identifier: Beaudry, G. (2021). Convolution non stationnaire de fonctions de transfert pour la simulation efficace des systèmes géothermiques de puits à colonne permanente  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les puits à colonne permanente sont des systèmes géothermiques hautement efficaces dont le fonctionnement repose sur la recirculation de l'eau souterraine dans un puits profond et ouvert au roc. Le contact direct entre l'eau et la paroi du forage contribue à favoriser le transfert thermique, qui peut aussi être considérablement amélioré en déviant ou "saignant" une partie de l'eau pompée pour stimuler les influx advectifs et le renouvellement de l'eau à l'intérieur du puits. Ces pratiques sont associées à des réductions significatives de la longueur de l'échangeur de chaleur souterrain, des coûts d'installation et de l'espace au sol requis par rapport aux systèmes conventionnels en boucle fermée. En contribuant ainsi à accroître l'attrait économique et pratique des solutions géothermiques, les puits à colonne permanente offrent un potentiel intéressant de valorisation de cette option pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions de gaz à effet de serre associées au chauffage et à la climatisation des bâtiments. Lors de la conception des systèmes géothermiques, l'un des principaux enjeux consiste à déterminer la longueur optimale de l'échangeur de chaleur souterrain qui puisse satisfaire les besoins thermiques du bâtiment tout en minimisant les coûts entraînés par les opérations de forage et l'aménagement des puits. À cet effet, il convient généralement de conduire une étude de conception détaillée, ce qui implique d'une part la caractérisation du site d'installation et d'autre part la modélisation de la réponse thermique du système au profil de charge envisagé. Dans le cas des puits à colonne permanente, cette dernière tâche est associée à une complexité particulière découlant entre autres du couplage important entre le transfert de chaleur et l'écoulement de l'eau souterraine. Si de nombreuses stratégies de modélisation numérique ont été proposées pour répondre à cette problématique, des limitations importantes subsistent néanmoins quant à leur fiabilité et à la lourdeur informatique associée à leur résolution. Le présent ouvrage s'attaque directement à ces enjeux en visant le développement et la validation d'outils de simulation des puits à colonne permanente qui soient flexibles, précis et suffisamment rapides pour permettre leur potentielle utilisation à des fins de conception et d'amélioration des stratégies de contrôles. Dans un premier temps, un modèle numérique d'éléments finis est donc développé et validé en utilisant les données issues de la caractérisation détaillée du site d'installation d'un puits à colonne permanente expérimental, une avancée importante en regard de la quantité et de la qualité des données mobilisées. Le modèle développé utilise comme valeurs d'entrée la charge thermique et les débits de pompage et de saignée imposés au puits, définit la présence d'un gradient géothermique et des variations saisonnières de température, et utilise une distribution hétérogène des propriétés physiques dans le milieu géologique. Il est démontré que ces derniers facteurs exercent une influence significative sur la performance des opérations de saignée en raison de leur impact sur la température des influx advectifs à la paroi des forages. Les résultats de l'exercice de validation suggèrent enfin que la stratégie de modélisation retenue permet de reproduire l'évolution du rabattement pendant un essai de pompage et la température du fluide pendant un essai de réponse thermique et 25 jours d'opération dynamique en chauffage avec des erreurs moyennes absolues respectives de 7.3 cm, 0.15 ℃ et 0.32 ℃. L'enjeu relié au temps de calcul élevé des simulations numériques est ensuite abordé en transférant aux puits à colonne permanente une méthode reposant sur le principe de superposition et le théorème de convolution. Celle-ci implique que la fonction de transfert représentant la réponse impulsionnelle du système – soit la température de l'eau souterraine à la sortie du puits en réponse à une impulsion thermique unitaire et constante – soit d'abord évaluée numériquement, puis convoluée afin d'obtenir une évaluation presque instantanée de la réponse thermique à un profil de charge dynamique. Pour tenir compte de la variation des débits de pompage et de saignée dans les puits à colonne permanente, une méthode originale est ensuite développée qui repose sur la convolution non stationnaire de fonctions de transfert. Flexible, la méthode proposée permet de considérer la présence de plusieurs puits, la distribution hétérogène des propriétés du milieu géologique, et s'applique aussi à des simulations faisant intervenir la variation des débits de circulation et des vitesses d'écoulement souterrain dans les systèmes en boucle fermée. La précision des estimations fournies est vérifiée numériquement et établie à quelques centièmes de degrés Celsius. Enfin, les gains d'efficacité sont mis en évidence par le temps requis pour compléter une simulation annuelle ayant un pas de temps d'une heure, qui est de seulement quelques minutes comparativement à plus de 11 jours pour un modèle numérique de référence. Afin de mettre en valeur l'efficacité des outils de simulation développés dans la thèse, un algorithme de simulation itératif est finalement implémenté, qui repose sur l'utilisation de fonctions de transfert numériques et la convolution non stationnaire pour représenter les composantes souterraines d'un système de puits à colonne permanente et la méthode utilisée dans le logiciel EnergyPlus pour évaluer l'efficacité des thermopompes en fonction de la charge thermique et des débits d'opération imposés. Cet algorithme est appliqué à l'évaluation de la performance de différentes stratégies de contrôle des débits de pompage et de saignée. À cet effet, 34 simulations annuelles sont conduites, dont les résultats suggèrent l'adoption de débits élevés en périodes d'opération soutenue pour modérer l'amplitude de l'évolution thermique de l'eau souterraine. Il s'agit d'une pratique qui permet de minimiser la sollicitation du système auxiliaire, ce qui se manifeste dans les scénarios étudiés par un important potentiel de réduction de la puissance électrique appelée et des coûts associés. En- fin, le contrôle complémentaire des débits, visant à maintenir une différence de température de 2 ℃ à l'échangeur de chaleur intermédiaire, est identifié comme une mesure efficace pour réduire la consommation énergétique du système tout en minimisant le volume d'eau extrait des puits par les opérations de saignée. En somme, l'ensemble des travaux conduits dans le cadre de la thèse mène à une meilleure compréhension des phénomènes qui favorisent une opération efficace des puits à colonne permanente, via le développement d'outils de simulation qui ont démontré être flexibles, fiables et efficaces. Des recherches futures, traitant notamment de l'intégration d'interférences thermiques indépendantes et de l'accélération de l'évaluation des fonctions de transfert, sont prévues afin d'élargir encore davantage le champ d'application et l'efficacité des techniques proposées. Il est attendu que ces avancées se traduisent par une amélioration des pratiques de conception et d'opération des puits à colonne permanente, menant par le fait même à des performances accrues et à une éventuelle adoption plus large de la géothermie comme mesure d'économie d'énergie et de gestion de la demande en puissance du secteur du bâtiment.  ABSTRACT: Standing column wells are highly efficient ground heat exchangers that rely on the recirculation of groundwater in a deep and uncased borehole. The performance of these systems can be enhanced by discharging or "bleeding" part of the pumped water, an action that pro- motes advective heat transfer and renewal of the well's water content. These elements are associated with higher heat exchange rates than the conventional closed-loop configuration, which allows to reduce the size and cost of the underground components. With an enhanced perspective regarding the practical and economic aspects of ground-source heat pumps installation, standing column wells may thus represent an important asset on the road towards a more sustainable and low-carbon built environment. To ensure an appropriate sizing of the ground heat exchanger that minimizes the costs while maintaining indoor thermal comfort at acceptable levels, it is common practice to perform a careful design analysis. This process usually involves proceeding to the detailed characterization of the experimental site and forecasting the system's energy performance through the computation of the fluid's temperature as a function of a thermal load signal. Advanced numerical modelling can serve this purpose as it allows the definition of complex geometries and coupling the thermal and hydraulic processes involved in the operation of standing column wells. However, the lack of comprehensive experimental validation studies and the heavy computational load associated with these methods still act as disincentives that prevent them from being routinely used. The present thesis intends to facilitate the conception of standing column wells and the development of innovative control strategies by working towards flexible, reliable and efficient simulation tools of these systems. Hence, a finite element numerical model is first developed and validated following the extensive characterization of an experimental standing column well, which constitutes an important step with regard to the quality and the comprehensive nature of the collected data. The model's inputs are the thermal load imposed by the mechanical equipment and the pumping and bleeding flow rates. Advanced features, such as the geothermal gradient, the seasonal temperature fluctuations and the heterogeneous distribution of the ground's physical properties, are also explicitly described. It is shown that these elements exert significant influence on the efficiency of the bleed operations, owing to their impact on the temperature of the advective influxes coming through the borehole wall. Simulations reproducing the drawdown at the well during a pumping test, and the operating temperatures during a thermal response test and 25 days of dynamic winter operation, show that the model allows evaluating these parameters with mean absolute errors of 7.3 cm, 0.15 ℃, and 0.32 ℃, respectively. The direct solution of differential equations involved in numerical modelling is associated with a heavy computational load that can be simplified by superposition and convolution schemes. For the first time, these techniques are applied to the simulation of standing column wells. A transfer function representing the normalized response of the numerical model to a constant heat load is first evaluated and convolved for a near-instant estimation of the system's temperature evolution in response to a dynamic heat load pattern. To be able to represent the influence of dynamic pumping and bleeding flow rates, an original method is then developed that relies on non-stationary convolutions. Flexible, this method allows considering multi-borehole systems, a heterogeneous distribution of the ground's physical properties, and also applies to the simulation of time-variant circulation flow rates and groundwater velocities in closed-loop systems. The accuracy of the proposed technique is evaluated following a numerical validation, and estimated to be around a few hundredths of a degree. On a last note, the few minutes required to achieve an annual simulation having hourly time steps stress the efficiency of the developed method, and compare very favourably to the 11 days required by the reference numerical model. At last, a powerful simulation algorithm is implemented to illustrate the potential application of the tools developed in this work to the performance assessment of various constant and dynamic flow rate control strategies. The iterative algorithm relies on numerical transfer functions and the non-stationary convolution technique to simulate the underground components of a standing column well system, and the EnergyPlus approach to represent the heat pump's efficiency at full and part loads. The findings of 34 annual simulations suggest that using higher flow rates in peak conditions is a key element that minimizes auxiliary assistance, thus allowing the mitigation of peak power demand and the associated costs in the scenarios considered. It is also shown that complementary variable flow rate control aiming to maintain a 2 ℃ temperature difference across the plate heat exchanger provides significant energy savings while alleviating groundwater usage related to the bleeding operations. The body of work achieved throughout the thesis sheds light on various elements contributing to the efficiency of standing column wells, and lays down new modelling tools that are fit for the adequate and efficient simulation of their thermal behaviour. Future research activities, aiming towards the integration of independent thermal interferences and the acceleration of the transfer functions' evaluation, should help further expand the scope of application of the proposed techniques as well as their efficiency. It is expected that these elements may foster improved design and operating practices, thus leading to enhanced performance and broader adoption of this energy-efficient and low-carbon technology.


