions of the source signal. In e˙ect, the observed signal is composed of the direct signal coming from the source and its reflections from existing objects in the same room. This phenomenon is called reverberation. Several studies have shown that reverberation causes degradation of the quality of the speech signal and can impair its intelligibility. For this reason, our partner fluent.ai is looking for a solution to the reverberation problem to improve the performance of its automatic speech recognition system. The dereverberation problem is more complicated than the background noise reduction problem because the reverberations we want to reduce are strongly correlated with the desired signal we want to estimate. It is in this context that we are conducting this research project. Our objective is to study the effect and characteristics of reverberation in order to implement a solution that will reduce it. Since the dereverberation solution will be integrated in an automatic speech recognition system, we are looking for a method that can work in real time and that uses the signal captured by one or more microphones. We start by studying reverberation, its characteristics and its effects on speech signals. We also present a state of the art of the most known techniques of dereverberation. Among the dereverberation methods presented, the linear prediction dereverberation method will be selected and explained. We will present the dereverberation method by linear prediction with the model proposed in [1]. This method consists in modelling the observed signal by the sum of the desired signal to estimate and the reverberated part of the source signal. Our goal is to estimate a filter that reduces the reverberated part in the observed signal. The processing time for this method is considered high for our application. For this purpose, we present a fast implementation that is based on the computation of the autocorrelation function of the observed signal. This implementation benefits from the fast Fourier transform. To evaluate both implementations, objective performance indicators are used to get an accurate idea of their performance. First, we evaluate the basic method with a white noise source and speech signals assumed to be stationary. Then, we evaluate the performance of the basic method and the fast method with control signals. The results of the evaluation of two methods will be used to study the di˙erent factors that can improve the computation time and the quality of the signal to be estimated.


identifier: Delestre, M. (2021). Évaluation expérimentale de l'impact de l'opération d'un puits à colonne permanente sur les risques de précipitation minérale dans un aquifère carbonaté  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'urbanisation et la densification concentrent des besoins toujours plus importants en chauffage et climatisation, demandant des solutions pour se chauffer et se rafraîchir performantes et compactes. Le puits à colonne permanente est une configuration de géothermie de très basse température particulièrement intéressante dans ce cas et plus généralement dans les aquifères peu perméables. Peu de travaux ont été réalisés sur les impacts géochimiques qu'un tel système peut avoir sur les eaux souterraines, en particulier dans les aquifères carbonatés et les risques d'entartrage et de colmatage qui y sont liés. Des approches de modélisation et en laboratoire ont été explorées. Aucune étude expérimentale in-situ ne s'intéresse aux risques de précipitations carbonatées dans en conditions réelles. Ce projet de maîtrise cherche à évaluer expérimentalement l'impact géochimique de l'opération d'un puits à colonne permanente dans un aquifère carbonaté. Pour cela, il utilise un laboratoire mobile capable de reproduire les besoins en chauffage et en climatisation d'un bâtiment de plusieurs étages qui exploite un puits à colonne permanente et son puits annexe. Pour mieux comprendre les circulations d'eau entre le puits principal et le puits d'injection, en particulier lors d'une saignée, des essais de traçage sont réalisés. Ils mettent en évidence une communication hydraulique rapide et de surface entre les deux puits et l'importance du renouvellement par les circulations hydrogéologiques ambiantes. Pour déterminer le rôle de l'hydrochimie souterraine régionale dans la qualité des eaux observée dans le puits principal et ses évolutions, un suivi de paramètres physico-chimiques, chimiques et isotopiques est effectué et mis en contexte avec des données à plus grande échelle. Les concentrations en calcium sont principalement contrôlées par les apports d'eau souterraine et il existe une triple origine de la salinité de l'eau. Enfin, ce suivi informe aussi de l'impact de l'opération de l'unité géothermique sur la chimie de l'eau du puits principal, en particulier la précipitation et dissolution de calcite. Cette dernière est très limitée, la chimie des carbonates étant avant tout contrôlée par les apports d'eau régionale et les réactions d'équilibre entre CO2 dissous, bicarbonates et carbonates.  