identifier: Agbangla, Boris  (2019). Stratégies innovantes d’intégration des technologies vertes dans les futurs réseaux sans fil 5g et au-delà.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 61 p.

subject:
énergie renouvelable
commutation on-off BS
efficacité énergétique
approche en
ligne/hors ligne
réseaux 5G
densification extrême
CAPEX
OPEX
renewable energy
BS on-off switching
energy efficiency
online/offline approach
5G networks
extreme densification

abstract:
L’augmentation pertinente des technologies vertes (énergie renouvelable) dans les réseaux de
communication mobile a incité plusieurs groupes de recherche à se concentrer sur la potentialité
des énergies renouvelables en tant qu’alimentation prioritaire. Il est démontré que les opérateurs de
réseaux mobiles manifestent un intérêt significatif pour l’alimentation des stations de bases (BS)
par le biais des sources d’énergies renouvelables. Outre les énormes dépenses que les opérateurs
de téléphonie mobile paient pour approvisionner les sites des stations de base, il est souligné que
ces sites représentent des polluants majeurs du fait des énormes émissions de gaz à effet de serre
(CO₂). Étant donné que les stations de bases (BS) sont d’importants consommateurs d’énergie des
réseaux cellulaires et qu’elles contribuent de manière significative aux dépenses opérationnelles, les
alimenter en utilisant l’énergie du vent ou du soleil attire l’attention des opérateurs de téléphonie
mobile. Cependant, l’une des tâches les plus critiques à accomplir lors de la conception d’un
réseau mobile vert est le dimensionnement des différents types d’énergies renouvelables, ce qui implique
un échange entre autosuffisance énergétique, continuité de service et contraintes de faisabilité.
Dans ce travail, nous avons proposé une stratégie de déploiement de certains types d’énergie renouvelable
pour alimenter les stations de base, afin de les rendre plus autonomes, tout en réduisant
les dépenses d’investissements (CAPEX) ainsi que celles d’exploitation (OPEX). Nous élaborons
également une nouvelle stratégie de commutation ON/OFF des stations de base (BS) (c.à.d. activation
et désactivation). En effet, l’implémentation de cette stratégie nous permet de réduire la
consommation d’énergie lorsque le trafic est faible en préplanifiant hors ligne (offline) les BS en
fonction des prévisions, puis en ligne (online) pour éviter la surcharge lorsque le trafic est dense, un
scénario idéal dans le contexte de densification extrême prévu dans les futurs réseaux 5G.

The relevant increase of green technologies (renewable energy) in mobile communication networks
has prompted several research groups to focus on the potential of renewable energies as a
prioritized source of energy. Mobile network operators are shown to have significant interest in powering
base stations through renewable energy sources. In addition to the huge expenditures that
mobile operators pay to supply base station sites, it is noticed that these sites represent major
pollutants due to huge greenhouse gas emissions (CO₂). Since base stations are important energy
consumers of cellular networks and contribute significantly to operational expenses, powering them
using the energy of the wind and the sun attracts attention of mobile operators. However, one of
the most critical tasks to be done when designing a green mobile network is the sizing of different
types of renewable energy, which implies an exchange between energy self-sufficiency, continuity of
service and feasibility constraints.
In this work, we have proposed a strategy for deploying certain types of renewable energy to
supply base stations, in order to make them more autonomous, while reducing capital expenditures
(CAPEX) as well as operating expenses (OPEX). We are also developing a new base station (BS)
on/off switching strategy (i.e. activation and deactivation). Indeed, the implementation of this
strategy allows us to reduce energy consumption when traffic is low by pre-planning offline (offline)
BSs according to forecasts, then online to avoid overloading when traffic.


identifier: Bouazizi, Hsan  (2019). Méthodes bayesiennes pour le suivi de phase: étude comparative.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 62 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
bruit de phase
oscillateur
Sum&Product Algorithme (SPA)
distributions normales
Tikhonov
LLR...

abstract:
L’augmentation continue de la demande de débits de données plus élevés, en raison d’applications
comportant un nombre considérable d’utilisateurs, motive la conception des systèmes de
communication plus rapides et plus efficaces en termes d’utilisation. En théorie, les systèmes de
communication actuels doivent pouvoir fonctionner près des limites de capacité de Shannon. Cependant,
les systèmes réels fonctionnent en dessous des limites de capacité, principalement en raison
de la prise en compte d’hypothèses trop idéalistes ou simplistes sur les imperfections telles que les
erreurs d’estimation de canal ou les dégradations matérielles.
Le bruit de phase de l’oscillateur est l’une des dégradations matérielles qui devient un facteur
limitant dans les systèmes de communication numériques à débit de données élevé. De plus, le
niveau de bruit de phase augmente avec la fréquence porteuse, ce qui signifie que ce problème sera
plus important dans les futur systèmes tels que 5G etc. Dans ce travail, des nouveaux algorithmes
itératifs de faible complexité pour décoder les données transmises sur un fort bruit de phase sont
présentés. Notre algorithme est basé sur Sum & Product Algorithme avec des messages de bruit de
phase modélisés sous forme des distributions normales ou Tikhonov. Se sont des algorithmes simples
et efficaces permettant de suivre la phase.


identifier: Crockett, Benjamin  (2019). Denoising amplification of arbitrary coherent signals using the Talbot effect.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 132 p.

subject:
atténuation du bruit
détection de signaux faibles
amplification sans bruit
effet
Talbot
noise mitigation
weak signal detection
noiseless amplification
Talbot effect

abstract:
L’optique et la photonique ont été au coeur d’une panoplie d’avancements scientifiques et technologiques
depuis quelques décennies. En particulier depuis l’avénement du laser, des approches
basées sur l’optique ont été capitales au déploiement d’une multitudes d’applications, notamment
en spectroscopie, imagerie, métrologie, télécommunication, pour le traitement d’informations, etc..
Malgré le progrès formidable des technologies photoniques, certains développements névralgiques
dans ces divers domaines demandent une sensibilité et une tolérance au bruit accrues afin de pouvoir
fructueusement extraire l’information requise d’un signal optique donné. Le problème est
d’autant plus important lorsque le signal d’intérêt est faible, car dans ce cas, de l’énergie externe est
habituellement injectée afin que la forme d’onde atteigne suffisamment de puissance pour être détectée.
Cependant, toute forme d’amplification dégrade nécessairement la qualité d’un signal, de sorte
qu’il est possible que la forme d’onde soit corrompue par le bruit à un point tel que l’information
contenue soit totalement perdue.
En fait, le problème du bruit est omniprésent, car pratiquement tous les signaux requièrent une
forme ou une autre d’atténuation de bruit due à l’intrusion inévitable de bruit qui peut affecter les
différents procédés d’un mécanisme de traitement de signal, soit dès lors qu’un signal est généré,
durant sa propagation, où au moment de la détection. La méthode la plus répandue pour atténuer
le bruit est d’utiliser un filtre de bande passante, qui élimine toute l’énergie à l’extérieur d’une
plage de fréquences données. Néanmoins, cette approche est mal adapté aux signaux qui consiste
en une gamme de fréquences très restreintes, ainsi que ceux qui consiste en une gamme très large
de fréquences. En particulier, les signaux à bande étroite sont difficiles à traiter car il est complexe
de concevoir un filtre optique efficace avec une bande passante très étroite, tout en maintenant une
perte d’insertion basse. D’autre part, l’atténuation du bruit par filtre à bande passante est inefficace
pour traiter les signaux à large bande, car une quantité importante du bruit est contenue à même
la bande du signal. Des méthodes alternatives afin de contrer ce bruit interbande sont très rares,
et sont le sujet de recherches actives depuis longtemps. Les quelques solutions existantes se basent
sur des post-traitements digitales qui ne peuvent pas être appliquées aux signaux optiques.
Ce mémoire présente la nouvelle solution que j’ai développée pour le rétablissement de signaux
optiques noyés sous le bruit. Le concept est basé sur la théorie de l’effet Talbot, et consiste à
redistribuer l’énergie d’un signal en une série de pointes dont l’enveloppe suit une forme amplifiée
du signal initial. Ce procédé est physiquement implanté exclusivement par des manipulations de
phases, afin de réaliser un échantillonnage sans perte menant à une amplification sans bruit du signal.
La méthode proposée offre le rétablissement du signal en temps réel et à la volée, sans avoir recours
à un post-traitement digital, agissant directement sur le support physique de l’onde. Elle peut être
instaurée soit pour les signaux à bande étroite ou à large bande, visant les problèmes mentionnés
quant à l’atténuation de bruit pour chaque type de signal. Le concept apporte donc une approche
opportune et universelle pour la détection de signaux considérablement différents, qui pourrait permettre le rétablissement d’information précédemment inaccessible, accordant potentiellement de
nouvelles avancées pour des domaines variant de la radioastronomie, aux télécommunications, et à
la biologie.

 Optics and photonics have been at the heart of a plethora of scientific and technological advancements
in the last decades. Particularly since the advent of the laser, optical approaches have been
key to numerous scientific and technological applications, namely in spectroscopy, imaging, metrology,
telecommunication, and information processing, amongst many others. Despite tremendous
advancements in photonic technologies, successful key applications in these diverse fields require
higher sensitivity and tolerance against noise to be able to extract the needed information from a
given optical signal. This is particularly problematic when the waveform of interest is weak, since
in this case, energy is typically injected in the signal in order for it to have sufficient power to be
detected, but any form of active amplification will necessarily degrade the quality of a signal, in
such a way that the information can get completely corrupted by noise in the amplification process.
In fact, the problem of noise is ubiquitous, as practically all signals require some form of noise
mitigation due the unavoidable intrusion of noise that can affect a signal processing scheme, which
may happen when the signal is generated, during its propagation or at the time of detection. The
most common method to mitigate noise is to use a bandpass filter, which eliminates all the energy
outside of a given bandwidth. However, this approach is ill-suited for signals which consists of a
very narrow band of frequency components as well as those that consist of a very broad range of
frequency components. In particular, narrowband optical signals are difficult to process because
it is difficult to design effective optical filters with very narrow pass bands and low loss. On the
other hand, noise mitigation by bandpass filtering is ineffective for broadband signals since a large
amount of noise is contained within the bandwidth of the signal itself, and as such, is unaffected by
bandpass filtering. Alternative methods to mitigate this so-called in-band noise are scarce and have
been the subject of much research these past decades. Current solutions typical relying on digital
post processing methods that are ill-suited for broadband optical signals.
In this thesis, I present a novel solution I developed for the recovery of optical signals buried
under noise. The concept is based on the theory of the Talbot effect, and consist of redistributing the
energy of the signal into discrete bins using phase-only manipulations, simultaneously implementing
lossless sampling and noiseless amplification of the signal. The proposed method provides signal
recovery on the fly and in real-time, directly on the physical wave domain, thus avoiding the need
for digitalization and post-processing. It can be implemented for either narrowband or broadband
signals, targeting the aforementioned difficulties in noise reduction associated with each kind of
signals. It thus brings a timely, universal approach for the detection of vastly different signals, and
could enable the recovery of previously unattainable information, allowing for new advances in fields
ranging from radio-astronomy to telecommunications and biology.


