identifier: Valteau, B. P. (2011). Étude comparative in vivo de la compression statique et dynamique sur des vertèbres caudales de rat : effets sur le taux de croissance et sur l'histomorphométrie de la plaque de croissance  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La croissance longitudinale des os a lieu au droit des plaques de croissance, tissus conjonctifs situés à l'extrémité des os et histologiquement divisés en trois zones (réserve, proliférative et hypertrophique). Alors que les chargements mécaniques sont essentiels pour la croissance normale des os, un chargement excessif peut mener à une croissance anormale. Ce phénomène réfère à la modulation mécanique de la croissance osseuse, impliquée dans la progression de nombreuses déformations musculosquelettiques et dans le développement de nouvelles approches minimalement invasives pour leur traitement. Ces nouvelles techniques sont basées sur la modulation de croissance locale et visent à préserver la croissance et la mobilité segmentaire. De nombreuses études in vivo ont investigué la réponse mécanobiogique de la plaque de croissance. Alors que les effets du chargement statique sur la croissance sont bien caractérisés, les études comparant les effets du chargement statique versus dynamique sont peu nombreuses et utilisent des chargements non contrôlés, non normalisés ou non équivalents. Ces limites méthodologiques pourraient être la cause des résultats contradictoires reportés dans la littérature. Basé sur nos connaissances, il n'est donc pas possible de déterminer quel type de régime, statique ou dynamique, offre le meilleur potentiel de modulation mécanique de croissance et présente le moins de dommages pour la plaque de croissance. L'objectif de cette étude est de caractériser et comparer les effets d'un chargement in vivo en compression statique et dynamique sur le taux de croissance osseuse et sur l'histomorphométrie de la plaque de croissance dans un modèle animal de rat. Vingt-quatre rats ont été aléatoirement répartis en quatre groupes: contrôle, sham, statique et dynamique. Aucune manipulation n'a été effectuée sur les rats du groupe contrôle tandis que les rats des autres groupes ont été opérés à l'âge de 28 jours, suite à une période d'acclimatation d'une semaine. Une compression normalisée a été appliquée sur la 7ème vertèbre caudale (Cd7), de manière soutenue pour le groupe statique (0,2 MPa - 0,0 Hz) et sinusoïdale (0,2 MPa ± 30% - 0,1 Hz) pour le groupe dynamique. Afin d'évaluer l'effet de la procédure chirurgicale, le groupe sham a également été opéré mais sans aucune application de charge. Deux injections de calcéine (marqueur de minéralisation active) ont été effectuées, cinq jours et deux jours avant le sacrifice. Les rats ont été euthanasiés à l'âge de 43 jours, après 15 jours d'expérience. Les vertèbres ont été  ABSTRACT: Longitudinal bone growth occurs at the end of bones, in growth plates, a connective tissue histologically divided into three zones (reserve, proliferative and hypertrophic). Loads are essential to normal bone growth, yet, if too elevated, these loads can result in abnormal growth. This phenomenon refers to the mechanical modulation of bone growth and is involved in the progression of several musculoskeletal deformities. This process also plays a key role in the development of new minimally invasive approaches for their treatment. These new techniques locally target the modulation of growth while preserving growth and segment motion. Several in vivo studies have examined the mechanobiological response of growth plates. While the effects of static loading are well characterized, the few reported static/dynamic comparative studies are using load parameters which are not well controlled, normalized or matched. These methodological limitations could explain inconsistent results currently reported in the literature. Based on our knowledge, it is not possible to determine which regimen, static or dynamic, provides the best growth modulation potential and the less detrimental effect on the growth plate histomorphometry. The aim of this in vivo study is to characterize and compare the effects of static versus dynamic compression on the growth rate and on the growth plate histomorphometry using a rat animal model. Twenty-four rats were randomly divided into four groups: control, sham, static and dynamic. Control rats underwent no manipulation while other rats were operated at 28 days old, following one week of acclimatization. A normalized compression was applied on the seventh caudal vertebra (Cd7). The load was sustained (0.2 MPa, 0.0 Hz) in the static group and sinusoidally oscillating (0.2 MPa ± 30%, 0.1 Hz) in the dynamic group. To determine the effects of the surgical procedure, sham rats were also operated but no load was applied. All rats were injected with calcein (a mineralizing bone label) five days and two days prior to euthanasia. The rats were euthanized at 43 days old, after a 15-day period. Vertebrae were immediately collected, processed and embedded in methylmetacrylate. The growth rate (measured between the two calcein labels) and the histomorphometry of the growth plate (toluidine blue staining) were evaluated and compared in a statistical study.