ABSTRACT: Urbanization and densification concentrate more and more important needs for heating and climatization, asking for more and more efficient and compact solutions. The standing column well is a very low geothermal system particularly interesting in that case and more generally in low permeability aquifers. Little work has been done on the geochemical impacts such a system could have on groundwater, especially in carbonated aquifers and the related hazards of scaling and clogging. A numerical model and laboratory experiments have been realized but no experimental in-situ study has been carried about carbonated precipitation hazards in a regional context. This project aims to experimentally assess the geochemical impact of the operation of a standing column well in a carbonated aquifer. In order to better understand water circulations between the main well and the injection well, in particular during a bleed, tracer tests are conducted. They highlight a quick and near surface hydraulic communication and the extent of the renewal by ambient hydrogeological circulations. To determine the role of the regional underground hydrochemistry in the water quality observed in the main well and its evolutions, physical-chemical, chemical and isotopic parameters are monitored and put into perspective with larger scale data. Calcium concentrations are mainly controlled by groundwater intakes and there is a triple origin of salinity. This monitoring also informs about the impact of the operation of the geothermal unit on the chemistry of the main well, particularly on the precipitation and dissolution of calcite. The latter is very limited, the chemistry of carbonates is above all controlled by regional groundwater intakes and equilibrium reactions between dissolved CO2, bicarbonates and carbonates.


identifier: Côté Pelletier, É. (2021). Conception d'une antenne réseau réflecteur pour une mission de radar à synthèse d'ouverture en bande Ku sur plateforme nanosatellitaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les changements climatiques évoluent de plus en plus rapidement et ces phénomènes climatiques requièrent une fréquence de surveillance élevée. En effet, une prise de données régulière permet d'anticiper et de réagir aux problèmes reliés au climat instable. Les régions boréales sont particulièrement touchées. Les accumulations de neige parsemant ces zones représentent des apports d'eaux très importants pour la faune et les populations humaines environnantes. L'anticipation de ces quantités de neige est donc critique. Depuis plusieurs années, le développement des technologies radar sur plateforme satellite est en plein essor. Les missions de radar à synthèse d'ouverture (RSO) en orbite basse possèdent notamment beaucoup d'héritage dans le secteur spatial, car elles permettent une acquisition de mesures quotidiennes. Les missions RSO actuelles opèrent majoritairement dans les bandes de fréquence C (4 GHz à 8 GHz) et X (8 GHz à 12 GHz) pour l'observation des zones urbaines et agricoles ainsi que pour l'observation des voies de navigation maritimes. De nouvelles missions RSO en bande Ku (12 GHz à 18 GHz) sont en développement pour la télédétection des caractéristiques de la neige. Cette dernière technologie ne possède aucun héritage dans le domaine spatial à ce jour. Un second progrès dans le secteur spatial est la miniaturisation des plateformes satellitaires. Le CubeSat, considéré comme un nanosatellite, est une plateforme dont les dimensions mécaniques représentent des multiples d'une unité cubique 1U équivalente à 10 cm x 10 cm x 10 cm. Ils sont très populaires pour les projets de recherche académiques et gouvernementaux pour des raisons de coûts et des délais de développement, mais ils gagnent aussi en popularité dans l'industrie commerciale spatiale. L'objectif de ce projet de recherche et de concevoir une antenne réseau réflecteur pour une mission de radar à synthèse d'ouverture en bande Ku pour l'étude des caractéristiques de la neige, et ce sur un satellite de type CubeSat 12U. L'application nécessite une opération double bande de fréquence centrée à 13.6 GHz et 17.2 GHz, et ce pour des polarisations linéaires horizontale et verticale. La plateforme nanosatellitaire présente des défis pour la conception de l'antenne.  ABSTRACT: Climate changes are evolving rapidly and require a continuous monitoring. In fact, regular data collection makes it possible to anticipate and react quickly to problems related to an unstable climate. The northern boreal regions are particularly affected. The accumulations of snow covering these areas represent very important water supplies for the surrounding fauna and human populations. Assessment of snow mass is therefore critical. For several years, the development of radar technologies on satellite platforms has been emerging. Synthetic Aperture Radar (SAR) missions in low orbit have a lot of legacy in the space sector, as they allow daily measurements of a specific area. Current SAR missions mainly operate in the C (4 GHz to 8 GHz) and X (8 GHz to 12 GHz) frequency bands for observation of urban and agricultural areas as well as for ocean maritime navigation. New Ku-band