identifier: El Dersse, Sada D Saleh  (2019). Radio frequency microstrip line model of circulatory system vessels for cardiovascular application.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 101 p.

subject:
advanced design system
microruban
modèle à éléments localisés
système cardiovasculaire
système circulatoire
vaisseaux sanguins
blood vessels
circulatory system
cardiovascular system
lumped element model
microstrip

abstract:
Toutes les sept minutes, une personne décède d'une maladie cardiaque ou d'un accident vasculaire cérébral au Canada. En outre, selon l'organisation canadienne de cardiologie, au moins 1 000 patients sont nés avec un seul ventricule fonctionnel, qui nécessite plusieurs chirurgies à coeur ouvert pour rendre la circulation durable. L’opération Fontan permet aux enfants nés avec ce type de cardiopathie congénitale de survivre, mais en raison de l’absence de deuxième ventricule, le sang s’écoulant dans les poumons. En raison de la difficulté d'une étude réaliste de l'évolution du système circulatoire dans le corps humain, moins de 50% des bébés survivent à l’âge adulte en raison de maladies chroniques. D’où l’importance que les modèles permettant de décrire le système cardiovasculaire fournissent des données plus précises pour déterminer l’évolution de conditions du patient.
Certains de ces modèles dépendent de l'ajustement ou de l'estimation de la courbe ; les autres utilisent les équations de fluide. Dans l’approche proposée, l’analogie entre le système cardiovasculaire et la théorie de la ligne de transmission, qui tire son origine de l’équivalence d’équations de Navier et de Maxwell, est utilisée. L'utilisation du logiciel ADS pour simuler ce modèle offre une flexibilité dans la conception en raison de ses fonctionnalités telles que l’ajustement qui permet de modifier une ou plusieurs valeurs de paramètre et d'illustrer l'effet sur la sortie sans simuler à nouveau le système.
L'objectif de cette étude est de valider un modèle miniaturisé du système circulatoire humain. Les résultats démontrent que l’augmentation de la fréquence et la variation de la longueur n’affectent pas la forme d’onde du pouls, ce qui a conduit notre approche à la conception d’un petit modèle utilisant une ligne de transmission à microruban et à l’obtention des mêmes résultats.
La ligne de transmission microruban a été mesurée sur la base de certains paramètres de vaisseaux sains. Ce Modèle permettra d'appliquer les caractéristiques de la ligne de transmission sur le corps humain afin de définir certains paramètres et d'obtenir un meilleur aperçu de ses aspects physiques et l'étude des effets pathologiques.

Every 7 minutes in Canada someone dies from heart disease or stroke. One of these causes of cardiovascular disease is atherosclerosis-the narrowing and eventual blockage of arteries by the deposition of fatty plaques on the walls of the artery. In addition, there is at least 1,000 patients born with only one functional ventricle according to the Canadian heart organization, which need multiple open-heart surgeries to make the circulation sustainable. The Fontan operation permits children born with this type of congenital heart disease to survive but due to the lack of a second ventricle pumping blood to the lungs less than 50% of the babies survive to adulthood due to chronic illnesses. Due to the difficulty of realistic study of the changing on the circulatory system in the human body, models that can describe the cardiovascular system is important to offer closer data to define the patient conditions. Some of these models are depending on curve fitting or estimation; the others are followed some fluid equations.
The objective of this study is to validate a miniaturized model of the human circulatory system. The research depends on a study that has been done to certify our concern by demonstrating the increase in the frequency and changing in the length does not affect on pulse waveform that leads to our approach to design a small model using a microstrip transmission line and accomplishment the same results. In the proposed approach, the analogy between the cardiovascular system and transmission line theory, which takes source from Navier stokes and Maxwell equations equivalence is used. The use of ADS software to simulate this model provides flexibility in the design because of the features of this software such as the tuning, which enable the modification of one or more parameter value and illustrate the effect on the output without re-simulating the entire design. The rules that have been used to reach the equivalent microstrip substrate are studied and presented. The equitable procedure has been done to achieve reasonable permittivity and thickness.
Microstrip transmission line has been measured based on some healthy vessels parameters that leads to a new novelty, which may enable to apply the characteristics of the transmission line on the human body to define some parameters and obtaining a better insight into its physical aspects at the same time studying the effects of pathological conditions.


identifier: Moreau, Nicolas  (2019). Détection de photons uniques par génération de somme de fréquences.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 91 p.

subject:
laser haute puissance
laser ultrarapide
metrologie ultrarapide
couplage photonphoton
optique non-lineaire
auto-correlateur
detection de photon unique
informatique quantique
high-power laser
ultrafast laser
ultrafast metrology
photon-photon scattering
nonlinear optics
auto-correlator
single-photon detection
quantum computing

abstract:
Certains phenomenes en electrodynamique quantique sont tres difficile a etudier en laboratoire
etant donne que l’amplitude des champs electriques necessaires pour leur observation sont a la limite
de ce que les meilleurs lasers peuvent atteindre. Le laser terawatt du laboratoire ALLS a l’INRSEMT
est l’un des rares lasers pouvant atteindre les amplitudes de champ electrique necessaires a
induire une polarisation du vide.
Notre groupe de recherche est en train de mettre en place une experience avec ce laser dans laquelle
nous utiliserons la polarisation du vide comme milieu non-lineaire afin d’observer l’interaction
de couplage photon-photon via le processus de melange a quatre ondes.
Nos calculs theoriques predisent que les photons produits par melange a quatre ondes dans notre
configuration experimentale seront emis dans un spectre plus large que celui du laser terawatt. La
detection des photons se fera donc dans l’une de deux bandes de detection, denommees bande rouge
et bande bleue, chacune contenant de l’ordre de 10⁻⁵ photons par impulsion laser. Ces photons
doivent etre discrimines parmi plus de 10¹⁹ photons composant chaque impulsion laser.
Pour discriminer les photons signal de tous les autres photons, nous avons concu un systeme de
detection se basant sur la generation de somme de frequences, un processus non-lineaire du deuxieme
ordre, qui permet d’isoler les photons du bruit laser dans l’une des deux bandes de detection a l’aide
d’une porte temporelle, spatiale, spectrale et sensible en polarisation.
L’efficacite de detection du systeme est caracterisee avec un montage test operant a plus petite
echelle permettant de faciliter la prise de mesure experimentale. Le niveau de bruit intrinseque au
systeme de detection est evalue et compare dans les deux bandes de detection et des strategies pour
le reduire sont proposees.
Les resultats demontrent que le systeme de detection est plus performant dans la bande de
detection bleue que dans la bande rouge. Les sources de bruit dominantes sont causees par l’emission
Raman spontanee et la fluorescence parametrique de la pompe. Les methodes proposees pour reduire
ces sources de bruit davantage et ameliorer l’efficacite de detection devraient permettre d’atteindre
les criteres de performance requis pour la detection de photons produits par melange a quatre ondes
dans le vide.
Ce projet etablit un premier systeme de detection qui est adapte aux difficultes liees a la
detection de photons uniques dans le proche-infrarouge.

Certain quantum electrodynamics phenomena are extremely difficult to study in a laboratory
setting because the required electric field amplitudes are at the upper limit of what current highpower
lasers can achieve. The terawatt laser system at the ALLS laboratory of INRS-EMT is one of
the few lasers which can achieve electric field amplitudes required to induce vacuum polarization.
Our research group is currently preparing an experiment with this laser in which we will use
the vacuum polarization as a nonlinear medium to observe photon-photon scattering via four-wavemixing.
Our theoretical calculations predict the four-wave-mixing photons emitted in our experimental
setup will have a larger spectrum than the terawatt laser’s spectrum. As such, the detection of
these photons will take place in one of two detection bands, dubbed Red Band and Blue Band,
each containing roughly 10⁻⁵ photons per pulse. The photons must be isolated from the pump laser
containing over 10¹⁹ photons per pulse.
In order to isolate the signal photons from the strong pump laser, we have designed a frequency
upconversion detection system based on sum-frequency generation. Sum-frequency generation is a
second-order nonlinear process which can selectively upconvert photons of one of the two detection
bands through an all-optical temporal gate, spatial gate and spectral gate with polarization
dependence.
Characterisation of the system detection efficiency is done with a test bench operating with
a low-power multi-kHz laser system which can produce a similar four-wave mixing spectrum. The
intrinsic noise level of the detection system is measured for both detection bands and strategies to
reduce the noise level further are discussed.
Results show the detection system performs better in the Blue Band than in the Red Band.
Intrinsic noise is caused by cascaded processes involving spontaneous Raman scattering and parametric
fluorescence of the pump beam. Additionally, by applying the methods discussed for further
improvement, the detection system should achieve the performance requirements to successfully
detect single photons resulting from four-wave-mixing in vacuum.
This project establishes the first frequency upconversion detection system adapted to the difficulties
of single-photon detection in the near-IR spectrum.


identifier: Rezaei, Shabnam  (2019). Détection à base d’ann dans des systèmes MIMO-OFDM avec des adc à basse résolution.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 67 p.