identifier: Lavergne, O. (2021). Développement d'outils pour l'étude de la distribution du courant critique dans des rubans supraconducteurs de type ReBCO  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les limiteurs de courants supraconducteurs de type résistif (rSFCLs) sont des dispositifs prometteurs pour les Second Generation (2G) High Temperature Superconductors (HTS) Coated Conductors (CCs). Le comportement intrinsèque des supraconducteurs est favorable pour ce genre d'application puisqu'il est possible d'utiliser la transition de l'état supraconducteur vers un état hautement résistif électriquement, communément appelé le quench. Le limiteur de courant serait donc idéal en opération normale puisqu'il n'ajouterait pas d'impédance au réseau. De plus, le limiteur de courant ne nécessite pas de contrôle externe pour fonctionner, celui-ci étant passif. L'architecture de base du CC assure que le courant transfère vers les couches stabilisatrices qui enrobent le supraconducteur lorsqu'il y a un court-circuit sur le réseau. Le rSFCL est extrêmement non-linéaire et il y a un fort couplage entre les parties thermique et électrique du dispositif. Une modification légère au niveau de l'architecture du ruban peut grandement modifier la réaction du limiteur de courant lors d'un court-circuit parce qu'il faut considérer la masse thermique, la conductivité électrique lors du quench ainsi que la conductivité thermique, tout cela dans un système évoluant dans le temps. Il est nécessaire d'avoir des outils permettant de simuler et tester l'architecture sélectionnée avant de l'implémenter dans des réseaux électriques à grande échelle. De plus, d'autres variables complexifiant le problème s'ajoutent lors de la fabrication des rubans. Malgré les efforts des producteurs, il reste des irrégularités locales au niveau du courant critique pouvant circuler dans le rSFCL. Selon l'amplitude du courant de défaut sur le réseau électrique, cela rend possible l'apparition de points chauds. Finalement, il faut aussi traiter l'interface entre les couches, qui peut autant être un oxyde natif ou un matériau déposé. La présence d'une interface résistive a été démontrée favorable pour accélérer la propagation de la chaleur dans les rSFCLs, ce qui permet de minimiser l'impact des points chauds sur le dispositif. Les rFSCLs doivent être en mesure de fonctionner sous diverses conditions du réseau électrique. Il peut s'agir d'un sursaut de courant aussi bien qu'un court-circuit complet. L'amplitude ainsi que la durée de l'incident peuvent faire varier la réaction du limiteur de courant. Les types de quenchs se divisent en deux catégories. Il y a d'abord le quench non-homogène, qui apparaît lorsque le sursaut de courant n'est pas suffisant pour affecter le ruban complet. Il y a alors création de divers points chauds.  ABSTRACT: Resistive superconducting current limiters (rSFCLs) are promising devices for Second Gen-eration (2G) High Temperature Superconductors (HTS) Coated Conductors (CCs). The intrinsic behavior of superconductors is favorable for this kind of application since it is pos-sible to use the transition from the superconducting state to a highly electrically resistive state, commonly called the quench. The current limiter would therefore be ideal in normal operation since it would not add impedance to the network. In addition, the current limiter does not require an external control to operate, it is passive. The basic CC architecture en-sures that current transfers to the stabilizing layers that surround the superconductor when there is a short circuit on the network. The rFSCL is extremely non-linear and there is a strong coupling between the thermal and electrical parts of the device. A slight modification in the architecture of the tape can greatly modify the reaction of the current limiter during a short-circuit because it is necessary to consider the thermal mass, the electrical conductivity during the quenching as well as the thermal conductivity, all that in a system evolving over time. It is necessary to have tools allowing to simulate and test the selected architecture before implementing it in large-scale electricals networks. In addition, other variables complicating the problem are added when the tapes are manufactured. Despite the e˙orts from the producers, there are still local irreg-ularities in the current that can circulate in the rSFCL. Depending on the magnitude of the fault, this makes the appearance of hot spots possible, regions that will quench before the rest of the tape. Finally, it is also necessary to deal with the interface between the layers, which can either be a native oxide or a deposited material. The presence of a resistive interface has been shown to be favorable for accelerating the propagation of heat in rSFCLs, which is used to minimize the e˙ect of hot spots on the device. RFSCLs must be able to operate under various power grid conditions. It can be a current surge as well as a complete short circuit. The magnitude as well as the duration of time of the incident can vary the reaction of the current limiter. The types of quench fall into two categories. First there is the inhomogeneous quench which appears when the current surge is not suÿcient to a˙ect the complete tape where there are various hot spots. The other category is uniform quenching which occurs when the current is high enough to a˙ect the entire tape all at once.


identifier: Fahimimoghaddam, G. (2021). A Customizable On-Demand Big Data Health Analytics Platform Using Cloud and Container Technologies  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec des solutions technologiques qui ne cessent de se développer, il devient difficile d'identifier les bons outils pour les systèmes d'information de santé. Chaque outil a ses propres avantages et inconvénients, et nombre d'entre eux possèdent plusieurs applications. De plus, les méthodes et méthodologies traditionnelles deviennent insuffisantes à mesure que nous évoluons vers un traitement distribué et en temps réel, car la technologie mondiale évolue rapidement. Le projet a été réalisé en collaboration avec la Clinique Médecine Urbaine du Quartier Latin (CMU), clinique privée spécialisée dans le traitement des maladies transmissibles et des dépendances. L'objectif de ce projet est de prototyper et valider des outils et des procédés pour une plateforme de science des données adaptative et évolutive qui permettra des analyses efficaces, flexibles et performantes, ainsi que la gestion des modèles d'analyse et d'apprentissage automatique qui permettent une prise de décision basée sur la recherche.  ABSTRACT: Identifying the right tools for Health Information Systems might be difficult with an everincreasing number of possibilities. The various tools have their benefits and downsides, and many of them have many applications. Moreover, traditional methods and methodologies have become obsolete as we transition toward distributed and real-time processing because the world's technology evolves fast. The goal of this project, which is being carried out in collaboration with the Clinique Médecine Urbaine du Quartier Latin (CMU), a private clinic specializing in the treatment of communicable diseases and addiction, is to prototype and validate tools and processes for a modern, adaptive, and scalable data science platform that will enable efficient, flexible, and performant analytics, as well as management of analytics and machine learning models that allow for research-based decision making. We evaluate tools, methodologies, and other factors used to build a big data platform by analyzing the benefits and downsides of mature computing tools, management, and visualization components of data analytics platforms for health data. Then, we propose the development of an extensible prototype of an Analytics Sandbox for health data. Our focus is on the scalability and analytics part of the project by employing novel technologies in this study.


identifier: Lewis, G. (2021). Conception de piles de pont préfabriquées répondant aux exigences de performances parasismiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le contexte actuel où plusieurs ponts du Québec arrivent à la fin de leur vie utile, il est nécessaire de construire de nouvelles infrastructures durables répondant aux besoins actuels et futurs. Avec une croissance de la population et une augmentation des véhicules sur nos routes, de nouvelles techniques de construction doivent être développées afin de minimiser l'impact des chantiers sur les usagers. La Construction Accélérée des Ponts (CAP) vise l'utilisation d'éléments préfabriqués et la minimisation de la pose d'armatures en chantier. Bien que cette technique soit employée depuis plusieurs décennies pour de grands ouvrages, cette méthode de construction revêt un gain important de popularité depuis le début des années 2000. Pour les régions, comme le Québec, où la conception parasismique impose des exigences visant à assurer une grande ductilité des piles, l'utilisation d'éléments préfabriqués pour les éléments de fondation comme les piles amène un défi de taille. En effet, les structures construites à l'aide de cette technique présentent des joints d'assemblage qui sont souvent les points faibles. De ce fait, il est primordial de concevoir des joints d'assemblage résistant aux séismes tout en gardant l'intégrité de la structure. L'arrivée de nouveaux matériaux innovateurs, tel le béton fibré ultra performant (BFUP), caractérisé par des propriétés mécaniques exceptionnelles en traction et en compression, a permis de réhabiliter avec succès des piles de ponts présentant de nombreuses déficiences en regard des règles de conception parasismique et à leur conférer un comportement ductile.  ABSTRACT: In the current context where many bridges in Quebec are reaching the end of their design life, it is necessary to build new sustainable infrastructure that meets current and future needs. With a growth in population and an increase in vehicles on our roads, new construction techniques must be developed to minimize the impact of construction activities. The Accelerated Bridge Construction (ABC) aims to use precast elements and minimize the installation of reinforcements on site. Although this technique has been used for several decades for large structures, this construction method has gained significant popularity since the early 2000s. For regions, such as Quebec, where seismic design imposes requirements to ensure high ductility for bridge piers, the use of precast elements for foundation elements such as piers is a major challenge. Indeed, structures built using this technique have connection joints that are often the weak points. Therefore, it is essential to design earthquake-resistant field joints while maintaining the integrity of the structure. The advent of new innovative materials, such as high-performance fibre-reinforced concrete (UHPC), characterised by exceptional mechanical properties in traction and compression, has made it possible to successfully rehabilitate bridge piers with many deficiencies regarding seismic design rules and to provide them with ductile behaviour. For existing bridges, the concrete cover around reinforcements at the base of the piers is removed and substituted by UHPFRC. This technique makes it possible to connect the overlapping bars in UHPFRC and eliminates splitting failure of the overlapped bars. The success achieved in reinforcing existing deficient bridge piers has therefore been adapted to new structures. A research program conducted at Polytechnique Montreal aims to develop fully precast piers and abutments designed to offer seismic resistance that meets current performance requirements. In these application UHPFRC are used in the connection between the precast elements to ensure continuity when subjected to the most demanding conditions for seismic design.