identifier: Grégoire, J. (2011). Analyse évolutive des comportements de mobilité des personnes âgées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le vieillissement de la cohorte des baby-boomers modifiera sensiblement la composition démographique de la province du Québec par une augmentation considérable en effectifs et en proportion du groupe des personnes âgées. De nombreuses réflexions et actions ont déjà été entamées dans diverses sphères de la société pour adapter les services à cette clientèle aux comportements si différents, dont les impacts d'une augmentation en nombre et en proportion sont encore méconnus. Dans cet ordre d'idée, au niveau du transport, la société de transport de Montréal (STM) a récemment mis en place en 2008 un service de transport en commun spécifiquement conçu pour les ainés : les Navettes or. Naturellement, l'adaptation des services aux besoins spécifiques des personnes âgées nécessite une connaissance approfondie de leurs comportements. En effet, les ainés ont une mobilité différente comparativement aux autres groupes de population, aux générations précédentes et il existe de grandes variations à l'intérieur même du groupe. L'objectif principal de ce projet est d'appliquer et de tester une méthode d'analyse démographique dans le but d'améliorer les méthodes utilisées pour comprendre la nature des changements comportementaux observés. La démonstration de l'utilité de cette méthode se fera en étudiant les comportements des personnes âgées. Ce mémoire a la particularité de proposer une méthode d'analyse des tendances, adaptée aux enquêtes Origine-Destination de Montréal, qui pourra facilement être applicable à tout phénomène ou groupe de population étudié. L'étude des comportements des personnes âgées se fera en utilisant les données des enquêtes Origine-Destination de 1987 à 2008 sur le territoire comparable de 1987. Sommairement, le paradigme principal de l'analyse démographique est qu'il est possible de connaître les comportements d'une personne à partir de son âge, son année de naissance (cohorte) et de l'année (période). L'utilisation d'un modèle âge-période-cohorte, découlant de l'analyse démographique, permet d'identifier et de quantifier différents effets, améliorant ainsi la connaissance du phénomène et la capacité de projection. Ce modèle permet de mieux comprendre la variabilité comportementale de la population. Les différentes limitations du modèle âge-période-cohorte (difficulté d'évaluer la performance, biais de mortalité, problème d'identification) justifient la nécessité d'analyser de manière descriptive les comportements avant d'effectuer la modélisation.----------ABSTRACT Aging cohort of baby boomers will significantly alter the demographic composition of province of Quebec by a considerable increase in numbers and proportion of elderly. In various spheres of society, many actions and thoughts have been given on this problem to find a way of adapting services to these different customers which impacts and consequences are still unknown. In this vein, the Société de transport de Montréal (STM) has recently put in 2008 a new service specifically designed for seniors: Navettes Or. Naturally, adaption of services to the elderly specific needs requires knowledge on their travel behaviour. Indeed, seniors have a different mobility compared to active population, to previous generation and wide variations exist within the group. The main objective of this project is to implement and test a demographic approach to study travel behaviour in order to improve the methods used to understand mobility trends. The goal of this research is to demonstrate the utility of the demographic approach by studying elderly travel behaviour. This project has the particularity to provide a method for analysing trends, adapted to Montreal Origin-Destination (OD) surveys, which can easily be applied to any study of behaviour. This project uses data from OD surveys from 1987 to 2008 using 1987 territory. In summary, demographic analysis' main paradigm implies that a person's behaviour can be derived according to his age, year of birth (cohort) and year (period). Use of an age-period-cohort (APC) model, arising from demographic approach, allows identifying and quantifying these effects, therefore improving knowledge and forecasting possibilities. This model helps understanding behavioural changes in population. However, various limitations of APC model (difficulty in assessing performance, mortality bias, identification problem) justify the need to analyse descriptively mobility trends before modeling. Combination of cross-sectional analysis (65 years and older from 1987 to 2008) and longitudinal (monitoring the behaviour of cohorts from 1902 to 1937) helps understanding seniors' mobility trends. In summary, a descriptive analysis shows that elderly are more dispersed over space, remain motorised longer and rely more on automobile to support their mobility needs. However, non-motorization and non-mobility still significantly affects seniors, aging having a strong negative impact.  ABSTRACT: ABSTRACT RÉSUMÉ Le vieillissement de la cohorte des baby-boomers modifiera sensiblement la composition démographique de la province du Québec par une augmentation considérable en effectifs et en proportion du groupe des personnes âgées. De nombreuses réflexions et actions ont déjà été entamées dans diverses sphères de la société pour adapter les services à cette clientèle aux comportements si différents, dont les impacts d'une augmentation en nombre et en proportion sont encore méconnus. Dans cet ordre d'idée, au niveau du transport, la société de transport de Montréal (STM) a récemment mis en place en 2008 un service de transport en commun spécifiquement conçu pour les ainés : les Navettes or. Naturellement, l'adaptation des services aux besoins spécifiques des personnes âgées nécessite une connaissance approfondie de leurs comportements. En effet, les ainés ont une mobilité différente comparativement aux autres groupes de population, aux générations précédentes et il existe de grandes variations à l'intérieur même du groupe. L'objectif principal de ce projet est d'appliquer et de tester une méthode d'analyse démographique dans le but d'améliorer les méthodes utilisées pour comprendre la nature des changements comportementaux