subject:
réseaux de neurones artificiels
MIMO-OFDM
convertisseurs analogiquenumérique
détection de signal

abstract:
Dans ce travail, nous proposons un réseau de neurones artificiels multicouches "Artificial Neural
Network" (ANN), formé à l’algorithme de Levenberg-Marquardt, à utiliser dans la détection de
signaux sur des systèmes de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence à plusieurs entrées
"Multiple-Input and Multiple-Output-Orthogonal Frequency-Division Multiplexing" (MIMOOFDM).
Nous suggérons, en particulier, son usage avec les convertisseurs analogiques-numériques
à faible résolution "Low Resolution Analog-to-Digital Converter" (LRADC).
Nous considérons un schéma de détection à l’aveugle dans lequel l’estimation de symbole de
données est réalisée sans connaissance des informations d’état de canal sur le récepteur "hannel
State Information at Receiver" (CSIR), contrairement aux algorithmes classiques.
La principale puissance du détecteur à base d’ANN réside dans son utilisation polyvalente avec
n’importe quel schéma de modulation, à l’aveugle, mais sans modification de sa structure. Nous
comparons, par simulations, ce nouveau récepteur avec des récepteurs classiques, afin de connaitre
le maximum de vraisemblance "Maximum-Likelihood" (ML),l’erreur quadratique moyenne minimale
"Minimum Mean Squard Error" (MMSE) et le forçage à zéro "Zero Forcing" (ZF), en termes de
performances du taux d’erreur de symbole "Symbol Error Rate" (SER).
Les résultats suggèrent que l’ANND approche le ML avec une complexité beaucoup plus faible,
surpasse le ZF sur toute la plage de valeurs du rapport signal sur bruit "Signal-to-Noise Ration"
(SNR), et le fait également avec le MMSE, sur différentes gammes de SNR.


identifier: Yang, Xiaohua  (2019). Comprehensive study on non-precious metal catalysts for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs).  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 184 p.

subject: énergie et matériaux

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF. Les piles à combustible à membrane d’échange de protons (PEMFCs selon l’acronyme des expressions anglaises Proton exchange membrane fuel cells) sont prometteuses en tant que type de source d’énergie propre et efficace. La réaction d’oxydation de l’hydrogène anodique (HOR selon l’acronyme des expressions anglaises hydrogen oxidation reaction) et la réaction de réduction de l’oxygène cathodique (ORR selon l’acronyme des expressions anglaises oxygen reduction reaction) sont les réactions fondamentales des PEMFCs. Par rapport à HOR, la cinétique de l'ORR est lente et requiert l'utilisation d'un métal précieux comme catalyseur, tel que le platine (Pt), pour obtenir des performances globales favorables. Cette configuration pose évidemment un problème de coût car le Pt est rare et coûteux. Pour résoudre ce problème, beaucoup d’efforts ont été consacrés à développer les catalyseurs hautement actifs et sans PGM (PGM selon l’acronyme des expressions anglaises Platinum group metals) pour l’ORR. Actuellement, l'activité intrinsèque du catalyseur sans PGM à la pointe de la technologie est comparable à celle du Pt. Malgré les progrès considérables accomplis, plusieurs problèmes graves subsistent. Afin d'obtenir une activité et des performances comparables à celles de la cathode Pt/C dans des conditions de fonctionnement PEMFC, la forte charge de catalyseur Fe/N/C (3-4 mgFe/N/C cm-2) est nécessaire. Cependant, la charge élevée conduit à une couche épaisse de catalyseur Fe/N/C, qui est près de 10 fois supérieure à celle de la couche de catalyseur Pt/C (par exemple, 100 μm contre 10 μm), ce qui entraîne inévitablement une grave perte de transport de masse à des densités de courant élevées. (2) Parallèlement à la forte activité catalytique, le catalyseur Fe/N/C est sujet à la dégradation rapide. En fait, ce comportement instable est assez courant pour la plupart des catalyseurs sans PGM, en particulier les catalyseurs à haute performance. Le mécanisme de dégradation fondamental n'a pas été bien compris. Un autre obstacle remarquable est le protocole utilisé jusqu'à présent pour l'évaluation de la stabilité du catalyseur. En raison de la diversité des conditions expérimentales utilisées dans les laboratoires différents, les résultats de stabilité publiés sont difficiles à comparer entre les laboratoires. L’influence des protocoles d’essai sur le mécanisme de dégradation du catalyseur n’a pas été bien étudiée et comprise, ce qui a empêché une évaluation plus approfondie de la stabilité de la PEMFC. Par conséquent, la fixation de protocoles de test appropriés avec des conditions strictes est nécessaire et imminente. Cette thèse vise à aborder plusieurs points clés de l’étude des catalyseurs sans PGM dans les PEMFCs. Plus précisément, basé sur notre catalyseur Fe/N/C hautement actif et performant, nous avons développé quelques stratégies pour optimiser le transport de masse et améliorer les performances et la stabilité du catalyseur ; nous avons ensuite réalisé une étude approfondie sur les protocoles de test de stabilité.
La première partie de cette thèse présente un catalyseur SiO2-Fe/N/C pour résoudre les problèmes de transport de masse des PEMFCs en ajustant la structure mésoporeuse et la mouillabilité ainsi que l’augmentation de pyridinique-N et des défauts du catalyseur Fe/N/C. À cette fin, trois précurseurs Fe/N/C et des chaînes de nanoparticules de SiO2 ont été mélangés de manière uniforme par le puissant procédé de broyeur à billes. SiO2-Fe/N/C avec 15% de SiO2 présentait le courant avec la limite le plus élevé dans les mesures de demi-cellules, ce qui impliquait l'amélioration du transport de masse. Dans les mesures de H2/Air PEMFCs, le catalyseur SiO2-Fe/N/C présente une augmentation de performance de plus de 25% à 0,4 V par rapport au catalyseur Fe/N/C primitif.
La deuxième partie consiste à étudier les effets de différents protocoles de tests de stabilité (protocoles potentiostatiques et galvanostatiques) sur le mécanisme de dégradation du catalyseur sans PGM. Prenant notre Fe/N/C hautement performant comme un catalyseur représentatif, nous avons effectué une série de tests de stabilité sous différentes tensions constantes (protocole potentiostatique) et différents courants constants (protocole galvanostatique). Les résultats montrent que le catalyseur Fe/N/C dégrade rapidement lorsque la tension de la cellule ou la densité de courant/courant est augmentée. De plus, les résultats de stabilité des protocoles potentiostatiques et galvanostatiques ne sont pas équivalents, même en utilisant une tension de cellule vraisemblablement équivalente et les valeurs de courant correspondantes extraites de la même courbe de polarisation. L'effet des protocoles de test sur la densité de puissance maximale a également été étudié et discuté. Enfin, les différents mécanismes de dégradation en utilisant les protocoles potentiostatiques et galvanostatiques sont révélés.
La troisième partie de cette thèse est d’aborder le problème de l’instabilité de la couche de catalyseur Fe/N/C à l’aide du catalyseur Pt/C. La stratégie de cette étude est de combiner les catalyseurs Pt/C et Fe/N/C pour produire un catalyseur cathodique hybride afin de surmonter les inconvénients du catalyseur Fe/N/C (la rapide dégradation) et du catalyseur Pt/C (le long temps d'activation) au même moment. Le prometteur catalyseur cathodique hybride est fabriqué avec du Pt/C et du Fe/N/C en deux couches différentes avec du Pt/C à côté de la membrane, et les chargements de catalyseur optimales sont 1,0 mg cm-2 pour Fe/N/C et 0,035 mgPt cm-2 pour Pt/C. Ce catalyseur hybride présente une activité accrue et une stabilité améliorée dans les piles à combustible. Le chargement de Pt de ce catalyseur hybride ne prend que ca. 30% de la cible d'utilisation du Pt (0,100 mgPt cm-2 à la cathode) par le département de l'Énergie des États-Unis (DOE, selon l’acronyme des expressions anglaises Department of Energy), tandis que son activité de masse de Pt (dans H2/O2 PEMFC) est 0,22 A mgPt-1 à 0,9sans-iR V, atteignant la moitié de la cible du DOE (0,44 A mgPt-1). Via les évaluations électrochimiques de demi-cellules et de mono cellule ainsi que d'autres caractérisations, on pense que l'origine de l'activité et de la stabilité améliorées est l'effet synergique entre les catalyseurs Pt/C et Fe/N/C sur ORR.
En résumé, les découvertes de cette thèse promouvront considérablement le développement de PEMFC en abordant plusieurs problèmes clés.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are promising as a type of clean and efficient power source. The anodic hydrogen oxidation reaction (HOR) and cathodic oxygen reduction reaction (ORR) are cornerstone reactions for PEMFCs. Compared to HOR, the kinetics of ORR is more sluggish and requires much more catalyst, such as platinum (Pt), to achieve favorable overall performance. This configuration obviously brings the cost issue because Pt is scarce and expensive. To address this issue, great efforts have been devoted to developing highly active platinum group metal-free (PGM-free) catalysts for the ORR. Currently, the intrinsic activity of the state-of-the-art PGM-free catalyst (e.g. Fe/N/C catalyst) is comparable to Pt. Despite the great progress, several severe challenges still remain: (1) In order to achieve comparable activity and performance to Pt/C cathode under PEMFC operation condition, the high catalyst loading of Fe/N/C catalyst (e.g., 3-4 mgFe/N/C cm-2) is required. However, the high loading leads to a thick Fe/N/C catalyst layer, which is nearly 10-fold that of the Pt/C catalyst layer (e.g., 100 μm vs. 10 μm), inevitably resulting in a severe mass-transport loss at high current densities. (2) Alongside the high catalytic activity, Fe/N/C catalyst is subject to fast decay. In fact, this unstable behavior is the common issue for the most reported PGM-free catalysts, especially the high-performance catalysts. The underlying decay mechanism has not been well understood yet. (3) Another obstacle is the protocol used so far for the evaluation of the catalyst stability. Owing to the diverse range of experimental conditions used in different labs, the published stability results are difficult to compare between lab to lab. The influence of the test protocols on the degradation mechanism of the catalyst has not been well studied and understood, hindering the further evaluation of PEMFC stability. Therefore, setting a proper test protocol with strict conditions is necessary and imminent. This thesis is aiming at addressing several key points in PGM-free catalysts in PEMFCs. Specifically, based on our highly active and performing Fe/N/C catalyst, we developed a few strategies to enhance the mass transport and improve the catalyst performance and stability; we further made a comprehensive study on the stability test protocols.
The first part of this thesis presents the design of the SiO2-Fe/N/C catalyst to address the mass transport challenges of PEMFCs by adjusting the mesoporous structure and purpose, three precursors for the synthesis Fe/N/C catalyst as well as the SiO2 nanoparticle network structures were uniformly mixed by the powerful ball milling process. SiO2-Fe/N/C with 15% SiO2 exhibited the highest limiting current in half cell measurements, implying the improved mass transport. In H2/Air PEMFC measurements, SiO2-Fe/N/C catalyst exhibits more than 25 % performance increase at 0.4 V than the pristine Fe/N/C catalyst.
The second part is to investigate the effects of different stability test protocols (potentiostatic and galvanostatic protocols) on the decay mechanism of the PGM-free catalyst. Taking our high-performance Fe/N/C as a representative catalyst, we conducted a series of stability tests under different constant voltages (potentiostatic protocol) and different constant currents (galvanostatic protocol). The results show that the Fe/N/C catalyst decays fast when increasing the constant cell voltage or current/current density. In addition, the stability results by potentiostatic and galvanostatic protocols are not equivalent, even using plausibly equivalent cell voltage and corresponding current values extracted from the initial polarization curve. The effect of the test protocols on the maximum power density was also investigated and discussed. Finally, the different degradation mechanisms using potentiostatic and galvanostatic protocols are revealed.
The third part of this thesis is to address the insufficient stability issue of Fe/N/C catalyst with the assistance of low-loading Pt/C catalyst. The strategy of this study is to combine the Pt/C and Fe/N/C catalysts to make a hybrid cathode catalyst to overcome both shortcomings of the Fe/N/C catalyst (the fast decay) and the Pt/C catalyst (the long activation time) at the same time. The promising hybrid cathode catalyst is made with Pt/C and Fe/N/C in two different layers with Pt/C next to the membrane, and the optimal catalyst loadings are 1.0 mg cm-2 for Fe/N/C and 0.035 mgPt cm-2 for Pt/C. This hybrid catalyst shows both increased activity and improved stability in fuel cells. The Pt loading of this hybrid catalyst only takes ca. 30% of the U.S. Department of Energy (DOE) target of Pt usage (0.100 mgPt cm-2 at the cathode), while its mass activity of Pt (in H2/O2 PEMFC) is 0.22 A mgPt-1 at 0.9iR-free V, reaching half of the DOE target (0.44 A mgPt-1). Via both half-cell and single-cell electrochemical evaluations as well as other characterizations, the improved activity and stability towards ORR are attributed to the synergistic effect between Pt/C and Fe/N/C catalysts.
In summary, the discoveries in this thesis will significantly promote the development of PEMFC forward by addressing several key issues.