identifier: Henri, R. (2021). Characterization of an 8 x 8 Terahertz Photoconductive Antenna Array for Spatially Resolved Time-Domain Spectroscopy and Imaging Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le rayonnement térahertz (THz) a reçu beaucoup d'attention ces dernières années en raison de ses caractéristiques uniques. Sa capacité à pénétrer la plupart des matériaux diélectriques, sa nature non ionisante et le fait qu'il soit absorbé par les molécules d'eau en font un excellent choix pour les applications d'imagerie dans le domaine biomédical, en sécurité et bien plus encore. Le système de domaine temporel THz est l'un des systèmes d'imagerie les plus couramment utilisés où de courtes impulsions THz sont générées. Ces systèmes sont principalement utilisés en imagerie hyperspectrale, puisque toute l'information fréquentielle est acquise en un seul balayage. Selon le choix du détecteur, ces systèmes permettent une détection cohérente où les informations de phase et d'amplitude sont récupérées et trouvent des applications pratiques dans la caractérisation des matériaux.  L'un des principaux défis de l'imagerie cohérente avec un système THz dans le domaine temporel est le manque de détecteurs multipixels efficaces. L'approche la plus populaire consiste à utiliser une seule antenne photoconductrice (PCA) comme détecteur et à procéder à un balayage en 2 dimensions de l'objet ou du détecteur. Cette technique prend du temps et n'est pas adaptée à l'imagerie en temps réel. Dans ce travail, nous présentons une matrice d'antennes photoconductrices de 8x8 pixels pour des applications en spectroscopie et en imagerie dans le domaine temporel résolue spatialement. Le substrat du réseau PCA est composé de LT-GaAs et chaque antenne est séparée de 700 µm.  Dans un article publié dans IEEE Access intitulé : «Fabrication and characterization of an 8x8 terahertz photoconductive antenna array for spatially resolved time-domain spectroscopy and imaging applications», nous présentons une nouvelle technique où un modulateur spatial de lumière (SLM) est utilisé pour adresser chaque pixel de la matrice d'antennes. Le SLM est utilisé pour focaliser et diriger le faisceau infrarouge (IR) femtoseconde (fs) sur le gap de chaque antenne du détecteur. Pour ce faire, un patron de type lentille de Fresnel est affiché sur le SLM et une détection cohérente hyperspectrale est réalisée pour les 8 canaux du détecteur. De plus, un amplificateur virtuel de type lock in est implémenté dans Labview pour augmenter le signal sur bruit (SNR) de la matrice PCA.  ABSTRACT: Terahertz (THz) radiation has received a lot of attention in recent years due to its unique characteristics. Its ability to penetrate most dielectric materials, its non-ionizing nature, and the fact that it is absorbed by water molecules make it an excellent choice for imaging applications in the biomedical field, in security screening and much more. The THz time-domain system is one of the most common imaging systems where short THz pulses are generated. These systems are mainly used in hyperspectral imaging since the whole frequency information is acquired in a single scan. Depending on the choice of the detector, these systems allow coherent detection where both phase and amplitude information is retrieved and find practical applications in material characterization.  One of the main challenges in coherent imaging with a THz time-domain system is the lack of efficient detector array. The most common approach is to use a single photoconductive antenna (PCA) as a detector and proceed with a 2D raster scan to image an object. This technique is time consuming and is not well-suited for real-time imaging. In this work, we present a PCA array of 8x8 pixels for spatially resolved time-domain spectroscopy and imaging applications. The substrate of the PCA array is made of LT-GaAs and each antenna is separated by 700 µm.    In an article published in IEEE Access entitled: “Fabrication and characterization of an 8x8 terahertz photoconductive antenna array for spatially resolved time-domain spectroscopy and imaging applications,” we present a novel technique where a spatial light modulator (SLM) is used to address each pixel of the PCA array. The SLM is used to focus and steer the femtosecond (fs) infrared (IR) probe beam on the gap of each antenna of the detector. A Fresnel lens pattern is displayed on the SLM and hyperspectral coherent detection is achieved for the 8 channels of the detector. Furthermore, a multichannel virtual lock-in amplifier is implemented in Labview to increase the signal-to-noise (SNR) of the PCA array. A complete calibration technique using a digital multimeter and the THz radiation itself was developed to find the optimal position of the antennas in the SLM's referential.  A characterization of the detector is proposed where parameters like channels' crosstalk and detector resolution are determined. Finally, imaging experiments of a 3D printed object and a metallic mask are successfully carried out.


identifier: Uzel, A. (2021). Livraison ciblée de médicaments anti-cancéreux stimulée par laser de nanoparticules or-lipides  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cancer est une cause de mortalité des plus importantes dans le monde, celui-ci touche une dizaine de millions de personnes chaque année. Les méthodes actuelles de soin du cancer se sont améliorées au cours des dernières années mais ne sont pas parfaites et dans de nombreux cas il est impossible de le soigner. Les méthodes de radiologie, chirurgie ou de chimiothérapie continuent d'être au centre de la recherche et des nouvelles approches de soin sont investiguées. Pour la chimiothérapie, la principale piste étudiée est celle de la livraison ciblée de médicaments permettant ainsi de réduire les effets secondaires de ce type de traitement. L'utilisation de nano vecteurs comme vecteurs de livraison de médicaments peut permettre d'augmenter la dose maximale tolérée par un être humain et de détruire les cellules cancéreuses sans affecter les cellules saines. Le laboratoire du Pr Pieter Cullis de l'Université British Columbia a donc mis au point un système de nanoparticules lipidiques dans lesquelles sont encapsulées un médicament contre le cancer (Doxorubicin) ainsi que des nanoparticules d'or de 5 nm de diamètre. Ces nanovecteurs de 100 nm de diamètre présentent une bonne stabilité et peuvent circuler dans le corps via le flux sanguin sans être nettoyés par les cellules macrophages. Grâce aux propriétés optiques uniques des nanoparticules d'or et des interactions nanoparticules-laser, il est possible de libérer les médicaments et donc de cibler seulement un endroit spécifique et d'effectuer la livraison de médicaments aux cellules cancéreuses spécifiquement. Premièrement, une caractérisation des nanoparticules lipidiques et étude de leur comportement lors de l'incubation avec les cellules fut effectuée. Deuxièmement, une étude de livraison de médicaments in vitro sur des cellules MDA-MB-231 de cancer du sein a été menée avec deux lasers différents. Un laser nanoseconde irradiant à 527 nm correspondant au pic d'absorption des nanoparticules d'or de 5 nm de diamètre permet, lorsque la puissance surfacique est suffisante, de les fragmenter sans endommager les cellules. Une fluence de 71 J/cm2 permet d'obtenir une libération quasi-totale de la Doxorubicin dans la zone irradiée et d'augmenter par un facteur 10 la quantité de Doxorubicin délivrée lorsque des nanoparticules d'or sont encapsulées. Il suffit que chaque nanoparticule d'or reçoive une impulsion du laser pour induire la livraison ciblée. Le second type de laser utilisé est un laser femtoseconde irradiant à 800 nm. Ici, le laser permet la formation d'une nanobulle autour des nanoparticules d'or et ainsi former de petits trous à la surface des liposomes et laisser le médicament s'échapper. Les résultats obtenus sont alors similaires à ceux obtenus avec le laser nanoseconde.  ABSTRACT: Cancer is one of the most important causes of death in the world, affecting around ten million people every year. Current methods of cancer treatment have improved in recent years but are not perfect and in many cases, it is impossible to cure. Radiology, surgery or chemotherapy methods continue to be the focus of research and new approaches to treat are being investigated. For chemotherapy, the main strategy studied is targeted delivery of drugs, which could reduce the side effects of this type of treatment. The use of nanovectors as drug delivery vehicles can increase the maximum dose tolerated by a human being and destroy cancer cells without affecting healthy cells. The laboratory of Prof. Pieter Cullis at the University of British Columbia has therefore developed a system of lipid nanoparticles in which a cancer drug (doxorubicin) and gold nanoparticles of 5 nm in diameter are encapsulated. These 100 nm diameter nanovectors have good stability and can circulate in the body via the bloodstream without being cleared by macrophage cells. Due to the unique optical properties of the gold nanoparticles and the nanoparticle-laser interactions, it is possible to release the drugs and thus target only a specific location and deliver the drugs exclusively to the cancer cells. Firstly, a characterization of the lipid nanoparticles and study of their behavior during incubation with cells was performed. Secondly, an in vitro drug delivery study on MDA-MB-231 breast cancer cells was conducted with two different lasers. A nanosecond laser irradiating at 527 nm which correspond to the absorption peak of 5 nm gold nanoparticles allows, when the fluence is sufficient, to fragment them without damaging the cells. A fluence of 71 J/cm2 allows a quasi-total release of Doxorubicin in the irradiated area and increases by a factor of 10 the amount of doxorubicin delivered when gold nanoparticles are encapsulated. It is sufficient for each gold nanoparticle to receive a laser pulse to induce targeted delivery. The second type of laser used is a femtosecond laser irradiating at 800 nm. Here, the laser allows the formation of a nanobubble around the gold nanoparticles and thus forms small holes on the surface of the liposomes and allows the drug to escape. The results obtained are then similar to those obtained with the nanosecond laser.