observés. La démonstration de l'utilité de cette méthode se fera en étudiant les comportements des personnes âgées. Ce mémoire a la particularité de proposer une méthode d'analyse des tendances, adaptée aux enquêtes Origine-Destination de Montréal, qui pourra facilement être applicable à tout phénomène ou groupe de population étudié. L'étude des comportements des personnes âgées se fera en utilisant les données des enquêtes Origine-Destination de 1987 à 2008 sur le territoire comparable de 1987. Sommairement, le paradigme principal de l'analyse démographique est qu'il est possible de connaître les comportements d'une personne à partir de son âge, son année de naissance (cohorte) et de l'année (période). L'utilisation d'un modèle âge-période-cohorte, découlant de l'analyse démographique, permet d'identifier et de quantifier différents effets, améliorant ainsi la connaissance du phénomène et la capacité de projection. Ce modèle permet de mieux comprendre la variabilité comportementale de la population. Les différentes limitations du modèle âge-période-cohorte (difficulté d'évaluer la performance, biais de mortalité, problème d'identification) justifient la nécessité d'analyser de manière descriptive les comportements avant d'effectuer la modélisation.----------ABSTRACT Aging cohort of baby boomers will significantly alter the demographic composition of province of Quebec by a considerable increase in numbers and proportion of elderly. In various spheres of society, many actions and thoughts have been given on this problem to find a way of adapting services to these different customers which impacts and consequences are still unknown. In this vein, the Société de transport de Montréal (STM) has recently put in 2008 a new service specifically designed for seniors: Navettes Or. Naturally, adaption of services to the elderly specific needs requires knowledge on their travel behaviour. Indeed, seniors have a different mobility compared to active population, to previous generation and wide variations exist within the group. The main objective of this project is to implement and test a demographic approach to study travel behaviour in order to improve the methods used to understand mobility trends. The goal of this research is to demonstrate the utility of the demographic approach by studying elderly travel behaviour. This project has the particularity to provide a method for analysing trends, adapted to Montreal Origin-Destination (OD) surveys, which can easily be applied to any study of behaviour. This project uses data from OD surveys from 1987 to 2008 using 1987 territory. In summary, demographic analysis' main paradigm implies that a person's behaviour can be derived according to his age, year of birth (cohort) and year (period). Use of an age-period-cohort (APC) model, arising from demographic approach, allows identifying and quantifying these effects, therefore improving knowledge and forecasting possibilities. This model helps understanding behavioural changes in population. However, various limitations of APC model (difficulty in assessing performance, mortality bias, identification problem) justify the need to analyse descriptively mobility trends before modeling. Combination of cross-sectional analysis (65 years and older from 1987 to 2008) and longitudinal (monitoring the behaviour of cohorts from 1902 to 1937) helps understanding seniors' mobility trends. In summary, a descriptive analysis shows that elderly are more dispersed over space, remain motorised longer and rely more on automobile to support their mobility needs. However, non-motorization and non-mobility still significantly affects seniors, aging having a strong negative impact.


identifier: Necciari, R. (2011). Simulations de l'écoulement et du transfert de chaleur du modérateur du réacteur CANDU  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La connaissance de l'écoulement du modérateur au sein de la cuve d'un réacteur nucléaire CANDU et notamment celle de la distribution des températures autour des tubes de calandre est importante, que le réacteur soit en fonctionnement normal ou transitoire. L'écoulement au sein de la calandre est complexe, d'une part car le domaine est multi-connexe, et d'autre part car la poussée d'Archimède y joue un rôle important et entre en concurrence avec l'inertie du fluide. Les précédentes études numériques utilisent une technique des milieux poreux rendant le domaine continue, la banque de tubes étant prise en compte à l'aide de résistances hydrauliques distribuées. Ces simulations permettent de mettre en avant les principaux types d'écoulement mais ne permettent, ni de prendre en considération les phénomènes locaux inhérents à la banque de tubes, ni de connaitre la distribution des températures proche des cylindres. Une modélisation détaillée à pleine échelle avec la prise en compte de la banque de tubes à l'aide des codes de simulation plus performants est alors nécessaire. Cette modélisation demandant de grosses ressources de calculs non disponibles, la simulation expérimentale du dit écoulement dans une calandre mise à l'échelle un quart est considérée (expériences réalisées à Stern Laboratories). Ce travail de recherche vise alors à simuler en deux dimensions l'écoulement du modérateur dans une calandre de type CANDU mise à l'échelle un quart afin d'étudier les différents types d'écoulements et les transitions entre ceux-ci. A cet effet, le code de calcul FLUENT a été utilisé. L'écoulement au sein de la calandre étant proche de l'écoulement à travers un faisceau de tubes, ce dernier écoulement (sans aucuns transferts de chaleur) est alors utilisé pour étudier la capacité du logiciel FLUENT à prédire les profils de vitesses et les pertes de pressions. Plusieurs tests sont alors réalisés afin de choisir les meilleures options du logiciel pour simuler ce type d'écoulement. Ainsi, en plus d'une étude sur les maillages, les algorithmes de calculs et les quatre modèles de turbulence suivant : κ-ε Standard, κ-ε RNG, κ-ε Realizable et κ-ω sont investigués. Avec les différentes options choisis, des simulations d'écoulements autour d'un cylindre chauffé sont effectués pour étudier la capacité du logiciel FLUENT de prédire les transferts de chaleur. Afin d'améliorer la performance du système de calcul de l'écoulement du modérateur, des