identifier: Côté, Jacinthe  (2011). Analyse des effets du procédé de jus sur le taux de récupération et la conservation des composés phénoliques de la canneberge et sur leurs propriétés  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 204 p.

abstract:
La canneberge est une baie attrayante, tant au niveau de sa couleur, sa saveur, que ses bienfaits santé. L'engouement pour ce fruit de l'Amérique du Nord (Vaccinium macrocarpon) n'a fait que croître depuis la publication d'études faisant état de ses bienfaits potentiels liés à sa teneur élevée en anthocyanes, flavonols, flavan-3-ols, proanthocyanidines et dérivés d'acides phénoliques.
Plusieurs études ont évalué les propriétés antimicrobienne et antioxydante de la canneberge. L'activité antimicrobienne spécifique à la canneberge congelée, au concentré de jus et à la poudre a été démontrée sur plusieurs bactéries pathogènes, incluant entre autres les bactéries Helicobacter pylori, Salmonelle, Staphylococcus aw·eus, Escherichia coli et Campylobacter. Les propriétés antioxydantes de la canneberge sont bien documentées dans la littérature et selon la méthode de mesure des capacités antioxydantes Oxygen Radical Absorbance Capacity et d'autres méthodes, le fruit se classe parmi les meilleurs antioxydants.
À cause de sa saveur amère et son goût acidulé, la canneberge est rarement consommée à l'état naturel. Elle est plutôt transformée en jus ou en concentré de jus, et ensuite mélangée à de l'eau et du sucre pour faire une boisson de jus de fruit. Très peu d'études ont tenté d'évaluer les effets des conditions de procédés de transformation sur les composés bioactifs et les propriétés de la canneberge. La congélation-décongélation du fruit avant le broyage semble augmenter la teneur en anthocyanes du jus et l'usage d'enzymes améliore le taux d'extraction de jus. Puisque la pectinase entraîne toutefois une dégradation et un brunissement de la couleur du jus, les effets de différents dosages et de mélanges d'enzymes sur la couleur ont également été testés. Récemment, les chercheurs ont surtout déployé leurs efforts à la caractérisation des composés bioactifs dans différents produits à base de canneberges (fruit frais et congelé, jus, confiture, concentré, poudre et marc). C'est pourquoi nous avons décidé d'analyser les effets du procédé de jus sur le taux de récupération des phénols, les propriétés antimicrobiennes et les propriétés antioxydantes de la canne berge.
Nous avons confirmé que le broyage et la dépectinisation du fruit augmentait le taux de récupération des phénols totaux. Malgré les traitements de chaleur, hydrolyse enzymatique et d'oxydation, des quantités importantes de phénols ont été mesurées dans le marc (résidu de pressage du jus). Nous avons également constaté que les composés phénoliques hydrophiles et anthocyaniques extraits des échantillons des canneberges les plus transformés étaient les plus efficaces pour inhiber la croissance des bactéries Pseudomonas aemginosa, Staphylococcus aureus, Salmonella. Typhimurium et Enterococcus faecium resistant à la vancomycine. Le procédé a toutefois nuit aux propriétés antimicrobiennes des composés phénoliques apolaires de la canneberge contre les bactéries Staphylococcus aureus, Listeria. monocytogenes, Escherichia coli 0157:H7 et Enterococcus faecium résistant à la vancomycine. Dans l'ensemble, le procédé de jus a diminué les capacités antiradicalaire et inhibitrice de peroxydation des lipides des composés phénoliques hydrophiles de la canneberge. La capacité inhibitrice de peroxydation des lipides des composés phénoliques apolaires et des anthocyanes a été réduite lors du broyage, mais à l'inverse cette étape a augmenté leur capacité antiradicalaire. L'évaporation n'a pas nuit au pouvoir antiradicalaire du jus de canneberges.


identifier: Noël, Marjolaine  (2020). L’expérience d’agent d’interface au sein d’une institution publique de mobilisation des connaissances sur la jeunesse, en France  Essai.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en pratiques de recherche et action publique, 145 p.

subject:
jeunes
emploi
rapport au travail
action publique
générations
transfert des connaissances
partenariat
young people
employment
work values and attitudes
public action
generations
knowledge transfer
partnership

abstract:
Cet essai propose de réfléchir à la mobilisation des connaissances à partir de mon expérience de stage de maîtrise PRAP, où j’ai eu l’opportunité d’expérimenter le rôle d’agent d’interface et de réaliser plusieurs activités de recherche et de transfert des connaissances.
Alors que l’insertion professionnelle des jeunes constitue un enjeu d’actualité qui traverse plusieurs échelles de la société (jeunes, système éducatif, décideurs politiques, intervenants, etc.) tant au Québec qu’en France, mon projet de stage proposait d’analyser et documenter la situation des jeunes Français à l’égard du travail. Afin de favoriser une meilleure compréhension de leur situation et d’encourager des pratiques et des mesures adaptées à leurs réalités, leurs besoins et leurs désirs en lien avec le travail, mon projet stage aspirait plus précisément à approfondir les connaissances concernant les rapports que les jeunes Français entretiennent avec le travail, et de transférer ces connaissances à la fois vers le milieu scientifique et celui de la pratique.
Les cinq chapitres qui composent cet essai se regroupent en deux parties. La première est principalement descriptive en faisant état des étapes franchies dans le cadre du projet, c’est-à-dire son élaboration, sa méthodologie, ses activités de recherche et de transfert, etc. La deuxième partie se veut ensuite beaucoup plus réflexive en adoptant un regard critique sur mon expérience et en discutant des enjeux liés aux différences terminologiques et contextuelles concernant la mobilisation des connaissances.

 This essay proposes to think about the mobilization of knowledge from my internship experience, where I had the opportunity to experiment the role of knowledge broker and realize several research and knowledge transfer activities.
While the professional integration of young people is a current issue that crosses various scales both in Quebec than in France (youth, educational system, policy makers, youth workers and more), my internship project planned to analyze and to document the situation of young people concerning work, in France. Specifically, the goal was to increase knowledge about the relationships of young people at work and to transfer this knowledge to scientific and practical communities, in order to encourage practices and programs adapted for young people by promoting a better understanding of their realities, needs and desires linked to work.
The five chapters of this essay are divided in two parts. The first one is mainly descriptive by presenting the different steps browsed during the project like its elaboration, its methodology and its research and transfer activities, among others. The second part is much more reflexive by taking a critical look at my experience and discussing issues related to terminological and contextual differences in knowledge mobilization.


identifier: Benetti, Daniele  (2019). Engineered semiconducting nanomaterials for photovoltaic applications .  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 196 p.

format: application/pdf application/zip

subject: recombinaison de charge

subject: collecte de charge

subject: cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC)

subject: cellules solaires à points quantiques (QDSC)

subject: cellules solaires à perovskite (PSC)

subject: spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS)

subject: points de carbone

subject: couche de transport de charges

subject: charge collection

subject: dye sensitized solar cells (DSSCs)

subject: quantum dots solar cells (QDSCs)

subject: perovskite solar cells (PSCs)

subject: Kelvin probe force microscopy (KPFM)

subject: electrochemical impedance spectroscopy (EIS)

subject: carbon dots

subject: charge transport layer

abstract:
Pour réduire notre dépendance de combustibles fossiles et contrôler les émissions de gaz à effet de serre, il est nécessaire de passer à des sources d'énergie plus durables. Ce défi peut être relevé par les cellules solaires dites de troisième génération. Au cours de la dernière décennie, ces dispositifs se sont rapidement améliorés en matière d'efficacité de photoconversion et sont devenus l'une des alternatives les plus rentables par rapport aux cellules de silicium disponibles sur le marché, grâce à la disponibilité des matériaux et des processus de fabrication simples et peu coûteux. Cette thèse explore principalement les interactions entre les matériaux semi-conducteurs et comment leurs propriétés peuvent être contrôlées, en appliquant des modulations appropriées des interfaces des nanomatériaux. Plus précisément, ce travail se focalise sur l’étude de trois types de cellules solaires : à colorant (DSSC), à points quantiques (QDSC) et celles à perovskite (PSC) allons des études fondamentales de l'alignement énergétique de la bande et de la dynamique des porteurs dans les points quantiques de chalcogénure métallique composite (QD) jusqu'à la réalisation de dispositifs pleinement opérationnels, avec des couches d'interface modifiées afin de réduire la recombinaison porteuse et améliorer la collecte et donc le rendement final et la stabilité. Une nouvelle photo anode pour DSSC est présentée. Un composite de nanotubes de carbone fonctionnalisés à parois multiples (F-MWCNTs) et de TiO2 est utilisé comme photo anodes et le rôle du F-MWCNTS dans le transfert de charge sont étudiés. De l'autre côté, le film mince commun coûteux en Pt CE en DSSC est remplacé par un CE nanostructuré à faible coût fait de nanofibres creuses en Pt/Pd d'alliage sont proposées. Là CE produite est non seulement moins chère, mais aussi plus performante. En QDSC, la modulation de l'injection de charge peut être réalisée en choisissant correctement la composition des QDs. Cependant, on manque encore d'études sur la dynamique de charge et la structure locale de la bande électronique dans les objets à l'échelle quantique nanométrique directement développée sur des substrats. Pour cette raison, dans ce travail, nous étudions les propriétés électriques de chaque QD de chalcogénure métallique de tailles différentes sur un matériau semblable au graphème en utilisant une technique avancée telle que la microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM). Les PSC avec structure p-i-n inversée sont également fabriqués. Le PEDOT: PSS HTL commun est remplacé par un HTL hybride basé sur un composite d'oxyde de graphène (OG) et de points de carbone (Cdots). La présence de Cdots résout le problème d’OG comme goulot d'étranglement pour l'extraction des trous de la couche de pérovskite. La contribution des Cdots pour améliorer la performance finale a été étudiée.