identifier: Torres Duran, F. A. (2021). Uncertainty in Crowd-Based Last-Mile Logistics  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Internet est passé des e-mails dans les années 60 à la vente en ligne dans les années 90. Les premiers détaillants en ligne des années 90, comme Amazon, par exemple, détenaient une infime partie du marché par rapport aux détaillants géants de brique et de mortier, comme Walmart. Amazon a désormais dépassé Walmart en tant que plus grand détaillant au monde. La peur d'être infecté par des agents pathogènes dangereux, comme les coronavirus, dans les espaces publics a exacerbé le passage des achats physiques au commerce électronique. Faire les courses en toute sécurité chez soi et se faire livrer tous les articles a augmenté la demande pour la livraison à domicile. De plus, l'effet généralisé de la mondialisation, l'interconnectivité croissante des individus dans les sociétés et l'accessibilité croissante aux nouvelles technologies ont autonomisé les gens au début de ce siècle comme jamais auparavant, donnant naissance à une pléthore d'entreprises et d'organisations innovantes qui remettent en question le statu quo et contournent les barrières du marché qui protégeaient le pouvoir de méga-joueurs bien établis. Les petites startups surmontent les barrières du marché avec peu d'investissements ou d'infrastructures. Même le capital n'est plus un obstacle insurmontable pour les nouvelles entreprises comme il l'était auparavant, avec son accessibilité croissante via des canaux non conventionnels tels que le capital de risque, les investisseurs providentiels ou le financement participatif plus récent, où les personnes ordinaires avec un revenu moyen peuvent faire un petit ou grand apport de capital sur une communauté en ligne à quelqu'un qui travaille sur un projet qui lui plaît. Ces nouvelles entreprises sont non seulement en concurrence pour les marchés existants, mais elles en créent également de nouveaux, transforment les systèmes, modifient les comportements des clients et remettent en question les paradigmes commerciaux bien établis. En raison des nouvelles technologies et de la forte demande de livraisons à domicile, le «crowdshipping» est devenu une solution à faible coût pour satisfaire la demande. Le «crowdshipping» consiste à utiliser des véhicules personnels sous-utilisés, appartenant à des personnes ordinaires, pour effectuer les livraisons. Les chauffeurs indépendants sont des personnes qui possèdent un véhicule et sont prêtes à livrer des colis moyennant une indemnisation. Contrairement aux chauffeurs professionnels, les chauffeurs indépendants sont libres de choisir quand et comment ils travaillent. Les chauffeurs indépendants ont un ensemble de caractéristiques inconnues qui représentent un défi lors de la planification des itinéraires de livraison. Ils pourraient avoir un déplacement prévu avec une destination fixe et pourraient être disposés à livrer certains colis tant que la distance totale ajoutée à leur déplacement prévu n'est pas trop longue. Globalement, la volonté de livrer des colis peut être conditionnée par une série de préférences personnelles, par exemple, le montant de la compensation ou les conditions météorologiques. De plus, les véhicules des chauffeurs indépendants ne sont pas conçus pour la livraison de colis. Les chauffeurs indépendants ont des véhicules de différents modèles, certains peuvent être de petits véhicules, d'autres peuvent être de grande taille. L'offre de chauffeurs indépendants dépendrait de ces préférences. Traditionnellement, les problèmes de tournées de véhicules stochastiques tiennent compte de l'incertitude qui provient des clients, par exemple, des demandes stochastiques. Dans le «crowdshipping», l'incertitude peut provenir des chauffeurs indépendants, ce qui représente un changement de paradigme. L'objectif de cette thèse est d'identifier et d'explorer les principales sources d'incertitude dans la logistique du dernier kilomètre basée sur le recours à des chauffeurs indépendants et de développer des outils mathématiques pour obtenir des informations précieuses sur ces propriétés stochastiques. Le chapitre 4 introduit une nouvelle variante stochastique du problème de tournées de véhicules. Une plateforme de «crowdshipping» doit satisfaire un ensemble de demandes de livraison d'un dépôt central avec une flotte mixte des véhicules professionnels et des chauffeurs indépendants. L'offre de chauffeurs indépendants est considérée comme stochastique, ainsi, les itinéraires créés pour les chauffeurs indépendants pourraient potentiellement être rejetés, entraînant des coûts supplémentaires. Des actions de recours sont introduites qui considèrent l'utilisation de véhicules réguliers pour desservir les itinéraires rejetés par les chauffeurs indépendants. Une formulation de programmation stochastique en deux étapes est proposée et un algorithme exact de «branch-and-price» est développé pour résoudre de grandes instances avec 100 clients. Un algorithme d'évaluation cohérent est développé pour résoudre tous les problèmes d'évaluation d'itinéraires en un seul. Les limites supérieures sont dérivées du nombre total d'itinéraires qui devraient être offerts aux chauffeurs indépendants potentiels. La probabilité de rejet d'itinéraire est modélisée comme dépendant de l'ensemble d'itinéraires proposés aux chauffeurs indépendants. La valeur de la solution stochastique s'élève à 21%. Une analyse de sensibilité est effectuée sur les hypothèses d'acceptation des itinéraire. Cette analyse montre qu'il n'y a aucune différence entre donner la priorité à l'attribution des itinéraires les plus coûteux aux chauffeurs indépendants en premier et l'hypothèse selon laquelle les chauffeurs indépendants choisiront en premier l'itinéraire le mieux compensé. Le Chapitre 5 introduit une nouvelle variante stochastique du problème de tournées de véhicules où la destination des chauffeurs indépendants peut être stochastique. Les chauffeurs indépendants ne souhaitent pas s'écarter beaucoup de leurs destinations. Les destinations peuvent changer d'un jour à l'autre en fonction des préférences des chauffeurs indépendants. Une contrainte de durée de parcours est prise en compte sous l'hypothèse que cela peut augmenter la participation. Un modèle stochastique en deux étapes est proposé et une heuristique de génération de colonnes est développée pour résoudre les grandes instances. Les résultats montrent que la localisation géographique des destinations peut avoir un impact sur le coût total espéré. Les destinations plus éloignées du dépôt réduisent le plus le coût prévu de l'opération. Une analyse de sensibilité sur la structure de coûts montre que les instances dont les destinations sont éloignées du dépôt central sont plus sensibles au coût variable qu'au coût fixe. Lorsque la rémunération variable est suffisamment élevée, les instances avec des destinations de chauffeurs indépendants à proximité immédiate du dépôt central réduisent le plus le coût espéré. Enfin, le Chapitre 6 considère le cadre du chapitre 4 et détermine la valeur de compensation à payer aux chauffeurs indépendants. Lorsque la rémunération est trop élevée, les chauffeurs indépendants ne sont pas une bonne option par rapport à la flotte de véhicules professionnels. Lorsque la compensation est trop faible, les chauffeurs indépendants ne veulent pas participer. Un équilibre de marché est trouvé qui minimise le coût total espéré des opérations compte tenu l'incertitude sur le niveau de participation des chauffeurs indépendants.  ABSTRACT: The internet went from e-mails in the 60s to online retailing in the 90s. Early online retailers in the 90s, e.g., Amazon, had a minuscule portion of the market when compared to giant brick-and-mortar retailers, e.g., Walmart. Amazon has now surpassed Walmart as the world's biggest retailer. The fear of being infected by egregious pathogens, e.g., corona viruses, in public areas has exacerbated the shift from brick-and-mortar shopping to e-commerce. Shopping from the safety of your own home and having all the items delivered, has increased demand for home delivery. Moreover, the widespread effect of globalization, the increasing inter-connectivity of individuals in societies, and the rising accessibility to new technologies, have empowered people at the beginning of this century like never before, giving rise to a plethora of innovative companies and organizations that are challenging the status quo and circumventing market barriers that protected the power of well-established mega-players. Small startups are overcoming market barriers with little investment or infrastructure. Even capital is no longer an insurmountable barrier for new companies as it used to be, with its increasing accessibility through unconventional channels such as venture capitalism, angel investors, or the more recent, crowd-funding, where regular people with an average income can make a small or large contribution of capital on an online community to someone who is working on a project that is of their liking. These new companies are not only competing for existing markets, but are also creating new ones, transforming systems, changing customer behaviors and challenging well-established business paradigms. As a consequence of the new technologies and the high demand for home deliveries, crowdshipping has emerged as a low-cost solution to satisfy the demand. Crowd-shipping consists of using under-utilized personal vehicles, owned by regular people, to fulfill deliveries. Crowddrivers are individuals who own a vehicle and are willing to deliver packages for a compensation. In contrast to professional drivers, crowd-drivers are free to choose when and how they work. Crowd-drivers have a set of unknown characteristics that represents a challenge when planning delivery routes. They could have a planned trip with a fixed destination, and could be willing to deliver some packages as long as the total distance added to their planned trip is not too long. Overall, the willingness to deliver packages can be conditioned on a series of personal preferences, e.g., the amount of the compensation or weather conditions. In addition, crowd-driver vehicles are not designed for parcel delivery. Crowd-drivers have vehicles of various models; some can be small vehicles, others can be large. The supply of crowd-drivers would depend on such preferences. Traditionally, stochastic vehicle routing problems consider the uncertainty that originates from customers, e.g, stochastic demands. In crowd-shipping, uncertainty can originate from crowd-drivers, this represents a paradigm shift. The objective of this dissertation is to identify and explore the main sources of uncertainty in crowd-based last-mile logistics and to develop mathematical tools to gain valuable insights about these stochastic properties. Chapter 4 introduces a new stochastic variant of the vehicle routing problem. A crowd-shipping platform must satisfy a set of delivery requests from a central depot with a mixed fleet of professional vehicles and crowd-drivers. The supply of crowd-drivers is considered to be stochastic, thus, routes created for crowd-drivers could potentially be rejected, causing additional costs. Recourse actions are introduced that consider the use of regular vehicles to fulfill routes rejected by crowd-drivers. A two-stage stochastic programming formulation is proposed and an exact branch-and-price algorithm is developed to solve large instances with 100 customers. A cohesive pricing algorithm is developed to solve all pricing problems in a single one. Upper bounds are derived for the total number of crowd-driver routes that should be offered to potential crowd-drivers. The probability of route rejection is modeled as dependent on the complete set of routes that are offered to crowd-drivers. The value of the stochastic solution is shown to be as high as 21%. A sensitivity analysis is performed on the assumptions of route acceptance, which shows no difference between prioritizing the assignment of the most costly routes to crowd-drivers first or the assumption that crowddrivers will choose the best compensated route first. Chapter 5 introduces a new stochastic variant of the vehicle routing problem where the destination of crowd-drivers can be stochastic. Crowd-drivers do not wish to deviate much from their destinations. Destinations can change from day to day based on crowd-drivers' preferences. A route duration constraint is considered to increase participation. A twostage stochastic model is proposed and a column generation heuristic is developed to solve large instances. The results show that the geographic location of destinations can have an impact in the total expected cost. Destinations that are further from the depot reduce the expected cost of the operation the most. A sensitivity analysis on the cost structure shows that instances with destinations far from the central depot are more sensitive to the variable cost than to the fixed cost. When the variable compensation is sufficiently high, the instances with crowd-driver destinations in close proximity to the central depot reduce the expected cost the most. Finally, Chapter 6 considers the setting of Chapter 4 and determines the compensation value to be paid to crowd-drivers. When the compensation is too high, crowd-drivers are not a good option compared to the professional fleet of vehicles. When the compensation is too low crowd-drivers do not want to participate. A market equilibrium is found that minimizes the total expected cost of operations under uncertainty of crowd-driver participation.