SAR missions (12 GHz to 18 GHz) are being developed for the remote sensing of snow characteristics. Up to now, this latest technology has no legacy in the space field. A second progress in the space sector is the miniaturization of satellite platforms. The CubeSat, considered as a nanosatellite, is a platform whose mechanical dimensions represent multiples of a 1U cubic unit equivalent to 10 cm x 10 cm x 10 cm. CubeSats are very popular for academic and government research projects due to low cost and development time, but they are also gaining popularity in the commercial space industry. The objective of this research project is to design a reflectarray antenna for a Kuband SAR mission on a 12U CubeSat satellite. Snow mass sensing requires dual frequency band operation centered at 13.6 GHz and 17.2 GHz, with horizontal and vertical linear polarizations in each band. The nanosatellite platform presents challenges for the design of the antenna. Indeed, the dimensions of the satellite limit the quantity of stored energy, hence the power generated by the radar signal. To meet SAR sensitivity requirements, a very high gain antenna is therefore necessary. A two-dimensional reflectarray technology is proposed for this mission. The advantage of this antenna is to produce very high gain in similar way as a common dish reflector antenna while maintaining low stowed volume during launch which is ideal for a nanosatellite.


identifier: Fall, F. (2021). Développement d'un outil d'analyse fonctionnelle des réseaux d'eaux pluviales  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le gouvernement du Québec, par l'intermédiaire du ministère des Affaires municipales, des régions et de l'occupation du sol (MAMROT) a décidé de promouvoir la réalisation des plans d'interventions auprès des villes et municipalités en produisant et en diffusant un guide d'élaboration des plans d'interventions. Ces plans d'interventions permettent aux municipalités d'évaluer leurs réseaux, d'interpréter les données et de proposer des solutions pour la réhabilitation. L'étude bibliographique a montré qu'il n'y a aucun outil qui aide les gestionnaires à améliorer leur plan d'intervention. Dans ce contexte, nous avons conçu, programmé, et réalisé, un outil informatique basée sur le développement orienté objet. Cet outil est basé sur l'analyse fonctionnelle et il est composé de différentes interfaces qui aident les municipalités à monter leur plan d'intervention en leur permettant d'organiser les données, de définir les besoins du réseau, de fournir des diagrammes, des cahiers de charges et d'évaluer les indicateurs d'eau pluviale. Il propose une démarche d'analyse fonctionnelle qui a été testé pour identifier les besoins du collecteur d'égout pluvial de la ville de Saint-Hyacinthe, ses interactions avec le milieu environnant et son état de dégradation. Les résultats de cette analyse ont montré la pertinence de l'interaction entre le collecteur et son milieu environnant, les paramètres entrants et sortants et les critères de flexibilité. L'évaluation des indicateurs d'eaux pluviales et les calculs de pointage effectué par notre outil montre que les défauts structuraux et fonctionnels observés dans le collecteur sont plus nombreux que les défauts hydrauliques. C'est pourquoi l'outil informatique développé constitue une application simple à utiliser et permet aux gestionnaires de compléter leur plan d'intervention avec l'analyse fonctionnelle.  ABSTRACT: The Quebec government, through the Minister des Affaires municipals, des regions et de occupation du sol (MAMROT), has decided to promote the development of intervention plans for cities and municipalities by producing and distributing a guide for the development of intervention plans. These intervention plans allow municipalities to evaluate their networks, interpret the data and propose solutions for rehabilitation. The literature review showed that there are no tools to help managers improve their response plans. In this context, we designed, programmed, and implemented a computer tool based on object-oriented development. This tool is based on functional analysis and is composed of different interfaces that help municipalities to build their intervention plan by allowing them to organize data, define network needs, provide diagrams, specifications and evaluate stormwater indicators. It proposes a functional analysis approach that was tested to identify the needs of the City of Saint-Hyacinthe's storm sewer, its interactions with the surrounding environment and its state of degradation. The results of this analysis showed the relevance of the interaction between the collector and its surrounding environment, the input and output parameters and the flexibility criteria. The evaluation of the stormwater indicators and the scoring calculations performed by our tool show that the structural and functional defects observed in the collector are more numerous than the hydraulic defects. This is why the developed computer tool constitutes an easy-to-use application and allows managers to complete their intervention plan with the functional analysis.