To reduce our dependence on fossil fuels and control the greenhouse emissions, it is necessary to transit to more sustainable sources of energy. This challenge may be addressed by the so-called 3rd generation solar cells. In the last decade, these devices have rapidly improved in terms of photoconversion efficiency and became one of the most cost-effective alternatives to the commercial available silicon cells, due to simple, low-cost materials and fabrication process. This thesis explores how semiconducting materials interact with each other and how, by applying suitable modulations of the interfaces of nanomaterials, we can control proprieties, such as charge injection and light management, in order to improve the final performances of the device. Specifically, this work focuses on Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs), Quantum Dots Solar Cells (QDSCs) and Perovskite Solar Cells (PSCs) starting from fundamental studies of band energy alignment and carrier dynamics in composite metal chalcogenide quantum dots (QDs) up to realizing full operational devices, with modified interface layers in order to reduce the carrier recombination and improving the charge collection and thus the final efficiency and stability. A new photoanode for DSSC is presented. A composite of functionalized multi-wall carbon nanotubes (FMWCNTs) and TiO2 is used as photoanodes and the role of F-MWCNTS in the charge transfer is investigated. On the other side, the common expensive Pt thin film CE in DSSC is replaced with a low-cost nanostructured CE made of hollow nanofibers of an alloy Pt/Pd is proposed. The CE produced is not only cheaper but also shows improved performance. In QDSC, the modulation of charge injection can be realized by properly choosing the composition of the QDs. However, there is still a lack of studies on the charge dynamics and the local electronic band structure in quantum-confined nanoscale objects directly grown on substrates. For this reason in this work it is investigated the electrical properties of individual metal chalcogenide QDs with different size on graphenelike material by using an advanced technique such as Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM). PSC with inverted p-i-n structure are also fabricated. The common PEDOT:PSS HTL is replaced with an hybrid HTL based on a composite of Graphene Oxide (GO) and carbon dots. The presence of carbon dots addresses the issue of GO acting as bottleneck for the extraction of holes from the perovskite layer. The contribution of Cdots to the enhancement of the final performance is investigated.


identifier: Aymen, Djebbi  (2020). Étude et amélioration du systèmes de notation Elo pour les compétitions sportives.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en télécommunications, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 49 p.

subject:
système de notation
rating system
Elo

abstract:
La conception d’un système de notation et de prédiction efficace pour les sports compétitifs attire de plus en plus d’attention. Une des approches consiste à inférer les forces des équipes à partir des résultats historiques des rencontres. Ceci est l’un des problèmes fondamentaux dans l’analyse sportive. Dans les années cinquante, Arpad Elo a proposé un algorithme simple pour la notation des joueurs d’échecs, qui est depuis l’algorithme de notation le plus populaire. Dans ce travail, nous expliquons le modèle mathématique derrière l’algorithme Elo, et en particulier, nous expliquons la supposition implicite, mais non mentionnée, du modèle avec égalité. De plus, nous proposons une extension du modèle, le rendant ainsi plus flexible, capable de prendre en considération d’autres suppositions plus réalistes. Ceci nous donne le nouvel algorithme, que nous appelons κ-Elo, qui garde la simplicité de l’algorithme Elo tout en ayant la possibilité de s’ajuster à la fréquence des égalités. Nous présentons une discussion sur l’importance du choix approprié des paramètres ainsi que des exemples illustrateurs basés sur les résultats de la Première Ligue Anglaise de football et de la Ligue Nationale de Hockey.

 The design of an efficient rating and prediction system for competitive sports attracts a lot of attention. One of the approaches consists of inferring the strength of the teams from historic confrontation results. This is one of the fundamental problems in sports analytics. In the fifties, Arpad Elo proposed a simple, non-trivial rating algorithm for chess players, and since then, it has been the most popular rating algorithm. In this work, we explain the mathematical model behind the Elo algorithm, in particular we explain the implicit assumption yet not spelled out of the draw model. Furthermore, we propose an extension to the model, making it more flexible and thus capable of taking in consideration more realistic assumptions. This yield the new algorithm, we call κ-Elo, which is as simple as the Elo algorithm and it provides the possibility to adjust the draws frequency. We discuss the importance of fine-tuning the parameters and present illustrative examples from the English Premier League football games and from the National Hockey League games.


identifier: Olayan, Hussein  (2020). Conception et implémentation matérielle et évaluation en conditions réelles de techniques avancées de localisation pour les réseaux de capteurs sans fil.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en télécommunications, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 66 p.

subject:
réseaux de capteurs sans fil (WSNs)
localisation
nombre de sauts
MICAz mote
système d’exploitation Contiki.

abstract: Les réseaux de capteurs sans fil (WSNs) ont toujours été un domaine d’intérêt pour la communauté de recherche. L’utilité principale des WSNs est leur capacité à collecter des données physiques à partir d’environnements spécifiques tels que la température, l’humidité et la lumière, entre autres. Par conséquent, les WSNs ont toujours gagné leur place dans la pratique dans de nombreuses applications impliquant des processus de surveillance, la domotique et l’automatisation des villes. Les WSNs sont particulièrement conçus pour les communications embarquées de faible puissance. Ces capteurs ont une capacité de calcul très limitée, sont alimentés par de petites batteries ou un composant de récupération d’énergie, et communiquent par des liaisons sans fil. L’un des inconvénients populaires des WSNs est qu’ils ne sont pas capables de reconnaître leur propre position contrairement aux capteurs de positionnement global (GPS) qui sont capables de reconnaître leur position en communiquant par satellite. Dans ce contexte, la localisation dans les WSNs est un sujet critique et en constante évolution. Dans ce mémoire, nous implémentons d’abord les meilleurs algorithmes de localisation connus dans la littérature (ex : DV-Hop et LEAP) sur la plate-forme Contiki Cooja. De plus, nous proposons une nouvelle solution selon laquelle le nœud régulier (c.-à-d. les positions inconnues) estime directement sa distance à toutes les ancres (c.-à-d. les positions connues - p. ex., équipées d’un GPS) du réseau en se fiant uniquement aux renseignements disponibles localement. Les résultats de simulation montrent que la technique proposée permet d’obtenir de meilleures performances et moins de coût de communication que les meilleures solutions de localisation représentatives actuellement disponibles dans la littérature. Des essais expérimentaux avec des nœuds de capteurs MICAz confirment sa nette supériorité dans des conditions de fonctionnement réelles.


identifier: Santos, Benjamin  (2020). The effects of interparticle potentials on nanoparticle coagulation in low-temperature plasmas.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 167 p.

subject: énergie matériaux

abstract:
Les plasmas poussiéreux sont composés d’électrons, de particules neutres et ionisées d’un gaz et des grains de matière condensée, que nous dénommerons nanoparticules. Les plasmas poussiéreux sont omniprésents dans la nature, en particulier dans l’espace, et peuvent également être générés en laboratoire dans différentes conditions de mélange du gaz, de température, de pression, et de type de décharge. Nous limiterons notre étude à la croissance de nanoparticules de silicium dans un plasma capacitif radiofréquence à basse température, dans un mélange argon-silane. La croissance des nanoparticules démarre avec la nucléation, où des amas sont formés à partir de la polymerization des molécules de silane et ses dérivés. Après, suit la phase de coagulation, qui démarre lorsqu’une densité critique de nanoparticules est atteinte. Dans cette phase, les nanoparticules s’agglomèrent pour former des particules plus grandes, qui peuvent atteindre des dizaines de nanomètres. Cette phase est caractérisée par une augmentation de la taille des particules et une diminution de la densité de particules. Ensuite, vient la phase de collage, dans laquelle de petites molécules collent à la surface des nanoparticules, qui devient le mécanisme de croissance plus important. Il est bien établi que les nanoparticules dans les plasmas froids d’argon-silane sont principalement chargées négativement en raison du bombardement à haute fréquence des électrons. Par conséquent, la distribution en taille et en charge des nanoparticules dépendra de leurs interactions électrostatiques mutuelles. Pour calculer le potentiel électrostatique entre les nanoparticules, nous avons utilisé une formulation rigoureuse, basée sur des coefficients de moment multipolaires. Le potentiel d’interaction résultant n’est pas singulier au point de contact, ce qui permet d’utiliser la théorie "Orbital Motion Limited" (OML) pour calculer le facteur d’augmentation de la coagulation, ce dernier étant défini comme un facteur multiplicatif du taux de coagulation, qui dépend des forces entre les nanoparticules. Nous montrons qu’en raison de la polarisation induite dans les particules dielectriques la coagulation peut être augmentée de plusieurs ordres de grandeur entre les particules chargées et neutres. De plus, la force à courte portée entre des nanoparticules chargées ayant la même polarité peut devenir attractive. Ce potentiel multipolaire est comparé à une forme analytique approximative qui peut être utilisée directement pour simplifier les calculs. Dans la dernière partie de ce travail, nous proposons un cadre numérique pour étudier la croissance des nanoparticules dans les plasmas froids. Ce système représente un défi en raison de sa complexité: les nanoparticules accumulent des charges, coalescent et croissent tout en étant fortement couplées au plasma. En utilisant une approche similaire à celle employée en physique des aérosols, nous décrivons l’évolution dans le temps de la distribution en taille et en charge des nanoparticules à l’aide d’une équation dite de dynamique générale qui tient compte des mécanismes de chargement et de croissance. Une distribution en taille comportant deux populations, comme observée dans les expériences, résulte naturellement de ce modèle. On trouve que la force multipolaire électrostatique améliore la coagulation par rapport à la force coulombienne élémentaire. De plus, nous avons considéré les forces de van der Waals. Nos résultats montrent que le modèle électrostatique considéré et l’interaction de van der Waals peuvent jouer un rôle significatif dans le processus de croissance des nanoparticules.