identifier: Chaudonneret, S. (2021). Segmentation, localisation et cartographie avec primitives géométriques 2D  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La navigation des robots mobiles autonomes est un domaine d'étude très prolifique en robotique. Ces véhicules peuvent permettre d'explorer des environnements inconnus ou effectuer des tâches dans des milieux inaccessibles ou hostiles à l'Homme. Le problème de navigation regroupe un grand nombre de défis scientifiques et technologiques. La localisation et cartographie simultanées, ou SLAM, représente un des principaux enjeux de ce problème complexe. En effet, construire une carte représentative de l'environnement tout en localisant le robot mobile dans cette carte est nécessaire pour planifier la trajectoire du robot, effectuer certaines tâches ou encore interagir avec le milieu. De nombreuses propositions pour résoudre ce problème ont été présentées ces dernières décennies. Cependant, il n'existe pas de solutions optimales de SLAM car la performance d'une méthode dépend des contraintes du système et de l'environnement. Dans ce mémoire, nous présentons une méthode de SLAM dans un environnement 2D exploitant les mesures d'un télémètre (Laser Range Finder, ou LRF) pour modéliser les contours d'objets par des fonctions paramétrées dites implicites. Un système d'odométrie différentielle est ajouté au système pour la localisation du robot. La formulation de la proposition est telle que le choix de fonctions implicites est laissé à l'utilisateur pour l'adapter aux obstacles présents dans l'environnement. De plus, plusieurs familles de fonctions implicites peuvent être utilisées simultanément pour diversifier les types d'objets modélisables. Ce choix de familles doit permettre de modéliser une grande variété d'objets présents dans l'environnement avec un minimum de fonctions implicites différentes, tout en prenant en compte le nombre de paramètres nécessaires pour décrire précisément un objet. Une application avec des lignes et des superellipses est présentée dans ce travail dans un environnement simulé. Cette méthode permet de modéliser précisément un ensemble d'objets avec peu de paramètres et d'apporter une interprétation sémantique de la modélisation de l'environnement.  ABSTRACT: Autonomous navigation for mobile robots is a prolific field of study in robotics. These vehicles can explore unknown environments or perform tasks in areas that are inaccessible or hostile to humans. A large number of scientific and technological challenges are included in the navigation problem. Simultaneous Localization and Mapping, or SLAM, is one of the main challenges of this complex problem. Indeed, building a representative map of the environment while locating a mobile robot in this map is necessary to plan the trajectory of the robot, perform some tasks or interact with the environment. Many solutions for this problem have been proposed in the last decades. However, there is no optimal SLAM solution because the performance of a method depends on the constraints of the system and the environment. In this thesis, we present a method for SLAM in a 2D environment using measurements from a Laser Range Finder (LRF) which models the contours of objects using parameterized functions called implicit functions. A di˙erential odometry system is added to the system for robot localization. The work proposed is generalized to any implicit function in order to be able to adapt the representation to the obstacles present in the environment. Moreover, several types of implicit functions can be used simultaneously to diversify the types of objects that can be modelled. An application with lines and superellipses is presented in this work in a simulated environment. This method allows to accurately model a set of objects with few parameters and to provide a semantic interpretation of the environment modeling.


identifier: Binet, F. (2021). Modélisation de l'apport des stratégies d'économie circulaire sur la mitigation des impacts environnementaux d'un secteur industriel et de sa chaine de valeur  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ : Les émissions industrielles de gaz à effet de serre (GES) ont longtemps été mises de côté et considérées comme difficiles à réduire (contrairement à celle du transport ou des bâtiments). Aujourd'hui, le secteur industriel représente 29% des émissions de GES du Québec, et des mesures de mitigation importantes sont attendues pour atteindre les objectifs du Québec de réduction des émissions de GES de 37,5% d'ici 2030 et de plus de 80% d'ici 2050 par rapport à l'année de référence 1990. Ce projet de recherche vise à évaluer le potentiel de réduction des émissions de GES des stratégies d'économie circulaire sur un secteur industriel et de sa chaîne de valeur. Plus particulièrement les secteurs du fer et de l'acier et du ciment et du béton au Québec ont fait l'objet de cas d'étude dans ce mémoire.  Pour ce faire, un modèle intégrant l'analyse des flux de matières (AFM) et l'analyse du cycle de vie (ACV) a été créé pour analyser les flux et les stocks de matière et respectivement pour calculer les émissions directes (de l'activité, par exemple le processus de combustion) et indirectes (de la chaîne d'approvisionnement). Ce modèle est conçu pour être appliqué à toutes les émissions ou impacts environnementaux d'un secteur spécifique dans une région donnée, et permet de modéliser les effets des stratégies de circularité sur les flux et les impacts environnementaux associés à toute sa chaîne de valeur. Ce modèle est appliqué à deux études de cas : l'une sur le secteur du fer et de l'acier et l'autre sur le secteur du ciment et du béton. Un ensemble de stratégies circulaires ont été identifiées et le potentiel de réduction des GES tout au long des respectives chaînes de valeurs à l'intérieur et à l'extérieur de la province est calculé et comparé aux émissions de la situation actuelle. Pour le secteur du fer et de l'acier, six stratégies circulaires ont été analysées en agissant sur trois leviers différents : GES/matériau, c'est-à-dire émettre moins de GES pour la même quantité d'acier produite (augmenter le taux de recyclage du fer, passer à la production d'acier par réduction à base d'hydrogène), matériau/produit, c'est-à-dire utiliser moins d'acier pour le même produit (réduire le poids des véhicules, limiter les surspécifications dans la construction des bâtiments), produit/service, c'est-à-dire utiliser moins de produit pour le même service (augmenter la durée de vie des bâtiments et des voitures, augmenter le covoiturage). La combinaison de ces six stratégies permet de réduire les émissions de GES de la chaîne de valeur de l'industrie sidérurgique de -6,03 MtCO2e, soit -30% de l'ensemble du cycle de vie. Sans tenir compte de la phase d'utilisation de l'acier, les réductions sont estimées à -55 %, soit 1,67 Mt CO2e (partie extraction, transformation, production, fabrication). La deuxième étude de cas qui s'est concentrée sur le secteur du ciment et du béton au Québec a identifié le principal point chaud d'émission de GES dans la production de clinker. Le scénario combinant les stratégies circulaires de modification de la composition du clinker, de réduction de la consommation d'énergie et d'utilisation des déchets comme combustible, estime le potentiel de réduction des émissions de GES à 1,29 MtCO2e soit 49 % des GES émis sur l'ensemble du cycle de vie. La réduction dans la production de clinker est de 1,27 MtCO2, soit 57 % des émissions de GES de cette phase du cycle de vie. Avec cette recherche, nous avons montré la nécessité de réfléchir à des stratégies d'économie circulaire sur l'ensemble de la chaîne de valeur d'un secteur industriel, car se restreindre aux activités de production uniquement, peut cacher des stratégies avec de meilleurs potentiels pour atteindre l'objectif de réduction des GES. Les études de cas de ce mémoire ont démontré que les mesures de mitigation plus efficaces doivent être soutenues par des stratégies visant à réduire l'utilisation de matériaux par service livré.  ABSTRACT: ABSTRAT : Industrial Greenhouse Gas (GHG) emissions have long been discarded and considered hard to reduce (unlike the transport or construction sectors). Today industrial sector represents 29% of Quebec GHG emissions, which needs to be tackled in order to meet Quebec's objectives of a 37,5% reduction by 2030 and an 80% reduction by 2050 as per 1990's GHG reference year. This research project aims to evaluate the potential reduction of GHG emissions from circular economy strategies on Quebec industrial sectors with an application to Quebec's steel industry and its value chain.  To do so, an integrated model has been created based on the matrix approach, building on material flow analysis (MFA) tracking flows and stocks and on life cycle assessment (LCA) to compute direct (from the activity, e.g. combustion process) and indirect (from supply chain, e.g. production of raw material inside or outside of region) emissions. This theoretical model is designed to be applied to any emissions or environmental impacts from a specific sector in a given region, and enable to model the effects of circularity strategies to both flows and related environmental impacts. The overall mitigation potential of individual or combined circular economy strategies on a specific sector could thus be evaluated across its entire value chain. Two case studies illustrate this new model: one on the iron and steel sector and the other on the cement and concrete sector. In the case studies, a set of the most promising circular strategies applicable in the Quebec context were identified and the GHG reduction potential within and outside the province is calculated and compared to actual emissions. For the iron and steel sector, six circular strategies were analyzed acting at three different levers: GHG/material (increase iron recycling rate, switch to hydrogen-based reduction production), material/product (reduce weight of vehicle, limit overspecification in building construction), product/service (increase buildings and cars lifetime, increase car-sharing) and therefore impact rather direct or indirect emissions on different stages of the steel life cycle. Combining these six strategies into a consolidated scenario shows that a circular driven economy allows to cut down GHG emissions of the cradle-to-gate steel industry value chain by -55%, i.e., 1.67 Mt CO2e. Taking into account use phase of steel, overall reductions are estimated at -6.03 MtCO2e, i.e., -30% of the whole life cycle.  A second case study was conducted to confirm the validity and robustness of the model, as well as to highlight some limitations and areas for improvement. This study focused on the cement and concrete sector in Quebec. The main GHG emission hotspot identified in the sector modeling was the production of clinker. Using circular strategies (modification of clinker composition, reduction of energy consumption and use of waste as fuel), the potential for GHG emission reductions is 49%, with a 57% GHG emission reduction in clinker production. With this research we showed that circular economy strategies acting solely on the production activities are not enough to achieve Quebec's GHG reduction goal at the 2050 horizon. They need to be supported by strategies aiming to reduce material use per delivered service.