identifier: Torok, T. (2021). Sélection d'un procédé de prétraitement en amont de marais filtrants aérés pour le traitement de lixiviats provenant d'un lieu d'enfouissement technique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'enfouissement des déchets est, encore aujourd'hui, la pratique la plus répandue pour la disposition des déchets au Québec. Au Québec, les lieux d'enfouissement techniques en exploitation représentent une capacité de 122M m3 de matières résiduelles. Les lieux d'enfouissements sont source de génération de lixiviat. Le lixiviat est l'eau de pluie qui percole sur les déchets et de charge en contaminants. Cette eau est collectée à la base du lieu d'enfouissement et nécessite un traitement avant qu'elle puisse être rejetée à l'environnement. Il existe plusieurs technologies de traitement pour le traitement du lixiviat. Il existe des traitements biologiques, des traitements physicochimiques, ainsi que d'autres traitements non conventionnels. Le lieu d'enfouissement de Sainte-Sophie produit environ 1000 m3/d de lixiviat. Le lieu possède un traitement en place qui est un réacteur biologique séquentiel (RBS) suivi d'un traitement d'enlèvement du zinc. Ces procédés permettent de traiter le lixiviat et de respecter les exigences de rejet, mais à un coût élevé de traitement. Notamment, le chauffage du lixiviat est requis en hiver afin d'assurer le bon fonctionnement du réacteur biologique. Les phytotechnologies peuvent être une solution pour remédier à cette problématique.  ABSTRACT: Landfilling is still the most common waste disposal practice in Quebec. In Quebec, technical landfills in operation represent a capacity of 122M m3 of solid waste. Landfills are a source of leachate which is rainwater that percolates into the landfill and becomes loaded with contaminants through this process. The leachate is collected at the base of the landfill and requires treatment before it can be released to the environment. There are several leachate treatment technologies. Among these are biological, physicochemical and non-conventional treatments. The Sainte-Sophie landfill produces approximately 1000 m3/d of leachate. The site has an in-place treatment which consists of a sequencing batch reactor (SBR) followed by a zinc removal precipitation process. Leachate treatment is expensive notably due to heating that is required in winter to ensure the proper functioning of the biological reactor. Landfill leachate can be generated for several years after the use of the land for waste disposal. Phytotechnologies can be an attractive solution to these challenges.