 Nanodusty plasmas are composed of electrons, neutral and ionized particles of a gas, and nanometric sized grains of condensed matter that we call nanoparticles. Dusty plasmas are ubiquitous in nature, in particular in space, and they can also be generated over different laboratory conditions of the gas mixture, temperature, pressure, and type of discharge. We limit our study to the growth of silicon nanoparticles in low-temperature radiofrequency capacitively coupled argon-silane (Ar-SiH₄) plasmas. The evolution of nanoparticle in size starts with the nucleation phase, where primary dust is formed from the polymeric assembly of silane molecules. Then follows the coagulation phase, which starts when a critical nanoparticle density is reached. In that phase, nanoparticles coalesce to form bigger particles, which can grow to tens of nanometers. This phase is identified by an increase in the nanoparticle size and a decrease in the nanoparticle number density. Then follows the surface growth phase, in which small molecules stick on the surface of the nanoparticles, which becomes the most important growth mechanism. It is well established that nanoparticles in low-temperature Ar-SiH₄ plasmas are mostly charged negatively due to the high-frequency electron bombardment. Hence the nanoparticles size-charge distribution depends on their mutual electrostatic interactions. To compute the complete interparticle electrostatic potential between dielectric particles, we used a rigorous formulation, based on multipole moment coefficients. The resulting interaction potential is non-singular at the contact point, which allows using the orbital-motion limited (OML) theory to calculate the enhancement factor, which is defined as a multiplying factor of the coagulation rate which depends on the forces between the nanoparticles. We show that, due to induced polarization, coagulation can be enhanced in neutralcharged particles encounters up to several orders of magnitude. Moreover, the short-range force between like-charged nanoparticles can become attractive as a direct consequence of the dielectric nature of the nanoparticles. The multipolar coefficient potential is compared to an approximate analytic form, which can be readily used to simplify the calculations. In the last part of this work, we propose a framework to study nanoparticle growth in lowtemperature plasmas. This system is quite challenging because of its complexity: nanoparticles can accumulate charge, coagulate, and grow while being strongly coupled with the plasma. By using an approach similar to that used in the physics of aerosols, we describe the evolution of the size and charge distribution of the nanoparticle using a General Dynamics Equation, which takes into account the charging and growth mechanisms. A two-population size distribution, as observed in experiments, results naturally from this model. The electrostatic multipolar force is found to enhance the coagulation as compared to the elementary Coulomb force. Additionally, we considered the van der Waals forces. Our results point out that the electrostatic model and the van der Waals interaction may both play a significant role in the nanoparticle growth process.


identifier: Sciara, Stefania  (2020). Investigation, realization, and entanglement characterization of complex optical quantum states.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique - Università degli Studi di Palermo, 233 p.

subject: énergie matériaux

abstract:
Microscopic systems such as elementary particles, atoms, and molecules, can be comprehensively described only by quantum mechanics, which thus plays a crucial role for a better understanding of fundamental physics. A very important phenomenon that only occurs in quantum mechanics is entanglement, which describes non-classical correlations between microscopic systems. These correlations exist independently of the physical distance between them, as well as independently of the basis in which these are measured. Specifically, this is the aspect that makes entanglement a purely quantum phenomenon. The importance of quantum mechanics however goes much beyond fundamental physics, since quantum phenomena potentially allow us to solve complex issues associated with currently available technologies. For example, quantum mechanics and entanglement can allow for faster and more powerful computing and information processing, as well as guarantee fully secure communications. Complex entangled states are specifically required for these tasks, and many efforts have been spent towards their experimental realization. However, a full exploitation of entanglement necessitates a deep understanding of this phenomenon, as well as a complete characterization of entangled states. This still represents an open issue, especially in the case of quantum systems which are characterized by a large number of parties (i.e., the physical components - or units - forming a quantum system) and/or a high dimensionality. To date, a technique that enables the entanglement characterization of any arbitrarily complex quantum state in an experimentally feasible manner has not been developed yet. Moreover, realizing complex states in practical, scalable, and low-cost platforms, as demanded by modern technology, is still a big milestone to achieve. Motivated by the importance as well as by the crucial role of entanglement, we oriented our research interests towards the realization of complex quantum systems, as well as towards the derivation of a universal approach capable of characterizing their entanglement with a minimal experimental effort. Experimental feasibility is indeed at the basis of entanglement application for modern technology. Towards this goal, we first explored quantum systems that we could use as a basis for the realization of complex entangled states, i.e. consisting of multiple parties and levels (or dimensions). This investigation led us to the first ever generation of high dimensional frequency-entangled photon pairs on-chip. We further coherently manipulated these states in order to characterize their dimensionality through Schmidt mode decomposition, as well as their entanglement via quantum interference measurements and Bell inequality violations. The quantum state analysis pursued here provided us the basis for developing a universal approach for entanglement characterization. In this research work, we theoretically derived a universal entanglement witness that allows us to detect the presence of any arbitrarily complex pure quantum state, as well as of its eventual entanglement. We provided a technique that permits us to customize the witness (still preserving its mathematical properties) based on specific experimental restrictions and available measurement settings, in such a way to make the witness measurement experimentally feasible. Such a feature bridges the theoretical work pursued in this thesis and the experiments presented here. We explicitly derived a witness which is capable of detecting the presence of high-dimensional multipartite cluster states, and used this operator to test the robustness of these states toward noise. In connection to this, we present the first ever realization of a four-partite three level cluster state by making use of two photons that are simultaneously entangled (i.e. hyper-entangled) in time and in frequency. Cluster states are a class of multipartite systems with unique entanglement properties which make them crucial to realize so-called ‘one-way’ quantum computers. We confirmed the genuine multipartite entanglement of the generated cluster state by making use of the developed witness. We finally implemented two-partite projection measurements on the cluster state both in time and in frequency, thus demonstrating proof-of-principle high-dimensional one-way quantum processing. While cluster states have been already realized in quantum optical platforms for two-level systems, their extension to multiple levels (i.e. more dimensions) has never been explored prior to this work. The fundamental importance as well as the potential applications of cluster states in quantum technology, motivated us towards the investigation and the exploitation of these states in higher dimensions. The realizations demonstrated here were achieved in an integrated photonic platform, while quantum state manipulations were implemented by making use of fiber-based components that are compatible with off-the-shelf telecommunication infrastructures. In view of this, the results presented here are extremely timely with the latest technology advancements, which aim at reducing the size and the cost of platforms as much as possible. The work that has been specifically accomplished in the context of this research line and that is the main subject of this thesis has a theoretical footprint. In particular, the pursued studies have been focused on deriving a theoretical, yet experimentally oriented, formalism enabling the entanglement characterization of complex (i.e. multipartite and/or high-dimensional) photon states. More specifically, such a theoretical work was crucial for the experimental realization of entangled photon states, and to perform the quantum measurements necessary for their entanglement characterization. One of the main tasks described in this thesis was indeed to theoretically provide all the measurements needed for quantum state analysis in such a way that these could be reproduced and implemented in an experimentally feasible manner. In order to fully understand the formalism and the tools that we exploited in this research work, this thesis is organized as follows. Chapter 1 is an introduction to quantum mechanics. It contains the formalism that we used to describe quantum states, as well as the operations implemented on them. Chapter 2 is about the entanglement phenomenon. Here, we present classes of entangled states that are crucial for this research work. These are the so-called Bell states and hyper-entangled states. In Chapter 3 we introduce cluster states and witness operators. From the literature, we provide a description of how witnesses can be used to detect entanglement of two-level cluster states. Finally, Chapters 4, 5, and 6 report the investigation and results accomplished in this research work, with a main focus on the theoretical framework, in line with the theory work that has been accomplished during the PhD studies and that is the main subject of this thesis.