identifier: Arseneault, S. (2021). Risk Awareness in Swarm Robotics  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

title: Risk Awareness in Swarm Robotics

abstract: RÉSUMÉ: Le risque est omniprésent dans nos vies; il est impossible de l'ignorer. Nous pouvons soit l'éviter ou l'affronter. Selon la situation, les deux approches peuvent avoir leur mérite. D'une part, en évitant toujours le danger, nous accomplirons forcément bien peu. D'autre part, en le bravant continuellement, nous courrons à notre perte. Nous choisissons donc le meilleur plan d'action selon la gravité de la situation et selon notre tolérance au risque. Or, le risque n'est pas uniquement présent dans notre quotidien, mais aussi dans des domaines d'applications scientifiques. Plus particulièrement, on s'intéresse ici à sa présence dans le domaine de la robotique en essaim, où des collectivités de robots doivent accomplir des missions dans des environnements souvent périlleux. Sachant ce contexte, comment peut-on inculquer à ces robots une politique de gestion de risque équilibrée afin de les rendre plus résilients?  ABSTRACT: Risk is omnipresent in our lives; it is quite simply impossible to ignore it. We may either avoid or confront it. Depending on the situation, both approaches have their merit. On one hand, by always avoiding danger, one will accomplish very little. On the other hand, constantly defying it may lead to one's ruin. Humans choose the best course of action based on the gravity of the situation and on their personal risk tolerance. Yet risk is not only present in our everyday lives, but also in scientific application domains. This is the case of swarm robotics, in which groups of robots often accomplish missions in dangerous environments. So how would it be possible to instill a risk management policy to these robots to make them more resilient?


identifier: Camara, M. I.I.I. F. (2021). Utilisation des ondes millimétriques pour la prochaine génération de services mobiles : scénarios, défis et perspectives  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'incroyable demande de bande passante de données ne montre aucun signe de ralentissement dans un avenir prévisible. Afin de fournir des services multimédias rapides, audio, vidéo et en temps réel de haute qualité, une large bande passante est nécessaire. Alors que le spectre millimétrique offre une excellente opportunité d'augmenter la capacité, on sait peu de choses sur les caractéristiques de propagation des canaux pour les réseaux d'accès mobiles dans des environnements urbains internes denses à ces fréquences porteuses. Différentes approches de sondage de canal, en particulier des systèmes d'impulsions RF, un analyseur de réseau vectoriel, un système à spectre étalé et des systèmes basés sur OFDM sont utilisées. En raison des limitations, le système à spectre étalé, qui est un système de sondage de canal basé sur le temps, est largement utilisé car il offre une résolution de bande passante meilleure et plus élevée pour prendre en charge les trajets multiples. De nombreux systèmes de sondage à canaux à spectre étalé développés à ce jour sont limités à une bande passante inférieure à 1 GHz. Ces systèmes ont été mis en œuvre sans étude préalable ni estimation de performances en considérant des scénarios réalistes, tant sur la bande passante utilisable que sur les paramètres des antennes utilisées. De plus, ces sondeurs sont volumineux et lourds, ce qui limite leur flexibilité et leur mobilité. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier et de concevoir un sondeur de canal qui surmonte les limitations énumérées. L'objectif principal de cette recherche est d'explorer la faisabilité d'un système de sondeur à canaux intégré compact capable de résoudre des trajets multiples dans des canaux à ondes millimétriques, crucial pour permettre diverses applications envisagées dans les systèmes 5G et futurs. Néanmoins, il convient de mentionner que les antennes sont les composants clés de tout système de communication sans fil. Des études paramétriques sont réalisées et mises en œuvre en bande Ka sur la base du logiciel Feko, un outil de pointe pour comprendre et optimi-ser le placement et le couplage des antennes dans un environnement de propagation réaliste. Les paramètres de canal extraits pour différents scénarios, y compris intérieur-intérieur et extérieur-intérieur, sont utilisés pour alimenter un logiciel de conception de système (ADS : Advanced Design System) de manière co-simulée pour estimer les performances en termes d'efficacité de bande passante en présence de différentes antennes (gain et placement). Par conséquent, notre recherche se concentre sur les défis de la réalisation d'un générateur de code pseudo aléatoire (PN) et de la fabrication d'une antenne cornet corruguée, physiquement petite et rayonnant des faisceaux relativement étroits, adaptée aux émetteurs-récepteurs miniaturisés. Pour atteindre nos objectifs, nous avons développé une méthode pour réduire la profondeur de l'antenne cornet en utilisant des lentilles.  ABSTRACT: The incredible demand for data bandwidth shows no signs of slowing down for the foresee-able future. In order to provide fast multimedia, high quality audio, video and real-time services, a large amount of bandwidth is required. While millimeter wave spectrum o˙ers an excellent opportunity to increase capacity, little is known about the channel propagation characteristics for mobile access networks in internal, urban environments dense at these carrier frequencies. Di˙erent approaches of channel sounding, in particular RF pulse systems, vector network an-alyzer, spread spectrum system and OFDM based systems are used. Due to the limitations, the spread spectrum system, which is a time-based channel sounding system, is extensively used because it o˙ers better and higher bandwidth resolution to accommodate multi paths. Many spread spectrum channel sounding systems developed to date are limited to a band-width of less than 1 GHz. These systems have been implemented without a prior study or estimation of performance by considering realistic scenarios, on the usable bandwidth as well as the parameters of the antennas used. Also, these sounders are large and heavy, which limits their flexibility and mobility. Therefore, it is mandatory to study and design channel sounder which overcome the enumerated limitations. The primary objective of this research is to explore feasibility of a compact integrated channel sounder systems capable of resolving multi paths in millimeter wave channels, crucial to enable various applications envisioned in 5G and future systems. Nonetheless, it is worth mentioning that antennas are the key components of any wireless communication system. Parametric studies are carried out and implemented in Ka-band based on Feko software a leading tool for understanding and optimizing antenna placement and coupling in realistic propagation environment. The extracted channel parameters for di˙erent scenarios including indoor-indoor and outdoor-indoor are used to feed a system-design software (ADS: Advanced Design System) in co-simulation way to estimate the performances in term of bandwidth eÿciency in presence of di˙erent antennas gains and placements. Therefore, our research focuses on the challenges of realizing a pseudo noise (PN) code generator and the fabrication of a corrugated horn antenna, physically small and radiating relatively narrow beams, suitable for miniaturized transceivers.To achieve our objectives, we developed a method for reducing the depth of the horn antenna by using lenses. We then design and investigate two types of integrated lens antennas (ILA), namely the half Maxwell fish-eye (HMFE) and the step lenses.


identifier: Neale, A. (2021). Development of a Bottom-up White-box Residential Building Stock Energy Model  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La modélisation énergétique d'un parc immobilier, ou Building stock energy modeling (BSEM), est le processus d'évaluation de la consommation d'énergie des bâtiments à grande échelle, comme la consommation énergétique à l'échelle d'une ville, d'une région ou d'un pays. L'industrie canadienne a actuellement un besoin urgent pour le développement d'outils additionnels de modélisation du parc immobilier afin d'évaluer des mesures d'efficacité énergétique, d'estimer la réduction des émissions de gaz à effet de serre, d'évaluer l'impact des technologies ainsi que de nombreuses autres applications. Cette thèse aborde certaines lacunes liées au développement et à l'utilisation des BSEM, tout en fournissant un nouveau BSEM pour un parc immobilier de maisons unifamiliales au Canada. Bien qu'il existe de nombreux types de BSEM, le processus nécessite toujours des informations sur le parc immobilier afin de générer un modèle des bâtiments. L'information disponible pour un parc de bâtiments donné est limitée par la quantité de données mesurées et par la divulgation publique de ces informations. Une nouvelle méthode de caractérisation des différents paramètres d'un parc immobilier résidentiel, tels que la surface chauffée, la résistance thermique des murs et le nombre d'occupants, est présentée. Pour pallier l'absence de jeux de données publiques appropriés, un jeu de données de compteurs intelligents virtuels, virtual smart meter (VSM) data, de 200 000 maisons avec 21 paramètres de construction connus pour chaque maison est développé. Ce jeu de données est disponible en libre accès. Les paramètres sont sélectionnés pour leur influence estimée sur la consommation d'électricité et leur applicabilité au processus de caractérisation d'un parc immobilier. Le jeu de données VSM est utilisé pour appliquer la classification par apprentissage automatique supervisé afin de développer des modèles prédictifs (MP), qui sont basés sur une analyse discriminante linéaire. Les MP peuvent estimer avec précision les paramètres des bâtiments, tels que la surface chauffée, à partir de la consommation d'électricité. Avec un jeu de données de compteurs intelligents de taille suffisante, la distribution des paramètres dans le parc immobilier peut être établie, ce qui permet de comprendre la probabilité qu'une maison appartienne à une catégorie spécifique. Des lignes directrices sont fournies pour les futures études de classification qui souhaitent utiliser un jeu de données réelles de compteurs intelligents dans le but de générer un modèle prédictif ou pour ceux qui souhaitent effectuer une classification des données de compteurs intelligents. Un nouveau modèle énergétique du parc immobilier de maisons unifamiliales est développé, appelé le Québec Single-Family Building Stock Energy Model (QSFBSEM). Le QSFBSEM prédit avec précision la consommation d'énergie des maisons du Québec, au Canada. Environ 1,9 million de maisons unifamiliales sont représentés par le modèle. La prédiction est faite pour le chauffage des locaux, le chauffage de l'eau, l'éclairage, les appareils électroménagers et la climatisation pour des maisons individuelles et jumelées. L'électricité, le gaz naturel, le mazout et le bois sont les principales sources d'énergie pour les bâtiments résidentiels dans la province et la répartition de la consommation de chaque source est également estimée par le modèle du parc immobilier. Un échantillon de 200 000 maisons est modélisé pour représenter l'ensemble du parc immobilier. La taille de l'échantillon est un aspect important pour la prédiction énergétique d'un parc immobilier puisque des parties moins représentées du parc peuvent entraîner une déviation significative de la prédiction énergétique si la taille de l'échantillon est trop faible. Le QSFBSEM peut être utilisé pour une variété d'applications et est appliqué à une étude de cas pour la comparaison des émissions de gaz à effet de serre (GES) entre différentes configurations de systèmes de chauffage pour le parc immobilier. L'étude de cas permet de démontrer que le QSFBSEM peut quantifier l'impact sur la demande de pointe en électricité d'une conversion massive des systèmes de chauffage non-électriques.  ABSTRACT: Building stock energy modeling (BSEM) is the process of evaluating the energy consumption of large-scale building energy simulation problems, such as the energy use at the city, regional, or national levels. There is a current urgent need in industry in Canada for the development of additional stock modeling tools, for evaluation of energy efficiency measures, estimation of greenhouse gas emissions reductions, technology impact evaluations, and many other applications. This thesis addresses some of the common limitations associated with the development and use of BSEM, while providing a new BSEM for a single-family dwelling stock in Canada. While many types of BSEM exist, the process always requires information on the building stock in order to reproduce the buildings in the form of a model. Obtaining sufficient data depends on the public availability of information and measured data for the studied building stock. A new method of characterizing the different parameters of a residential building stock, such as the heated surface area, wall thermal resistance and the number of occupants, is presented. Due to the lack of appropriate public data sets, a virtual smart meter (VSM) data set of 200,000 homes with 21 known building parameters per dwelling is designed and presented as an open-source data set. The parameters are selected due to their estimated impact on the electricity consumption and the potential applicability for the characterization process of a building stock. The VSM data set is used to apply supervised machine learning classification to develop predictive models (PM), which are in turn developed with linear discriminant analysis. The PM can accurately estimate building parameters such as the heated surface area from electricity consumption. With a sufficiently sized smart meter data set, the distribution of parameters across the building stock can be established, providing an understanding of the probability of a house belonging to a particular category. Guidelines are provided for future classification studies wishing to develop a real smart meter data set for the purpose of predictive model development or for those wishing to perform classification of smart meter data. A new single-family dwelling building stock energy model is developed called the Québec Single-Family Building Stock Energy Model (QSFBSEM). The QSFBSEMaccurately predicts the energy consumption of houses across the province of Québec, Canada. Approximately 1.9 million single-family dwellings are represented by the model. Space heating, water heating, lighting, appliances and space cooling are predicted for detached and attached dwellings. Electricity, natural gas, heating oil and wood are the primary energy sources for residential buildings in the province and are also determined by the stock model . A total of 200,000 houses are modeled as a sample to represent the overall stock. The stock sample size is shown to be an important aspect for energy prediction of a building stock, as lesser-represented portions of the stock can result in significant deviation for the energy prediction if the sample size is too low. The QSFBSEM can be used in a variety of applications and is applied to a case study for greenhouse gas emission (GHG) comparison between different heating system configurations for the building stock. The case study illustrates that the QSFBSEM can predict the impact of large-scale conversion of non-electric heating systems on the peak electricity load of the building stock.