modèles semi-analytiques de jets axisymétriques, précédemment développés, sont implantés dans  ABSTRACT: The knowledge of the flow of the moderator in the vessel of a CANDU nuclear reactor and especially the external wall temperature distributions around calandria tubes is a major concern during normal and off-normal operating conditions. The flow inside the vessel is complex first of all because the domain is a multi-connected one and then because the buoyancy force plays an important role being strong enough to compete with the inertia of the inlet nozzle's flow. The former numerical studies use a porous model method which does not take into account the tubes bank physically making the domain continuous ; the tube banks are replaced by hydraulic resistances. These simulations allow to point up the main flow types but are not able to take account local phenomenon inherent to the tubes bank and do not provide the temperature distribution close to the calandria tubes wall. A full scale simulation with the consideration of the tubes bank with a computational commercial code (FLUENT) is necessary. Nevertheless, this simulation requests a lot of computational resources which are unavailable. The simulation of the flow in a one quarter scale vessel is thus considered (experiments made in Stern Laboratories). This master thesis hence aim to simulate the two dimensional flow of the moderator in a one quarter scale CANDU calandria type in order to study the different flow types and transitions between them. As the flow in the calandria in mainly the flow in a tubes bundle, the latter flow (without any heat transfer) is thus used to study the capacity of the FLUENT code to predict velocity profiles and pressure drops. Several numerical tests are hence realized in order to choose the best FLUENT's calculation options to simulate this kind of flow. Thus, besides a mesh study, are investigated the calculation algorithms and the four next turbulence models : the κ-ε Standard, the κ-ε RNG, the κ-ε Realizable and the κ-ω. Simulations of flow around heated cylinder are then made with these options with the purpose of studying the predictions of heat transfer of the FLUENT code. In order to improve the predictions of the moderator's flow, semi-analytical models of axisymmetrical jets previously developed are implanted in FLUENT at the inlet nozzles' place. Moreover, correlations for thermophysical properties of the fluid as a function of the temperature are developed.


identifier: Hammami, I. (2011). Étude métabolique des cellules myéloïdes suppressives dans le contexte du phénomène d'immunosuppression  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le caractère invasif et les effets secondaires associés aux approches thérapeutiques anticancéreuses conventionnelles ont donné naissance à une nouvelle stratégie, appelée l'immunothérapie, qui consiste à rétablir la capacité du système immunitaire à reconnaître la tumeur et inhiber sa croissance. Toutefois, ce processus d'immunosurveillance devient rapidement dysfonctionnel dû à la maturation d'une population de cellules myéloïdes suppressives, les MDSC, et à son recrutement dans la rate, les organes lymphoïdes, le sang et la tumeur des personnes présentant un cancer. Ces cellules ont la particularité d'exprimer deux enzymes qui métabolisent l'acide aminé L-arginine (L-arg), soit la synthétase inductible d'oxyde nitrique (iNOS) et l'arginase 1 (ARG1). La faible concentration du L-arg dans le sang et l'accumulation des dérivés de l'oxyde nitrique (NO) inhibent les fonctions immunomodulatoires des cellules effectrices du système immunitaire ainsi que leur prolifération, et induisent leur mort. Jusqu'à présent, la majorité des approches thérapeutiques anti-MDSC cible des marqueurs de surface, des enzymes ou des voies signalisation spécifiques impliquées dans la maturation des MDSC ou au niveau du métabolisme du L-arg.  Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse sont basés sur l'hypothèse que le phénomène d'immunosuppression est énergivore. En fait, la maturation des MDSC à partir de précurseurs myéloïdes implique plusieurs voies et facteurs de signalisation dont l'activation est directement ou indirectement dépendante de l'énergie. Nous avons également supposé que la compréhension des événements métaboliques ayant lieu durant la maturation des MDSC, le métabolisme du L-arg et l'interaction entre le NO et les cellules effectrices du système immunitaire, peut mener à l'identification de nouvelles cibles de l'immunothérapie.           Dans un premier temps, la maturation des MDSC a été simulée en exposant des cellules de la moelle osseuse aux GM-CSF et IL-6. Cette combinaison de cytokines génère une population de MDSC similaire à celle qui infiltre la tumeur. Les résultats de ces travaux ont fait l'objet d'un premier article soumis à "Cancer Research". Il y est montré que la maturation des MDSC et l'activation subséquente des enzymes iNOS et ARG1 sont accompagnées par la stimulation du métabolisme central du carbone. Particulièrement, le glucose a été majoritairement métabolisé via la glycolyse avec une moindre quantité acheminée vers la voie des pentoses phosphates. Cependant, les MDSC diminuent leur respiration durant la maturation pour favoriser le mode anaérobique qui résulte en la production de lactate. Le faible rendement énergétique du métabolisme glycolytique est compensé par la stimulation de la glutaminolyse qui, à son tour, active la production de l'énergie par le cycle de l'urée. La L-glutamine (L-gln) s'est avérée également une source importante de pyruvate. En fait, l'enzyme malique convertit le malate en pyruvate tout en produisant la NADPH. De même, la régulation à la hausse du cycle de l'urée assure la synthèse endogène du L-arg.        Ensuite, afin de déterminer les besoins nutritionnels et énergétiques associés au métabolisme du L-arg, une lignée immortalisée de MDSC murines, MSC-1, a été utilisée. La ligne de base de l'énergétique des cellules MCS-1 a été tout d'abord établie pour servir de référence pour des études ultérieures. Deux états stationnaires correspondant aux phases exponentielle et stationnaire sont identifiés. Les cellules MSC-1 étaient actives durant la phase exponentielle, alors qu'une détérioration globale du métabolisme est notée dans la phase stationnaire. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans "Journal of Biotechnology" en 2011.  Dans un troisième papier soumis à "Cancer Immunology and Immunotherapy"  en 2011, nous avons montré que l'activité de iNOS et la machinerie immunosuppressive qui y est associée requièrent la stimulation du métabolisme central du carbone, contrairement à l'ARG1 dont l'activité est indépendante de l'état métabolique des cellules. De plus, la glutaminolyse joue un rôle important dans le phénomène d'immunosuppression, particulièrement dans celui relié à l'enzyme iNOS, en assurant une forte activité du cycle de l'urée et subséquemment la production d'énergie et le recyclage du L-arg. Cependant, le glucose ne compense pas la régulation à la baisse de ces processus en absence de la L-gln. Ainsi, le contrôle des flux à travers la glutaminolyse, en inhibant le transporteur de la L-gln ou l'activité enzymatique de la glutaminase, pourrait constituer une cible de valeur pour le traitement des pathologies induites par le NO.  Enfin, pour caractériser l'effet des MDSC sur l'énergétique des cellules effectrices du système immunitaire, nous avons cultivé les cellules Jurkat, considérées comme modèle de cellules immunitaires stimulées (les cellules T), en présence d'un nouveau donneur de NO (AT38) conçu pour l'inhibition de la progression de la tumeur et l'accumulation des MDSC. Ces travaux, soumis à "Immunology and Cell Biology" en 2011, ont montré que ce donneur : i) inhibe irréversiblement la respiration cellulaire, ii) inhibe la prolifération des cellules, comme l'indiquait la diminution de la concentration en pyrimidines, iii) induit la mort des cellules Jurkat par apoptose jusqu'à une concentration "seuil" en glucose au-delà de laquelle les cellules mourraient par nécrose. Nous avons également démontré que le nitrite exerce les mêmes effets sur les cellules Jurkat alors que le nitrate a un potentiel immunsouppressif dépendant de la concentration et du temps. Pour atténuer les effets nocifs des donneurs de NO sur le système immunitaire, une stratégie consistant à bloquer l'ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondrial par la cyclosporine A est proposée. Cette approche permet de diminuer la capacité du NO à inhiber la prolifération des cellules Jurkat et à induire leur mort. Nous avons donc réussi, lors de ces travaux, à caractériser le comportement nutritionnel des MDSC et particulièrement de mettre en évidence les événements métaboliques ayant lieu durant leur maturation. En conclusion, la régulation croisée entre le métabolisme du L-arg et le métabolisme central du carbone observée tant chez les MDSC que chez les cellules Jurkat a permis de suggérer le contrôle de l'état énergétique des cellules comme cible prometteuse pour l'immunothérapie.  ABSTRACT: The invasiveness and side effects of conventional anticancer therapeutic approaches gave rise to a new strategy, called immunotherapy, which consists on the recovery of the immune system ability to recognize tumours and inhibit their outgrowth. However, this immunosurveillance process rapidly becomes dysfunctional due to the maturation of a myeloid-derived suppressor cell (MDSC) population from bone marrow precursors and its recruitment in spleen, lymphoid organs, blood and tumour of cancer-bearing hosts. MDSCs have the particularity of expressing two enzymes that metabolize the amino acid L-arginine (L-arg): inducible nitric oxide synthase (iNOS) and arginase 1 (ARG1). The sparse availability of L-arg and the accumulation of nitric oxide (NO) derivatives then inhibit immunomodulatory functions of immune effector cells as well as their proliferation, and induce their death. Up to now, the majority of anti-MDSC therapeutic approaches are targeting surface markers, enzymes or specific signalling pathways implicated in MDSC maturation or L-arg metabolism.     The study presented herein is based on the hypothesis that the immunosuppression phenomenon is an energetically-costly process. In fact, the maturation of bone marrow precursors into MDSCs implies several signalling pathways and factors whose activation is directly or indirectly energy-dependent. We also propose that the comprehension of the metabolic events occurring during MDSC maturation, L-arg metabolism and interactions between NO and immune effector cells may lead to the identification of new targets for immunotherapy.  First, MDSC maturation was simulated by exposing bone marrow cells to GM-CSF and IL-6. This cytokine combination leads to the generation of a cell population similar to tumour-infiltrating MDSCs. Results of this work were the subject of a first article submitted to "Cancer Research". It was shown that MDSC maturation and the consequent activation of iNOS and ARG1 were accompanied by the enhancement of central carbon metabolism. Particularly, glucose was mostly metabolized through glycolysis with sparse quantity processed through the pentose phosphate pathway. However, MDSCs showed to down-regulate their respiration during the maturation process favouring an anaerobic metabolism that results in lactate production. The low energetic yield of glycolytic metabolism was compensated by the energy derived from the urea cycle whose activity was enhanced by the stimulation of glutaminolysis. Up-regulation of urea cycle activity ensures the endogenous synthesis of L-arg and so, the maintenance of MDSC immunosuppressive activity. Moreover, it turned out that L-glutamine (L-gln) is an important source of pyruvate.  In fact, the malic enzyme converts malate into pyruvate and jointly ensures NADPH supply. Thereafter, in order to identify the specific nutritional and energetic requirements that are related to L-arg metabolism, we used an immortalized cell line (MSC-1) derived from mouse MDSCs. The baseline of MSC-1 cell bioenergetic was first established to serve as a reference in subsequent study focussing on iNOS and/or ARG1 inhibition. Two steady-states corresponding to the exponential and stationary phases were identified. MSC-1 cells were active during the exponential phase, whereas a deterioration of global metabolic activity was noticed in the entry of the stationary phase. Results of this work were published in "Journal of Biotechnology" in 2011. In a third paper submitted to "Cancer Immunology and Immunotherapy" in 2011, we have shown that iNOS-related immunosuppressive machinery requires the stimulation of central carbon metabolism whereas ARG1 activity showed to be independent of cell metabolic state. Moreover, glutaminolysis revealed playing an important role in the immunosuppression phenomenon particularly that related to iNOS, by ensuring an enhanced urea cycle activity which consequently produces energy and activates L-arg recycling pathway. However, glucose uptake did not compensate for the down-regulation of these processes in the absence of L-gln. Therefore, controlling fluxes through glutaminolysis, by inhibiting L-gln transporter or the enzymatic activity of glutaminase, may be a promising alternative to treat NO-induced pathologies.  