La meccanica quantistica è la sola branca della fisica in grado di descrivere le proprietà e la dinamica dei sistemi microscopici, quali particelle elementari, atomi e molecole, ragion per cui essa gioca un ruolo cruciale per una maggiore comprensione della fisica fondamentale. Un concetto basilare della meccanica quantistica e che è privo di qualsiasi analogo classico è il fenomeno dell’entanglement, il quale descrive correlazioni tra due o più sistemi microscopici. Queste correlazioni persistono indipendentemente sia dalla distanza fisica che li separa sia dalla base rispetto alla quale tali sistemi vengono misurati. È proprio quest’ultimo aspetto a rendere l’entanglement un fenomeno di natura esclusivamente quantistica. L’importanza della meccanica quantistica va tuttavia ben al di là della comprensione della fisica fondamentale. In particolare, i fenomeni quantistici possono svolgere un ruolo chiave sia per lo sviluppo di nuove tecnologie sia per superare le capacità e i limiti delle tecnologie che sono attualmente disponibili. Ad esempio, certi fenomeni quantistici permettono di realizzare computer (chiamati appunto computer quantistici) con potenza ed efficacia di calcolo di gran lunga superiori al loro analogo classico e che sono inoltre capaci di immagazzinare e processare una maggiore quantità di dati. Oppure, l’entanglement fra due o più sistemi permette di comunicare in totale sicurezza. L’introduzione dei principi e dei fenomeni della meccanica quantistica nell’ambito delle tecnologie richiede l’utilizzo di stati entangled complessi. Per questo motivo, la comunità scientifica si è impegnata parecchio negli ultimi decenni nella realizzazione sperimentale di questi ultimi. Tuttavia, un appropriato utilizzo dell’entanglement in tutti i suoi aspetti richiede una piena comprensione di tale fenomeno, nonché la capacità di caratterizzare in toto qualsiasi stato entangled. Ciò rimane tuttora una questione aperta, soprattutto nel caso di stati quantistici complessi caratterizzati da un numero elevato di parti e/o di livelli (cioè multipartiti e/o multidimensionali). Ad oggi, non esiste un approccio universale in grado di studiare e caratterizzare l’entanglement di un sistema quantistico qualsivoglia complesso. In più, la realizzazione di stati entangled complessi su piattaforme pratiche, riducibili in scala e a basso costo, come richiesto dalle tecnologie moderne, rimane ancora un grande obiettivo da raggiungere. Motivati dall’importanza e dal ruolo cruciale dell’entanglement, abbiamo rivolto la nostra attività di ricerca alla realizzazione di stati entangled complessi, così come alla teorizzazione di un approccio universalmente valido e in grado di caratterizzare in pieno l’entanglement di questi. Un obiettivo importante che ci siamo prefissati nella derivazione di tale approccio era che questo permettesse di caratterizzare l’entanglement attraverso misure da effettuare con il minore sforzo sperimentale possibile. La fattibilità di un esperimento è infatti una condizione basilare per poter applicare l’entanglement nella tecnologia moderna. Al fine di raggiungere tali obiettivi, abbiamo innanzitutto esplorato degli stati quantistici che abbiamo poi potuto usare come base per realizzare stati entangled complessi (costituiti cioè da più parti e da più livelli, o dimensioni). Questo studio ci ha condotti a realizzare per la prima volta in assoluto su una piattaforma integrata (“on-chip”) coppie di fotoni multidimensionali ed entangled in frequenza. Abbiamo inoltre manipolato e processato in maniera coerente i suddetti stati al fine di caratterizzarne la dimensionalità (tramite la decomposizione in modi di Schmidt) e l’entanglement (tramite interferenza quantistica, violazione delle disuguaglianze di Bell e tomografia quantistica). Tale analisi ci ha fornito le basi per derivare l’approccio universale sopra menzionato. Nella presente attività di ricerca, abbiamo sviluppato un metodo teorico per derivare un operatore di entanglement witness universale in grado di individuare la presenza di stati quantistici puri qualsivoglia complessi e di determinarne l’eventuale entanglement. Abbiamo inoltre formulato una tecnica che permette di adattare e/o modificare il witness (pur mantendendone inalterate le proprietà matematiche) in base a specifiche restrizioni sperimentali e/o alla strumentazione disponibile in laboratorio, in modo tale da renderne la misura sperimentalmente fattibile. Questa caratteristica fa da tramite fra il lavoro teorico riportato in questa tesi e gli esperimenti presentati nella stessa. Infine, partendo dall’espressione più generale del witness, ne abbiamo formulato uno specificamente designato per individuare la presenza e l’entanglement di stati cluster multipartiti e multidimensionali. Questo particolare witness è stato quindi utilizzato per esaminare la robustezza di tali stati cluster rispetto al rumore sperimentale (rumore bianco, nello specifico). In relazione a questo risultato, abbiamo dimostrato per la prima volta in assoluto un cluster state di fotoni quadri-partito a tre livelli (qutrit), nel quale cioè ognuna delle quattro parti è caratterizzata da tre livelli quantizzati. Lo stato cluster è stato realizzato facendo uso di due fotoni aventi entanglement simultaneo (hyper-entanglement) in tempo e frequenza. La genuinità dell’entanglement multipartito del cluster state è stata dimostrata tramite l’operatore witness da noi stessi derivato. I cluster states formano una classe di sistemi multipartiti il cui entanglement gode di proprietà uniche che rendono questi stati cruciali per la realizzazione dei cosiddetti “one-way” quantum computers. Facendo misure di proiezione in tempo e in frequenza sullo stato cluster, abbiamo dimostrato la prima prova di concetto in assoluto di one-way quantum processing a più dimensioni. Se da un lato i cluster states sono già stati dimostrati in letteratura facendo uso di fotoni a due livelli (qubits), la loro estensione a fotoni a più livelli (qudits) non era mai stata dimostrata prima del lavoro di ricerca descritto in questa tesi. L’importanza dei cluster states per la fisica fondamentale e le loro potenziali applicazioni nella tecnologia quantistica sono fra le motivazioni principali che ci hanno spinto a studiare questi stati e ad estenderli a dimensioni superiore a due. I fotoni di cui sopra sono stati generati su una piattaforma integrata (“on-chip”) e sono stati interamente manipolati e processati tramite componenti in fibra compatibili con le infrastrutture standard utilizzate per le telecomunicazioni. Tenendo conto di questo importante aspetto, i risultati riporati in questa tesi si mostrano al passo con gli ultimi avanzamenti della tecnologia, la quale mira a ridurre il più possibile le dimensioni e i costi dei dispositivi di cui fa uso. Il lavoro compiuto durante questa fase di ricerca è di natura prevalentemente teorica e si è dimostrato cruciale non solo per la realizzazione sperimentale dei suddetti stati quantistici, ma anche per capire quali fossero le misure necessarie da effettuare per caratterizzarne l’entanglement. Affinché il lettore possa comprendere a pieno il formalismo e gli strumenti utilizzati durante il lavoro di dottorato, la tesi è organizzata come segue. Il Capitolo 1 presenta un’introduzione alla meccanica quantistica e contiene il formalismo usato per descrivere, misurare e analizzare un qualsiasi stato quantistico. In particolare, viene spiegato nel dettaglio il concetto di misura in meccanica quantistica. Il Capitolo 2 è incentrato sul fenomeno dell’entanglement, il quale viene descritto in ogni suo aspetto fondamentale. Nello specifico, il capitolo si sofferma su due categorie di stati entangled che assumono un ruolo chiave in questo lavoro di ricerca: gli stati di Bell e gli stati hyper-entangled. Nel Capitolo 3 vengono introdotti e spiegati in ogni loro proprietà gli stati quantistici su cui si focalizza principalmente la tesi: i cluster states. Viene quindi presentato l’operatore entanglement witness (per come noto in letteratura), e si descrive come usarlo per determinare e confermare la presenza di entanglement genuino multipartito di cluster states a due livelli (qubits). Infine, nei Capitoli 4, 5 e 6 viene riportata la novelty, e vengono descritti in dettaglio lo studio e i risultati ottenuti durante l’attività svolta nel dottorato di ricerca.


identifier: Ndao, Adama  (2018). Procédés de fortification, de floculation et de formulation dans la production de biopesticide à partir des eaux usées d'industrie d'amidon à base de Bacillus Thuringiensis var. kurstaki.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 253 p.

subject:
biopesticide
eaux usées
Btk

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue dans le document original. Ce projet de recherche vise à développer un biopesticide à base de Bacillus thuringiensis var kurstaki, Btk, efficace contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette et compétitif vis-à-vis des biopesticides commerciaux. Ce projet est né dans un contexte de lutte contre cette tortricidae qui est un des ravageurs le plus destructeur des forêts du Québec et en Amérique du Nord en général. Cet insecte endémique provoque une épidémie environ tous les 30 ans, chacune durant en moyenne 20 ans, ce qui affecte grandement l’industrie forestière, qui est très importante dans l’activité économique de la province. Le coût de la matière première pour l’obtention de biopesticide à base de Btk représente jusqu’à 40% du coût global de production. En effet, ces coûts qui sont inhérents au biopesticide à base de substrat semi-synthétique réduisent son accessibilité. Afin de s’affranchir de cette contrainte, la production de biopesticide à base de Btk, grâce à des matières alternatives suscite beaucoup d’intérêt. L’usage de substrats alternatifs tels que les eaux usées d’industries d’amidon ou des boues secondaires issues du traitement des résidus agroalimentaires permettrait de réduire le coût sur l’obtention du biopesticide ainsi que la valorisation de résidus qui posent un problème de traitement et de leur élimination finale dans l’environnement. Ces matières contiennent une forte concentration de la demande chimique en oxygène (DCO), sous la forme de carbone et de sources d'azote (amidon, gluten, protéines, fibres et autres minéraux). La production du biopesticide est caractérisée par la production de Btk à partir d’un substrat dans un bioréacteur, suivie d’une étape de centrifugation pour concentrer les matières actives de ce bacille (cellules totales, spores viables, delta endotoxine, autres facteurs de virulence synthétisés par Btk) et enfin, la formulation qui conditionne le biopesticide à résister aux facteurs externes (rayons ultra-violet, précipitation, agents antibiotiques) ; Le pouvoir larvicide ou entomotoxicité du biopesticide dépendant de chacune de ces étapes. Le premier objectif de cette recherche porte sur la caractérisation et le développement de nouveaux substrats pour la culture optimale de Btk. Dans cette optique, les eaux usées d’industrie d’amidon ont servi comme substrats de culture de base pour la culture de ce microorganisme. Afin d’enrichir le substrat en matières actives de cet insecticide biologique, pour élever son potentiel entomotoxique, celui-ci a été enrichi en milieux semi-synthétiques, en acide aminé et en boues secondaires issues du traitement en anaérobie et en aérobie des eaux usées d’industrie d’amidon. Un autre objectif porte sur l’optimisation de la concentration des matières actives de Btk dans le culot issu de la centrifugation du bouillon fermenté. L’ajout d’agent coagulant-floculant durant la centrifugation permet de réduire les pertes de cellules totales, de spores viables et de deltaendotoxine dans le surnageant du bouillon fermenté centrifugé. Egalement, l’enrichissement du bouillon fermenté de matières actives de Btk par optimisation du substrat permet de réduire le nombre de centrifugations requises pour la formulation du biopesticide. L’étude sur la formulation du biopesticide à base de Btk en fonction des nouveaux substrats étudiés constitue le dernier objectif de ce projet. Les tests portant sur l’adhésivité, et la persistance du biopesticide sur les branches des sapins baumiers ont été réalisés. L’entomotoxicité, la viscosité et la taille des particules des différentes formulations développées ont également été comparées aux formulations commerciales. L’étude des substrats pour la culture de Btk montre que le SIW (eaux usées d’industriesd’amidon) est un milieu pauvre en carbone et en azote organique. L’enrichissement de celui-ci par du milieu soja à 25% entraine une synthèse importante d’endotoxine (1200µg/ml), du compte des spores viables (1,35 x 109 CFU/mL), du compte des cellules totales (1,65 x 109 CFU/mL) et de l’entomotoxicité (30 737 unité internationale/µL ou UI/µL) comparativement au milieu SIW contrôle (sans ajout de supplément) et à la préparation commerciale, Foray 76B. Ces derniers ont des pouvoirs entomotoxiques respectifs de 17 068 UI/ µL (SIW contrôle) et 20 000 UI/ µL (Foray 76B). Alors que les milieux extrait de malt contrôle, farine de maïs contrôle entrainent une faible croissance cellulaire. En outre, lorsque, les boues aérobies et anaérobies (provenant du traitement des eaux usées d’industrie d’amidon) et le SIW sont sterilisés à pH 2 et fortifiés à 30g/L dans le substrat SIW, les résultats d’entomotoxicité des formulations respectives, 20 000 UI/ µL, 20 500 UI/ µL, 22 500 UI/ µL, obtenus étaient comparables à celle du Foray 76B. Toutefois, ces pouvoirs larvicides étaient inférieurs à ceux obtenus avec la formulation SIW fortifié de soja. Par ailleurs, lorsque le milieu SIW est supplémenté d’acide glutamique, de glutamate et d’acide aspartique optimisé à 0,33g/L, la synthèse de delta endotoxine augmente significativement à 602 µg/ml comparativement au milieu SIW sans acides aminés ajoutés (519µg/ml). Le supplément du SIW par du milieu soja 25% a permis de concentrer le bouillon fermenté en matières actives de Btk. Cette concentration conduisant à obtenir un potentiel entomotoxique (21367 UI\µL) équivalent à 30 MIU/ha (Milliards D’Unités Internationales) après une concentration du bouillon fermenté par 2 fois. Ces résultats ont ainsi permis d’augmenter la productivité du procédé. Pour une entomotoxicité similaire (30 MUI/ha), un volume de 22L de formulation a été produit à partir de 100L de bouillon fermenté fortifié de soja 25%, alors que le bouillon fermenté issu du substrat de SIW traité à pH 2 et concentrée 10 fois par centrifugation a permis de produire un volume de 11L de formulation. Les résultats de floculation du bouillon fermenté après 48h de fermentation de Btk à partir du SIW montrent une activité de floculation importante à pH 5 pour une concentration de 150mg/L de chitosane et 500mg/L d’acide tannique. Cette activité de floculation se traduit par un abattement important des cellules totales (de 3.10 x 105 à 2.5 x 103 CFU\mL), des spores viables (de 3 x 105 à 2.1 x 103 CFU\mL) dans le surnageant du bouillon fermenté. Cette activité de floculation s’est également mesurée par un abattement des endotoxines dans le culot passant de 440 à 480 µg\mL. Lorsque le procédé de floculation avait lieu avant que le bouillon issu de la fermentation de Btk, soit soumis à une centrifugation, les flocs formés par le chitosane et l’acide tannique résistaient à une centrifugation (15 000 rpm) importante comparativement au contrôle. L’entomotoxicité de la formulation comportant le chitosane et l’acide tannique est de 21 000 UI\µL comparativement au contrôle de 17 000 UI\µL. L’abattement des matières actives de Btk par les floculants permet d’élever le potentiel entomotoxique de la préparation. De plus, l’acide tannique joue un rôle synergique dans l’entomotoxicité. En effet, des observations histopathologiques montrent que l'épithélium de l'intestin moyen des larves de diptère et de lépidoptère est affecté par l'acide tannique. L’optimisation de la viscosité, du lessivage, de la dispersion et de la demi-vie de l’entomotoxicité (TX0.5) des formulations étudiées (SIW, SIW fortifié de soja à 25%) a été optimisée en variant les paramètres des adjuvants (carboxymethylcellulose, xantham ghum, sorbitol et la mélasse) qui ont un effet direct sur ces paramètres. Ces différentes suspensions ont été comparées à la formulation commerciale Foray 76B. Les résultats de demi-vie portant sur l’entomotoxicité (TX0.5) des formulations étaient de 10 jours pour la formulation SIW, 12.5 jours pour la formulation SIW fortifié de soja à 25% et de 7 jours pour la formulation Foray 76B. Alors que, la viscosité optimale mesurée pour la formulation SIW était de 185 mPas, 137 mPas pour la formulation SIW fortifié de soja à 25% et 135 mPas pour Foray 76B. En outre, lorsque les formulations subissaient un test de lessivage, la formulation SIW fortifié de soja et la formulation SIW conservait de moitié le nombre de cellules totales/mL après une semaine de pulvérisation sur des branches de sapin baumier. Enfin, les tests de dispersion des matières en suspension des formulations montrent respectivement une suspension de 95% pour la formulation SIW, 96% pour la formulation SIW fortifié de soja et 98% pour Foray 76B.