identifier: El Zarif, N. (2021). A Platform for Enhancing the Vision of Patients Suffering from Age-Related Macular Degeneration Disease  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La dégénérescence maculaire liée à l'âge est la principale cause de cécité en Amérique du Nord sans traitement médical fiable. Cette maladie progressive se manifeste par une déficience visuelle sévère de la vision centrale à ses étapes intermédiaires ou par une perte totale de la vision centrale dans ses étapes ultérieures en raison de la dégradation de la couche photoréceptrice de la rétine. Il n'existe actuellement aucun traitement fiable pour ces maladies et très peu de mesures préventives qui ralentissent leur progression. De nombreuses approches ont été proposées pour aider à atténuer ce problème. Une canne et des chiens-guides sont parmi les méthodes les plus fiables au monde pour aider les malvoyants. Les nouvelles approches visent à tirer parti de la puissance de la technologie pour offrir une meilleure expérience au patient grâce à des guides de navigation électroniques ou des aides visuelles. Le travail présenté dans cette thèse est une plate-forme destinée à la stimulation optique pour la dégénérescence maculaire liée à l'âge, ceci en émulant le traitement rétinien se produisant dans la macula en temps réel et en envoyant un signal optogénétique à un dispositif de stimulation photo-électrique à la couche rétinienne souhaitée pour restaurer la vision dans une rétine endommagée. Ceci est réalisé avec un modèle de traitement d'image rapide, simplifié et ajustable de la rétine utilisant un filtrage spatial et temporel. Une capture vidéo en direct et des images à l'échelle sont ensuite utilisées pour adapter la prothèse visuelle à plusieurs résolutions. L'aspect temporel de la macula est émulé à l'aide d'un filtre temporel multi-images personnalisé et d'une intégration décroissante qui correspond à la vitesse de la voie temporelle dans la rétine, tandis que l'aspect spatial est modélisé comme une différence de gaussien. Ensemble, ils se combinent en un modèle simple et puissant qui représente la voie principale de la rétine humaine. Le modèle est mis en œuvre de manière à être extensible et efficace en termes de calcul pour obtenir les meilleurs résultats dans un budget de temps strict. Le modèle implémenté est suffisamment rapide pour fonctionner en temps réel sur les appareils Raspberry Pi 3 et Raspberry Pi 4. La sortie de la plate-forme génère un signal à envoyer à un stimulateur micro-LED conçu par Leila Montazeri et al. Le stimulateur générera un signal lumineux focalisé qui agit sur les cellules ganglionnaires rétiniennes traitées avec des opsines photosensibles, dans le but de restaurer une certaine acuité visuelle dans la vision centrale. En raison des limites de fabrication, seule une matrice micro-LED 8x8 peut être produite. Cela signifie que seule une image 8x8 peut être envoyée au micro-stimulateur, et il est donc important de représenter les images par un très petit nombre de pixels.  ABSTRACT: Age-related macular degeneration is the leading cause of blindness in North America with no reliable medical treatment. This progressive disease manifests itself with severe visual impairment in the central vision in its intermediate stages or with the total loss of central vision in its later stages due to the decay in the photoreceptor layer in the retina. There are currently no reliable treatments for these diseases and very few preventative measures that slow down their progression. There have been many approaches proposed to help mitigate this problem. A walking stick and guide dogs are among the most reliably used around the world to provide aid for the visually impaired. Newer approaches aim to leverage the power of technology to provide a better patient experience through electronic navigation guides or visual aids. The work presented in this thesis is a platform intended for driving age-related macular degeneration optic stimulation by emulating retinal processing occurring in the macula in real-time and sending an optogenetic signal to a photo-electric stimulation device to the desired retinal layer to recreate vision within a damaged retina. This is achieved with a fast, simplified, and tunable image processing model of the retina using spatial and temporal filtering. Live video capture and scaled images are then used to fit the visual prosthesis with multiple resolutions. The temporal aspect of the macula is emulated using a custom-written multi-frame temporal filter and a decaying integration that matches the speed of the temporal pathway in the retina, while the spatial aspect is modeled as a di˙erence of Gaussian. Together they combine into a simple and powerful model that represents the major pathway in the human retina. The model is implemented in a way to be expandable and computationally eÿcient to get the best results under a strict time budget. The implemented model is fast enough to work in real-time on Raspberry Pi 3 and Raspberry Pi 4 devices. The output of the platform generates a signal to be sent to a micro-LED stimulator designed by Leila Montazeri et al. The stimulator will generate a focused light signal that works on retinal ganglion cells treated with light-sensitive opsins, with the aim of restoring some visual acuity in the central vision. Due to manufacturing limitations, only an 8x8 micro-LED matrix can be produced, hence it is important to represent images with a very small number of pixels. We chose to focus on facial expressions since they are crucial for human communication. In addition, facial expression recognition has many uses in several fields, such as entertainment, personalized medicine, and human-machine interaction.


identifier: Poulin, M. (2021). Caractérisation d'une surface structurée non conductrice pour le support de modes de surface térahertz  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les ondes de surface se propageant le long d'une interface entre deux matériaux ont révolutionné divers domaines d'application pour leurs faibles tailles modales ainsi que leurs conditions de résonances. Particulièrement, ces modes excités aux interfaces entre un diélectrique et un métal, soit les plasmons polaritons de surface, sont exploités dans les domaines œuvrant dans les plages spectrales de l'infrarouge et du visible, telles que l'imagerie à super-résolutions, la détection ainsi que la conception de circuits électroniques de petite taille. Or, depuis ces dernières années, un effort considérable est appliqué dans la recherche ainsi que le développement d'applications exploitant la gamme spectrale des térahertz (0,1 THz – 10 THz), et ce, à l'aide du développement récent des méthodes de générations et de détections d'impulsions térahertz. En effet, cette plage peu exploitée présente un grand potentiel dans le domaine de la détection biochimique, la surveillance-qualité ainsi que la communication sans-fil à haut débit. En revanche, la génération d'ondes de surface dans la gamme spectrale des térahertz est problématique puisque les matériaux conducteurs possèdent des propriétés inadaptées pour le confinement du mode électromagnétique, où une forte délocalisation de l'énergie dans l'espace est observée. Ainsi, la recherche d'interfaces pour l'excitation des modes de surface confinés pour la gamme spectrale des térahertz est en ébullition. Ce mémoire a donc pour objectif de déterminer une telle interface capable de supporter des modes de surface pour cette plage fréquentielle ainsi que de caractériser les propriétés de ces derniers.  Pour trouver la solution, une revue critique de la littérature est effectuée afin d'évaluer des alternatives ainsi que les méthodes déjà explorées par la communauté scientifique. Suivant cette revue, il est évident que le choix d'utiliser un métamatériau (matériau possédant des structures périodiques de tailles plus petites que la longueur d'onde d'opération) pour le support de modes de surface est nécessaire puisque ce dernier offre un contrôle sur la valeur de la permittivité effective du matériau ainsi que permet le confinement de l'énergie dans ces structures. Dans le cadre de ce travail, une structure présentant des rainures périodiques de petite taille a été choisie comme métamatériau pour le support de modes de surface. De plus, puisque les métaux sont très absorbants dans le spectre des térahertz, l'hypothèse qu'un métamatériau non conducteur pourrait supporter des modes de surface localisés près de l'interface est émise.  ABSTRACT: The surface waves, which can propagate at the interface between two materials, have revolutionize multiples domains because of their small modal sizes and their resonance conditions. In particular, these surface modes excited at the interface between a dielectric and a conductor, called surface plasmon polaritons, are mainly used in applications working in infrared and visible spectral ranges, such as super-resolution imaging, sensing, and conception of compact electronic circuits. Since the last few years, important efforts have been applied in the search and development of new applications using the terahertz spectral range. Indeed, this frequency range shows enormous potentials in the growth of applications based on biochemical sensing, industrial imaging and security, and high-speed wireless communication. However, one can show that the generation of surface wave at the interface between a dielectric and a conductor is complicated in this spectral range as these modes tend to be highly delocalized (large modal size). So, to be able to exploit the surface wave in these previous applications, new interfaces able to support highly confined surface modes are needed. The goal of this thesis is thus to find an interface able to support such surface modes for the terahertz spectral range and to characterize the properties of the supported modes.  To find this interface, a critical review is first performed in order to evaluate possible solutions and to understand the initial works done by the scientific community. Then, based on the review, the used of metamaterial (material or surface with periodic structures with dimensions smaller than the operational wavelength) for the support of confined surface mode is selected as they offer great control on the effective permittivity of the material and allow the confinement of the energy inside the structure. In this work, a surface with periodic thin grooves is chosen as the metamaterial. Moreover, because conductors are highly lossy in the terahertz spectral range, the hypothesis that the corrugated surface made of non conducting material could be able to support highly confined surface modes is discussed. To validate this hypothesis, a rigorous derivation of the Maxwell equations is performed to retrieve the dispersion relation and to evaluate the properties of such supported surface modes.