Finally, to characterize MDSC effects on the energetic states of immune effector cells, we cultured Jurkat cells, considered as a model system of immune challenged cells (T cells), in the presence of a new NO donor (AT38) developed to inhibit tumour progression and MDSC accumulation. This work, submitted to "Immunology and Cell Biology" in 2011, showed that this donor: i) irreversibly inhibits cell respiration, ii) inhibits cell proliferation, as revealed by the decrease of pyrimidines' concentrations, iii) induces apoptosis until a glucose threshold concentration, above which cell death process was switched into necrosis. We also demonstrated that nitrite triggers similar effects on Jurkat cells, whereas nitrate has a time and concentration –dependent immunosuppressive potential. To attenuate harmful effects of NO on immune system, a strategy consisting on blocking the opening of the mitochondrial permeability transition pore by cyclosporine A was proposed. This approach has diminished NO ability to inhibit Jurkat cell proliferation and induce cell death. We have thus characterized MDSC nutritional behaviour and particularly highlighted the metabolic events occurring during their maturation. In conclusion, cross-regulation between L-arg metabolism and the central carbon metabolism observed either in MDSCs or Jurkat cells is suggesting the control of cell energetic status as a promising target for immunotherapy.


identifier: Simon, F. (2011). Validation de la méthode SPM pour l'autoprotection des résonances  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'autoprotection des résonances, rendue nécessaire par la discrétisation multigroupe de l'équation de transport, est une des sources principales d'erreur en physique des réacteurs. Ce projet s'intéresse à la validation d'une méthode d'autoprotection des résonances développée à l'Institut de Génie Nucléaire de l'École Polytechnique de Montréal et implantée dans le code DRAGON : la méthode SPM (pour Subgroup Projection Method). Il intervient dans le cadre plus large du développement de réacteurs de quatrième génération et notamment de réacteurs à neutrons rapides, pour l'étude desquels la méthode SPM n'a jamais été utilisée. Deux aspects de la méthode SPM ont été étudiés : 1. la méthode SPM fait une série d'hypothèses simplificatrices permettant de découpler calcul d'autoprotection et calcul de flux,regroupées sous le nom d'approximation de Livolant-Jeanpierre. La méthode d'autoprotection mise en oeuvre dans le code européen ECCO associe au contraire calcul d'autoprotection et calcul de flux. La validation a donc consisté à comparer les résultats fournis par les deux codes. On s'est attaché dans ce travail à supprimer toutes les sources de biais parasites, ce qui a nécessité des études de validation préliminaires. L'étude a conclu à la validité de l'approximation de Livolant- Jeanpierre pour tout type de spectre neutronique et donc à la possibilité d'étendre le domaine d'application de la méethode SPM à l'étude des réacteurs à neutrons rapides. 2. dans la méthode SPM, la totalité des sections efficaces sont condensées par le flux scalaire. Un des buts de ce projet était de mesurer les erreurs générées par cette hypothèse,notamment dans le cadre de modèles de fuites. Là encore, on a utilisé le code ECCO,qui réalise lui une condensation spécifique pour la section totale et la section de diffusion anisotrope. L'étude a conclu à la nécessité d'une condensation spécifique pour la section totale dans le cadre de modèles de fuites et à l'impact très faible du type de condensation pour la section de diffusion anisotrope.  ABSTRACT: The numerical solution of the transport equation is greatly facilitated by using a multigroup discretization in energy. Multigroup discretization comes along with resonance selfshielding,which is one of the main error sources in reactor physics. The aim of this project is to validate a resonance self-shielding method developed for the DRAGON code in the Institut de Génie Nucléaire at the École Polytechnique de Montréal : the Subgroup Projection Method (SPM). This project is related to the development of fourth generation fast neutron reactors, for which the SPM method has never been used. Two different aspects of the SPM method have been studied : 1. the SPM method makes a series of assumptions called the \Livolant-Jeanpierre approximation",which allows to decouple the self-shielding calculation and the main  flux calculation. On the contrary, in the European code ECCO, the self-shieding calculation and the  flux calculation are performed together. Thus, the results given by DRAGON and ECCO have been compared. Preliminary studies have been carried out in order to suppress dierence sources not related to the Livolant-Jeanpierre approximation. The study proves the validity of the Livolant-Jeanpierre approximation for any kind of neutron spectrum and thus the possibility to use the SPM method for fast neutron reactors. 2. in the SPM method, every cross section is condensed with the scalar flux. This project aimed to calculate the errors generated by this assumption, particularly when leakage is involved. The ECCO code has been used again, because contrary to DRAGON it performs a specific condensation for the total cross section and the anisotropic diffusion cross section. According to the results of this study, the total cross section should not be merely condensed with the scalar flux whenever a leakage model is involved. The impact of the condensation of the anisotropic diffusion cross section appears to be insignificant.