identifier: Attig, Imen  (2020). Étude de la relation entre les données d’imagerie infrarouge thermique acquise par drone et des indicateurs agro-météorologiques de stress hydrique dans la culture de pommes de terre.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 105 p.

subject:
pomme de terre
stress hydrique
télédétection
imagerie thermique
drone
indicateurs agrométéorologiques
irrigation
potato
water stress
remote sensing
thermal imaging
agrometeorological indicators

abstract:
La culture de pomme de terre nécessite un apport important en eau. Plusieurs travaux ont démontré que la télédétection satellitaire et aéroportée permet de détecter le stress hydrique. Cependant, ces techniques offrent des images à une faible résolution spatiale et temporelle ce qui ne permet pas de caractériser la variation intra-parcellaire du stress. L’imagerie infrarouge thermique acquise par drone peut représenter une alternative prometteuse pour l’estimation du déficit hydrique. Ce projet vise à étudier la relation entre ces données d’imagerie et des indicateurs agro-météorologiques de stress hydrique dans la culture de pomme de terre. Des images thermiques ont été acquises pendant les saisons de croissance 2016 et 2017 puis prétraitées et analysées afin d’extraire la température foliaire pour chaque parcelle. Ce travail a dévoilé le potentiel de la détection hâtive du stress hydrique par imagerie infrarouge thermique acquise par drone. Il a également montré la corrélation entre l’indicateur de stress hydrique Is et la variation de température entre le feuillage et l’air ambiant (Tc-Ta). Les résultats obtenus constituent le point de départ pour mettre en place un système expert pour gérer l’irrigation d’une façon optimisée en appliquant la bonne dose au bon endroit et au bon moment.

The potato crop requires a large amount of water. Several studies have shown that satellite and airborne remote sensing can detect water stress. However, these techniques offer images at a low spatial and temporal resolution which does not allow to characterize the intra-parcel variation of the stress. The thermal infrared imaging acquired by drone can represent a promising alternative for the estimation of the water deficit. This project aims to investigate the relationship between these imaging data and agrometeorological indicators of water stress in potato culture. Thermal images were acquired during the 2016 and 2017 growing seasons and then pretreated and analyzed to extract leaf temperature for each plot. This work has unveiled the potential of early detection of water stress by thermal infrared imaging acquired by drone. He also showed the correlation between the water stress indicator Is and the temperature variation between the foliage and the ambient air (Tc-Ta). The results obtained are the starting point for setting up an expert system to manage irrigation in an optimized way by applying the right dose to the right place at the right time.


identifier: Hmaissia, Amal  (2019). Développement d’une approche adaptative pour l’estimation des composantes de la texture du sol et son contenu en matière organique par spectroscopie visible-proche infrarouge.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 127 p.

subject:
spectroscopie
effet de la teneur en eau
approche adaptative
estimation des teneurs en argile
sable et matière organique
spectroscopy
effect of water content
adaptive approach
estimation of clay
sand and organic matter content

abstract:
Le suivi continu de la qualité du sol représente un défi dans l’activité agricole. Pour subvenir à ce besoin, les scientifiques tentent à développer une méthode rapide et peu coûteuse de caractérisation des propriétés du sol. Ainsi, en se reposant sur la réponse spectrale du sol, la spectroscopie est devenue une méthode prometteuse pour quantifier ses paramètres. Cependant, la performance de cette méthode dépend de plusieurs facteurs comme l’humidité du sol. La présente étude vise à étudier quantitativement et qualitativement l’effet de la teneur en eau sur l’estimation des teneurs en argile, sable et matière organique par spectroscopie afin de développer une approche adaptative servant à leur estimation. Des mesures de réflectance au laboratoire sur 68 échantillons du sol ont été réalisées en variant la teneur en eau pour chaque échantillon. La classification des spectres selon le niveau de la teneur en eau (C1 : entre 0-10 %, C2 : entre 10-19 % et C3 : supérieure à 19 %) a permis une comparaison entre des modèles établis à partir de toute la base de données spectrales et ceux établis à partir des spectres de chaque classe ainsi qu’une deuxième comparaison inter classes des modèles d’estimation des propriétés étudiées. Après classification des spectres selon la teneur en eau des échantillons, la précision de l’estimation de la teneur en argile a été améliorée pour les classes C1 et C3 alors que pour la teneur en matière organique, l’amélioration de la précision des modèles a été observée chez les classes C1 et C2. Quant à la teneur en sable, seule la classe C3 présentait une meilleure performance après classification des spectres. Pour ce qui est comparaison inter classes, les échantillons les plus secs ont permis l’estimation la plus précise de la teneur en argile (R² = 0.76 et RPD = 2.09), contrairement à la teneur en sable où les échantillons les plus humides permettent la meilleure estimation de cette propriété (R²  = 0.81 et RPD = 1.86). Pour la teneur en matière organique les échantillons appartenant à la classe C2 présentent le modèle le plus précis (R2 = 0.81 et RPD = 2.30). L’étude de l’effet de la teneur en eau permettra de savoir si l’élimination de son influence sur les spectres améliorera ou non la précision d’estimation des variables texturale et organique du sol. Ainsi, les niveaux d’humidité du sol ayant un impact important sur la détermination des propriétés en question seront identifiés.

Continuous monitoring of soil quality is a challenge in agricultural activity. To achieve this need, scientists are trying to develop quick and inexpensive methods of characterizing soil properties. Thus, relying on the spectral response of the soil, spectroscopy has become a promising method for quantifying its parameters. However, this method remains sensitive to several factors such as soil moisture. The present study aims to study quantitatively and qualitatively the effect of water content on the estimation of clay, sand and organic matter content by spectroscopy in order to develop an adaptive approach for their estimation. Reflectance measurements in the laboratory on 68 soil samples were performed by varying the water content for each sample. The classification of the spectra according to the level of the water content (C1: between 0-10%, C2: between 10-19% and C3: greater than 19%) allowed a comparison between models established from the whole spectral database and those established from the spectra of each class as well as a second inter-class comparison of the models of estimation of the studied properties. After classification of the spectra according to the water content of the samples, the precision of the estimation of the clay content has been improved for classes C1 and C3 whereas for the organic matter content, the improvement of the precision of the models was observed in classes C1 and C2. As for the sand content, only class C3 presented a better performance after classification of the spectra. For inter-class comparison, the driest samples allowed the most precise estimation of the clay content (R2 = 0.76 and RPD = 2.09), unlike the sand content where the wettest samples allow the best estimation of this property (R2 = 0.81 and RPD = 1.86). For the organic matter content, samples belonging to class C2 present the most precise model (R2 = 0.81 and RPD = 2.30). The study of the effect of the water content will make it possible to know whether the elimination of its influence on the spectra will improve or not the precision of estimation of the textural and organic variables of the soil. Thus, the soil moisture levels having a significant impact on the determination of the properties in question will be identified.