identifier: Cordonnier Martin De Gibergues, G. (2021). Using Information from Solution Densities of Relaxations in Solving Variants of the Traveling Salesman Problem  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sujet de cette maîtrise est la famille de problèmes liée au Voyageur de Commerce. Ce problème NP-diÿcile, rendu célèbre pour ses nombreuses applications et pour la variété des améliorations dans le domaine de l'optimisation apparues en l'étudiant, vise à déterminer un cycle hamiltonien de poids minimum dans un graphe. Plusieurs variantes existent, qui incluent des contraintes additionnelles. En particulier, ce sujet se concentre sur l'introduction d'une asymmétrie des coûts et l'ajout de contraintes temporelles. Au cours de ce projet, nous cherchons à développer des méthodes d'aide à la résolution de ces variantes, basées sur le concept de densités de solutions. Nous utilisons l'information obtenue en résolvant des problèmes similaires et plus faciles. Pour ce faire, plusieurs relaxations sont présentées ainsi que la façon de calculer les densités correspondantes. L'objectif est d'accélérer la résolution par des modèles de Programmation par Contraintes et de Programmation en Nombres Entiers, deux paradigmes de modélisation et résolution de problèmes. Dans ces modèles, nos densités de solutions peuvent être interprétées comme des probabilités qu'une valeur particulière soit a˙ectée à une variable.  ABSTRACT: The traveling salesman problem (TSP) is a very widely studied routing problem that aimsat finding a minimum length Hamiltonian tour in a graph. The problem in itself is NP-hard, and often used as a research focus in the development of optimization techniques. Several variants exist for the problem, adding time constraints or asymmetric distances in the graph. The goal of this subject is to develop reduction methods to simplify the resolution of these TSP-like problems.Our main focus is using relaxations of the problems in order to get relevant information on good variable-value assignments. We present several relaxations, i.e., easier related problems, and the corresponding information, called solution density. This document compiles computation methods and less time-consuming approximation for these solution densities. We introduce methods to use this information to simplify the resolution: how to select good arcs, reduce the domains of the time variables and infer partial orders. We test these approaches on several solvers from two different solving paradigms, namely Constraint Programming and Mixed-Integer Programming and report experimental results on usual benchmarks.


identifier: Hamidi, A. (2021). Machine Learning Engineering: An Exploratory Study of Challenges and Practices  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Alors que la demande pour des systèmes et services intelligents augmentent rapidement, l'apprentissage automatique (ML) devient de plus en plus un élément indispensable des systèmes logiciels. L'intelligence artificielle (IA) et l'apprentissage automatique (ML) ont attiré l'attention des chercheurs en raison de leur application pour fournir des solutions basées sur les données à divers problèmes du monde réel. Bien que le ML prouve des potentiels prometteurs pour le génie logiciel (SE), il souffre encore de certains défis. Malgré certains efforts de recherche récents, des défis demeurent. Nous menons la première partie de notre étude pour connaître les perceptions des praticiens du ML concernant ce sur quoi le chercheur devrait se concentrer pour innover et soutenir les développeurs afin d'assurer la qualité des applications de ML. Dans la première étude, nous menons une enquête auprès de 80 praticiens du ML (avec des compétences, une expérience et des domaines d'application diversifiés) pour rapporter les commentaires sous forme de 17 résultats décrivant les défis et les meilleures pratiques du développement d'applications de ML. Ce travail résume les meilleures pratiques des praticiens dans le développement de systèmes logiciels basés sur le ML pour améliorer la qualité de leurs systèmes. De plus, il rapporte que le ML est un défi que la communauté de recherche doit étudier. La deuxième partie de cette recherche a abordé les défis ML plus spécifiquement pour comprendre dans quelle mesure les défis ML sont liés au langage de programmation (PL) utilisé dans le développement d'applications ML. La deuxième étude a analysé les publications de Stack Overflow (SO) liées au ML, afin d'étudier comment les questions sur le ML ont été modifiées au fil du temps et dans six langages de programmation différents. Nous avons analysé 43950 messages SO de 2008 à 2020 pour déterminer (i) comment le nombre de messages liés au ML évolue au fil du temps pour chaque langage de programmation, (ii) comment les messages sont répartis entre les différentes phases d'un pipeline ML, et (iii) si les messages appartenant à différentes langues ou phases sont plus ou moins difficiles à traiter.  ABSTRACT: As the demands for intelligent systems and services is growing fast, Machine Learning (ML) is increasingly becoming an indispensable element of current software systems. Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) have grabbed researchers' attention because of their application for providing data-driven solutions to various real-world problems. Although ML proves some promising potentials for Software Engineering (SE), it still suffers from some challenges. Despite some recent research efforts, it is still unclear where SE researchers should focus to support ML developers more effectively. We conduct the first part of our study to know the ML practitioners' perceptions regarding what the researcher should focus on to innovate for supporting developers and assure ML applications' quality. In the first study, we conduct a survey on 80 ML practitioners (with diverse skills, experience, and application domains) to report the feedback as 17 findings outlining challenges and best practices of ML application development. This work summarizes practitioners' best practices in the development of ML-based software systems to improve the quality of their systems. Moreover, it reports ML challenges that the research community needs to investigate. The second part of this research has discussed the ML challenges more specifically to understand to what extent the ML challenges are related to the Programming Language (PL) used in ML application development. The second study analyzed Stack Overflow (SO) posts related to ML, to investigate how the questions about ML have been changed over time and across six different programming languages. We analyzed 43,950 SO posts from 2008 to 2020 to determine (i) how the number of ML-related posts changes over time for each programming language, (ii) how the posts are distributed across different phases of an ML pipeline, and (iii) whether posts belonging to different languages or phases are more or less challenging to address.