identifier: Ayang Nzame Ayang, L. A. (2021). Effets des conditions climatiques et de la déposition sur le comportement hydrogeochimique des résidus filtrés réactifs  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les opérations minières génèrent d'importantes quantités de résidus qui doivent être entreposés en surface. Cependant les aires d'entreposage conventionnelles présentent de nombreux risques géotechniques et les ruptures de digues restent fréquentes. La densification des résidus miniers, et plus particulièrement l'utilisation de résidus filtrés, constitue une alternative de gestion de plus en plus considérée par les minières. En effet, la filtration comporte de nombreux avantages et contribue notamment à limiter les risques d'instabilités géotechniques, et à minimiser la nécessité de construire des digues et des bassins de décantation. Cependant, les résidus filtrés sont généralement aussi déposés à des degrés de saturation inférieurs à 80%. Dans ces conditions, ils sont susceptibles, s'ils contiennent des minéraux sulfureux, de s'oxyder et de générer du drainage minier acide (DMA). L'objectif de ce projet de recherche consistait à évaluer l'effet des conditions climatiques et de la déposition sur la génération de DMA dans les parcs à résidus filtrés. De façon plus spécifique, les objectifs du projet visaient à : 1) caractériser le comportement hydrogéologiques et géochimique de résidus filtrés réactifs ; 2) déterminer le degré de saturation critique à partir duquel s'amorce la génération de DMA ; 3) évaluer l'effet de l'épaisseur des couches de déposition sur le comportement hydrogéochimique des résidus filtrés réactifs et (4) tester différentes approches de suivi de la teneur en eau volumique (TEV) au sein des résidus filtrés. Pour atteindre ces objectifs, un mélange de résidus filtrés provenant la mine LaRonde a été testé. Après la caractérisation des propriétés physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéologiques des résidus, des essais en colonnes instrumentées et des essais en cellules humides ont été réalisés au laboratoire. Quatre colonnes instrumentées d'épaisseurs comprises entre 15 cm et 60 cm ont été montées. Les résidus ont été compactés en couches successives de 7,5 cm à une porosité similaire à celle attendue sur le terrain, et instrumentés de sondes de teneur en eau et de sondes de succion. Les 4 colonnes ont par la suite été installées sur des balances afin de suivre le bilan d'eau au cours de l'essai. Un total de 7 cycles de mouillage-séchage ont été réalisés. Le pH, la conductivité électrique et les concentrations en sulfates et autres éléments chimiques ont été mesurés. Des essais cinétiques en cellules humides ont également été réalisés. Une épaisseur de 5 cm de résidus a été compactée dans chacune des quatre cellules humides et chacune d'elle a été maintenue à un degré de saturation de 70%, 80%, 90% et 100%. Plusieurs rinçages ont été effectués et les lixiviats recueillis ont été analysés afin de suivre l'évolution du pH, de la conductivité électrique, des sulfates et d'autres éléments chimiques au cours du temps. Les cellules humides ont ainsi été suivies pendant une durée totale de 160 jours. Les résultats de ces investigations de laboratoire ont montré que la désaturation par drainage se produisait principalement au cours des 24 à 36 premières heures suivant l'épaisseur de la couche de résidus. Par la suite, la désaturation des résidus était due principalement à l'évaporation. Une augmentation de l'épaisseur des résidus contribuait à minimiser l'infiltration profonde (drainage) mais favorisait l'évaporation. L'ajout d'une couche supplémentaire de résidus tendait à protéger les couches sous-jacentes mais était elle-même fortement influencée par la variation des conditions climatiques. Le comportement hydrogéologique des résidus filtrés observé au laboratoire a par la suite été confirmé au moyen de simulations numériques 1D réalisées avec SEEP/W. Les modèles ont été extrapolés à des conditions de terrain et ont montré que le comportement hydrogéologique des résidus filtrés était fortement influencé par les conditions climatiques et que l'ajout de couches successives de résidus tendait à limiter l'évaporation. Toutefois les degrés de saturation en surface dépassaient rarement 90%. Les essais cinétiques ont montré que le maintien des résidus à un degré de saturation supérieur à 90% permettait de limiter la génération de DMA contrairement aux résidus maintenus à un degré de saturation inferieurs à 90% pour lesquels la génération de DMA débutait après 56 jours d'exposition. Cette étude a montré que la génération d'acide dans les parcs à résidus filtrés réactifs pouvait être contrôlée grâce au maintien d'un degré de saturation au-dessus de 90%. L'impact des conditions climatiques sur le degré de saturation des résidus en surface était ainsi primordial, mais il semblait difficile de compter sur les précipitations seules pour maintenir un degré de saturation élevé. L'ajout régulier de résidus en surface (au moins tous les mois d'après cette étude) permettrait ainsi de prévenir la génération de DMA, même dans le cas où ceux-ci ne se re-satureraient pas suffisamment. Les résultats de cette étude devraient être utiles pour orienter les opérateurs dans la planification de la déposition de résidus filtrés réactifs. Ces recommandations devraient cependant être confirmées, notamment à l'échelle du terrain et au moyen de simulations numériques de transport réactif, afin de proposer des solutions de gestion et de déposition des résidus filtrés réactifs plus générales et mieux adaptées au contexte de changements climatiques.  ABSTRACT: Mining operations generate large amounts of tailings that must be stored on the surface. However, conventional tailings storage facilities are exposed to numerous geotechnical risks, and dam failures remain frequent. The densification of mine tailings, and more specifically the use of filtered tailings, is an alternative to conventional tailings management and is increasingly considered by mining compagnies. Indeed, filtration has many benefits and contributes to decrease the risks of geotechnical instabilities, and to minimize (or even eliminate) the need to build dikes and settling ponds. However, filtered tailings are also deposited at degrees of saturation generally below 80%. Under these conditions, tailings may oxidize and generate acid mine drainage (AMD) if they contain sulfidic minerals. The objective of this research project was to evaluate the effect of climatic conditions and deposition on AMD generation in filtered tailings storage facilities. More specifically, the objectives of the project were to: (1) characterize the hydrogeological and geochemical behaviour of reactive filtered tailings; (2) determine the critical degree of saturation from which AMD generation begins; (3) assess the effect of layer thickness during disposal on the hydrogeochemical behaviour of filtered reactive tailings and (4) test different approaches to monitoring filtered tailings' volumetric water content (VWC). To reach these objectives, a mixture of filtered tailings from LaRonde mine was tested. Tailings physical, chemical, mineralogical and hydrogeological properties were first characterized. Instrumented columns and humidity cells tests were then conducted in the laboratory. Four 15 cm to 60 cm-thick instrumented columns were setup. The tailings were compacted in successive layers of 7.5 cm at a porosity similar to field conditions and instrumented with water content probes and suction probes. The 4 columns were placed on scales to monitor the water balance during the tests. Wetting and drying cycles were carried out. pH, electrical conductivity and sulfates and other chemical elements concentrations were regularly measured in the leachates. Kinetic tests in humidity cells were also carried out. Tailings (5 cm thick) were compacted in each of the four humidity cells and were maintained at a degree of saturation of 70%, 80%, 90% and 100%. Several rinses were conducted and the collected leachates were analyzed to monitor the evolution of pH, electrical conductivity, sulfates and other chemical elements. The humidity cells were followed for a total of 160 days. Laboratory investigation results showed that desaturation by drainage occurred mainly during the first 24 to 36 hours depending on the thickness of the tailings. After that, the desaturation of tailings was mainly due to evaporation. An increase of tailings thickness contributed to minimize deep infiltration (drainage) but favoured evaporation. The addition of an additional layer of tailings tended to protect the underlying layers but was itself strongly influenced by climatic conditions. The hydrogeological behaviour of the filtered tailings observed in the laboratory was confirmed by the 1D numerical simulations performed with SEEP/W. The models were extrapolated to field conditions. Filtered tailings hydrogeological behaviour in the models was strongly influenced by climatic conditions and the addition of successive layers of tailings tended to limit evaporation. However, the degree of saturation at the surface of the tailings rarely exceeded 90%. Kinetic tests showed that maintaining tailings degree of saturation above 90% could contribute to control the generation of AMD. However, when the degree of saturation was smaller than 90%, AMD generation started after 56 days of exposure. This study showed that acid generation in reactive filtered tailings storage facilities could be controlled by maintaining the degree of saturation of tailings above 90%. The effect of climatic conditions on the degree of saturation was therefore critical, but it seems difficult to rely on precipitations only to maintain a high degree of saturation. The regular addition of tailings (at least every month based on this study) should contribute to prevent AMD generation in the case tailings may not re-saturate enough. The results of this study should be useful to operators responsible to plan for reactive filtered tailings disposal. The outcome of this research should, however, be confirmed, in particular using field tests and reactive transport numerical simulations, to propose more general solutions to the management and deposition of filtered reactive tailings adapted to climate change.