identifier: Legay, P. (2011). Étude de l'influence de défauts sur les propriétés mécaniques de matériaux composites fabriqués par le procédé de placement de fibres  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les gaps et overlaps, défauts provoqués par le procédé de placement de fibres automatisé, ont un effet peu connu sur les propriétés mécaniques des matériaux composites. La réponse à l'impact et la tenue en compression du matériau sont susceptibles d'être affectées par ces défauts. Ce mémoire présente l'étude de l'effet de ces défauts sur les propriétés à l'impact (ASTM D7136), en compression après impact (ASTM D7137) et en open hole compression (ASTM D6484) d'un laminé quasi-isotrope carbone/époxy (G40-800/5276-1). Les défauts étudiés sont « critiques » car ils sont placés dans tous les plis de même orientation du laminé et superposés les uns au dessus des autres. Dans un premier temps nous avons réalisé des tests de open hole compression sur des éprouvettes contenant des défauts. 7 configurations de défauts, des gaps et des overlaps placés dans le sens de la compression ou perpendiculairement à la compression, ont été comparées aux échantillons sans défauts. Les résultats de ces tests, comparés à une modélisation analytique, montrent que les défauts placés dans la direction de la compression ne provoquent pas de concentrations de contraintes à l'origine de la rupture des éprouvettes. L'effet des défauts sur la résistance en compression du matériau est faible et prévisible. Les défauts placés à 90° par rapport au chargement provoquent une plus forte réduction des propriétés en compression du matériau, due à l'effet de fiber waviness. Cependant, des observations au microscope électronique ont montré que le fiber waviness touche principalement les plis adjacents aux défauts (+/-45°) et non les plis à 0°, porteurs de la plupart de la charge, ce qui explique que la diminution de résistance reste relativement faible. Nous avons ensuite réalisé des tests d'impact et de compression après impact. En plus des données directes des tests d'impact (force de contact de l'impacteur et énergie absorbée au cours de l'impact), nous avons effectué des mesures à l'aide d'un scanner à ultrasons (C-scan) et des observations au microscope électronique qui nous ont permis de déterminer les dommages provoqués par l'impact sur le laminé. Dans un premier temps nous avons étudié les modes d'endommagement du laminé en fonction de l'énergie d'impact. Pour les plus faibles énergies d'impact le laminé ne présente aucun dommage. Ensuite, lorsque l'énergie augmente, des fissurations de la matrice apparaissent suivies des délaminations, puis des première ruptures de fibres. Le dommage s'étend alors dans les plis du laminé opposés au point d'impact.  ABSTRACT: The effect of automated fiber placement defects on composite material mechanical properties needs to be characterized. Impact behavior and laminate compressive properties can be affected by these defects. This study aims at characterizing the effect of AFP defects on impact (ASTM D7136), compression after impact (ASTM D7137) and open hole compression properties (ASTM D6484) of a quasi-isotropic carbon/epoxy laminate (G40-800/5276-1). The defects that we studied were “critical” because they were located in every plies of same orientation and they were stacked. First, we performed open hole compression tests on coupons containing defects. 7 defect configurations were studied with gaps and overlaps placed in the compression direction and perpendicular to the compression direction. The results are compared with an analytical modeling of defects and they reveal that if defects are placed along compression direction they do not cause stress concentrations which lead to specimen failure. If defects are placed in plies which are perpendicular to compression direction, fiber waviness leads to a more important reduction of compressive strength. But electron microscope observations revealed that fiber waviness only affect plies that are adjacent to defects (+/-45°) and do not affect 0° plies which carry most of the load. It explains that compressive strength reduction is low even for 90° defects. Then we performed impact and compression after impact tests. We studied the results of impact tests (impactor contact force and impact absorbed energy) and we also performed ultrasonic measures (C-scan) and electron microscope observations, it allowed us to characterize impact damages. We first studied the effect of impact energy on laminate damage modes. For lower impact energies there is no damage in the material. When the impact energy increases, matrix cracking and délaminations appear, they are followed by the first fiber fractures. The damage spreads in plies which are opposed to the impact point. For higher energies, material properties are highly reduced and the laminate cannot support the load increase, the damage propagates through the laminate thickness. Finally impact and compression after impact tests performed on coupons containing defects reveal that gaps and overlaps have a local effect on damage: defects do not affect coupons global mechanical properties.