identifier: Perreault, M. (2021). Inférence du niveau d'expertise d'un auteur basée sur un corpus de textes avec une extension du Latent Dirichlet Allocation  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'inférence de l'expertise est une tâche fortement prisée dans le domaine de la modélisation textuelle. Plusieurs applications en découlent, que ce soit dans les sphères de l'éducation, de la revue d'articles scientifiques, de l'informatique, de la traduction ou de la gestion d'entreprise. Par exemple, si on possédait une connaissance accrue de l'expertise des auteurs d'articles scientifiques, il serait possible d'attribuer des réviseurs plus appropriés à des articles lors des conférences. Or, les méthodes actuelles pour inférer l'expertise des auteurs ne se reposent que sur des co-occurrences entre une requête spécifiée d'avance et les données textuelles de ces auteurs. Ces approches sont très limitantes, puisqu'elles permettent seulement de déterminer la puissance du lien entre un expert potentiel et une requête connue plutôt que de dégager une compréhension intelligente du niveau d'expertise général sur plusieurs sujets. De plus, des algorithmes de modélisation textuelle existent pour dégager les sujets présents dans un corpus donné. Ces sujets sont toutefois unidimensionnels, en ce sens qu'ils ne sont pas caractérisés par un niveau de profondeur.  ABSTRACT: Expertise inference is a highly valued task in the field of textual modeling. It has many applications in the fields of education, scientific article review, computer science, translation and business management. For example, if we had a better knowledge of the expertise of the authors of scientific articles, it would be possible to assign more appropriate reviewers to articles at conferences. However, current methods for inferring the expertise of authors rely only on co-occurrences between a pre-specified query and the textual data of these authors. These approaches are very limiting, since they only allow to determine the strength of the link between a potential expert and a known query rather than to provide an intelligent understanding of the general level of expertise on several topics. Moreover, textual modeling algorithms exist to identify the topics present in a given corpus. However, these topics are one-dimensional, in the sense that they are not characterized by a level of depth.


identifier: Omrani, B. (2021). Apprentissage par renforcement d'heuristiques de branchement en programmation par contraintes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La résolution de problèmes combinatoires en programmation par contraintes (CP) se fait par énumération des solutions. Cette procédure exhaustive est très coûteuse et la conception d'heuristiques de branchement visant à accélérer l'exploration de l'espace des solutions est souvent indispensable. Néanmoins, la conception d'heuristiques dédiées est un processus long, nécessitant une expertise et ne se généralise pas à un large nombre de problèmes différents. Ce constat a motivé l'utilisation de modèles d'apprentissage machine pour automatiquement apprendre des heuristiques performantes sans expertise humaine. Ces modèles entraînés par apprentissage par renforcement (RL) peuvent alors être intégrés à des solveurs de programmation par contraintes au sein d'une méthode de recherche simple comme la fouille en profondeur pour explorer systématiquement l'espace des solutions. Inspiré par les récents développement du système AlphaZero, un algorithme générique combinant recherche arborescente et apprentissage par renforcement, nous proposons un nouvel algorithme de résolution de problèmes combinatoires combinant les avantages de la programmation par contraintes avec la possibilité d'apprendre automatiquement une stratégie d'exploration de l'espace des solutions.  ABSTRACT: Discrete optimization with Constraint Programming (CP) requires an expensive enumeration of the whole solution space. In order to be tractable, CP uses carefully crafted branching heuristics to speed up the search. Designing these heuristics is time-consuming, requires a human expertise and is very problem-specific. This observation has motivated the use of Machine Learning models to automatically learn efficient heuristics from raw data, without human supervision. Models trained by Reinforcement Learning (RL) can then be integrated within CP solvers and used in combination with a simple search algorithm such as a Depth-First Search (DFS).We propose a new algorithm to solve combinatorial problems within the CP framework, inspired by the recent advent of AlphaZero, a generic hybrid method featuring a tree search algorithm with Reinforcement Learning models. This method combines all the benefits of CP with the ability to directly learn efficient heuristics directly from raw interactions with the problem to solve.


identifier: Abid, S. (2021). Confinement de l'expansion causée par la réaction alcalis-granulats avec du béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP)  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le contexte nord-américain, la majorité des structures sont exposées à des conditions environnementales sévères. La réaction alcalis-granulats (RAG) est une pathologie fréquente qui touche les infrastructures du Québec et engendre généralement un gonflement ainsi que de la fissuration. Le matériau avancé dans ce projet est le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP). Ce béton se caractérise par une résistance à la traction élevée et une capacité déformationnelle exceptionnelle. De plus, il offre une perméabilité à l'eau très faible et une sensibilité réduite à la RAG. La réparation proposée est un chemisage en BFUP coulé directement sur le substrat atteint. Ce faisant, un paramètre important à prendre en considération est le retrait restreint de la réparation. En effet, par sa rigidité élevée, la structure atteinte vient entraver le retrait de la réparation générant ainsi des contraintes de traction dès le jeune âge. Une partie de la capacité de déformation de la réparation est donc consommée par le retrait restreint. Ainsi, l'objectif principal de ce projet était de quantifier le comportement du BFUP sous effets de retrait restreint, puis évaluer la marge de déformation disponible, de différentes configurations de réparations en BFUP, pour confiner l'expansion de la RAG.  ABSTRACT: In the North American context, the majority of structures are exposed to severe environmental conditions. The alkali-aggregate reaction (AAR) is a frequent pathology that affects Quebec's infrastructures and generally causes swelling and cracking. The material advanced in this project is ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC). This concrete is characterized by high tensile strength and exceptional deformation capacity. In addition, it offers very low water permeability and reduced sensitivity to alkali-aggregate reaction. The proposed repair is a UHPFRC jacketing cast directly onto the affected substrate. An important parameter to consider is the restrained shrinkage of the repair. Indeed, by its high rigidity, the affected structure restrains the shrinkage of the repair, thus generating tensile stresses from an early age. A part of the deformation capacity of the repair is therefore consumed by the restrained shrinkage. Thus, the main objective of this project was to quantify the behavior of UHPFRC under the effects of restrained shrinkage, then to assess the strain margin available for different UHPFRC repair configurations to contain the expansion of AAR.


identifier: Nguyen, D. T. (2021). Commande tolérante aux fautes pour multicoptères  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, les multicoptères sont largement utilisés dans plusieurs secteurs grâce à leur capacité à décoller et à atterrir verticalement, ainsi qu'à effectuer un vol stationnaire. Cependant,les défaillances de tels systèmes, surtout dans des conditions de navigation défavorables, peuvent avoir des conséquences sérieuses sur leur environnement et les êtres humains. Les multicoptères devraient donc posséder une capacité de tolérance aux fautes, notamment lors de la défaillance des moteurs, afin de garantir leur sˆureté de fonctionnement. Cette thèse consiste à développer un système de commande tolérante aux fautes (CTF) permettant à un multicoptère de poursuivre sa mission avec une performance adéquate en dépit des fautes. Dans la première partie de la thèse, l'approche CTF basée sur la synthèse robuste et l'autoséquencement de gains est proposée. La première solution consiste à paramétrer les gains de commande en fonction de la perte d'efficacité des actionneurs (PEA), fournie par un système de détection et de diagnostic de fautes. La synthèse H1 structurée permet alors d'intégrer les contraintes de performance et de robustesse, déduites du cahier des charges. Afin de faciliter le processus de synthèse, la deuxième solution consiste à paramétrer les gains avec la perte d'efficacité de commande virtuelle (PEV). La structure du contrôleur est alors plus simple et plus générale, de sorte qu'elle peut être mise en oeuvre sur différents types de multicoptères. Une combinaison de cette technique avec la ré-allocation de contrôle est également envisagée pour résoudre le même problème. Un tel correcteur est capable de tolérer les fautes sans modifier les lois de commande. Des tests expérimentaux sur un hexacoptère démontrent l'efficacité de ces lois de commande en rejetant de multiples défaillances critiques. La deuxième partie de cette thèse vise à la conception d'un système CTF générique qui peut être implanté sur la plupart des multicoptères traditionnels. Ce système se divise en deux boucles de commande : un correcteur interne qui génère la commande virtuelle normalisée pour le problème de suivi de trajectoire en présence de fautes et un correcteur adaptatif qui permet de rejeter certaines incertitudes du système et aussi d'adapter les contraintes de conception pour une plateforme spécifique. Afin d'améliorer la robustesse, la loi adaptative est augmentée d'une modification robuste basée sur l'opérateur de projection. Plusieurs simulations et tests expérimentaux ont alors été effectués sur différents multicoptères en utilisant un correcteur unique avec les mêmes paramètres constants. Dans le but de valider les lois de commande, une analyse de robustesse reposant sur les applications gardiennes est effectuée.  ABSTRACT: The ability of multicopter unmanned aerial vehicles (UAVs) to perform vertical take-off and landing (VTOL) as well as stationary hover flight makes them intensively useful for various commercial and military applications. Due to the increasing requirement for high autonomy and safety, UAVs should possess a fault-tolerant ability to accommodate malfunctions during flight. The objective of this thesis is to design Fault-Tolerant Control (FTC) systems for a multicopter UAV subject to actuator faults and system uncertainties. In the first part of the thesis, FTC approaches based on gain-scheduling (GS) with structured H1 synthesis are proposed. The first solution is to parameterize the controller gains according to the loss of actuator effectiveness (LAE), given by an appropriate fault detection and diagnosis system. Then, the structured H1 synthesis allows to integrate the performance and robustness constraints, deduced from the specifications. In order to facilitate the tuning process, the second solution is to parameterize the gains with the loss of virtual control effectiveness (LVE). The controller structure is then simpler, and more general, so that it can be implemented on different types of multicopter UAVs. A combination of GS and control allocation (CA) technique is also considered to achieve FTC. Using a CA technique has the major benefit that it can deal directly with actuator faults without modifying the control laws. Experimental results performed on an hexacopter UAV show the effectiveness of these control laws by rejecting multiple critical failures. The second part of this thesis aims at the design of a generic FTC system that can be implemented on most traditional multicopters. The system consists of a two-loop control structure: an internal corrector that generates normalized virtual control inputs for the trajectory tracking problem in the presence of faults, and an adaptive corrector that allows to reject some uncertainties of the system and also to adapt the design requirements for a specific platform. In order to improve robustness, the adaptive law is augmented by a robust modification based on the projection operator. Several simulation and experimental tests were successfully performed on different multicopter UAVs using a single controller with the same constant parameters. In order to validate the control laws, a robustness analysis based on guardian maps is performed. The link between this analysis method and the structured singular value (SSV) is particularly studied. Thus, we propose novel necessary and sufficient conditions in terms of the SSV of a single constant matrix for uncertain systems with affine dependent parametric uncertainties as well as rational ones.