identifier: Debernard, C. (2011). Défaillances au sein de réseaux interdépendants : les défis de la mise en place d'un système d'alerte précoce  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le fonctionnement adéquat de nos sociétés repose sur la fourniture d'un certain nombre de ressources au travers des réseaux qui les supportent. Ces ressources sont fournies à la société en général mais également à d'autres réseaux en ayant besoin pour fonctionner. Typiquement, le réseau d'eau nécessite de l'électricité pour alimenter ses pompes, alors que le réseau électrique a besoin d'eau pour le refroidissement de certains équipements de production d'électricité. De telles relations de type client/fournisseur créent des interdépendances entre certains de ces réseaux. Parmi ceux-ci, ceux dont l'interruption de service aurait des conséquences sérieuses sur le fonctionnement de notre société sont catégorisés dans les infrastructures essentielles. La fourniture adéquate de leur ressource est une préoccupation majeure et constante des opérateurs d'infrastructures essentielles. À ce titre, ils estiment devoir être capable de connaître les effets d'une défaillance initiale sur leur propre réseau ainsi que sur ceux avec lesquels il serait interconnecté. Modéliser cette propagation des défaillances dans l'espace et dans le temps, et fournir cette information au sein d'une interface conviviale leur permettrait de disposer d'un préavis utile à la mise en place de mesures de gestion destinées à limiter les conséquences d'une défaillance. Le développement d'un système d'alerte précoce s'inscrit dans cette perspective. Les travaux de recherche présentés dans l'article en annexe ainsi que dans ce mémoire qui en détaille chacun des aspects, ont trait au développement d'un tel système en vue d'une implantation et validation à Montréal, à la fois dans sa définition, son contenu, et dans une maquette d'outil. Or, le développement du système a rencontré un certain nombre de difficultés et n'a pu être mené jusqu'à son terme. En revanche, l'examen de ses difficultés a permis d'approfondir l'analyse de la composition du système, de proposer un certain nombre de pistes permettant de contourner les obstacles rencontrés et de continuer néanmoins à utiliser ce système au travers d'autres applications, jusqu'à ce qu'une nouvelle implantation puisse être tentée.  ABSTRACT: The proper functioning of our societies lies on a certain number of key resources provided through supporting networks. These resources are provided not only to the society in general but also to other networks which use the resources the others produce. Typically, the pumps operating the water network need electricity to work, as well as the electrical network needs water to cool down certain production equipments to maintain a normal operating temperature. Such customer/supplier relationships generate interdependencies between some of these networks. Among them, some are categorized as critical infrastructures, which failure would have debilitating effects on our society. The proper supplying of their resources is a major and permanent concern for critical infrastructure operators. As such, they consider they need to be informed of the consequences of an initial failure on their own network as well as on the ones it is interconnected with. Being able to model such propagation in space and time, and provide this information through a user-friendly interface would give operators a certain period of time within which they could take appropriate measures to mitigate the consequences. An early warning system is to be developed in this perspective. The research presented in the article in annex as well as in this dissertation which details each of its aspects is related to the development of such a system, both in its definition, constitution and as a tool model supposed to be implemented and tested in Montreal. Thus, the development of this system faced several difficulties and could not be brought to fruition. Nevertheless, the investigation of the obstacles led to a better understanding of the constitution of the system, allowed to suggest a certain number of approaches in order to overcome them and yet to keep using the system through various applications, until a new implementation could be considered.


identifier: Normandin, A. (2011). ANASE : mesure de la distorsion de commerce  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La libéralisation de l'économie mondiale est très présente dans le monde actuel. Des accords de libre échange se développent partout dans le monde. C'est dans ce contexte de libéralisation que la création de la zone de libre échange de l'Association des Nations de l'Asie du Sud-Est (ANASE) a vu le jour en 1992. La création de cet accord économique a-t-elle été bénéfique pour l'économie de la zone, ou au contraire a-t-elle créé un effet de distorsion de commerce ? Depuis 1992, l'ANASE essaie de mettre en place une zone de libre échange à l'intérieur de ses frontières. Cette dernière avait initialement beaucoup de difficultés à se développer. Après huit années, les pays de la zone ont implicitement avoué leur échec en facilitant la mise en place de produits exceptionnels qui ne devaient plus subir la diminution des tarifs douaniers. Cet aveu a mené en 2003 à la déclaration de la seconde entente de l'ANASE : pour la première fois les pays de l'ANASE ont décidé d'avoir une réelle intégration politique, économique et socio-culturelle.  L'intégration économique  de l'ANASE a abouti en 2010 à la plus grande zone de libre échange de la planète , puisque l'ANASE-6 et la Chine ont supprimé la totalité des tarifs douaniers pour 99,11% de leurs produits. Néanmoins, l'intégration économique de l'ANASE présente des limites, puisque comme lors de la création de la zone de libres échanges de l'ANASE, les pays ont imposé des règles d'origines. Ces dernières ont pour but de favoriser les échanges des biens au sein de l'ANASE, faisant ainsi apparaitre un fort protectionnisme régional.  ABSTRACT: The continuous surge of free trade agreements around the world makes global economic liberalization an important contemporary issue. As a result, the Association of Southeast Asian Nations (ASEAN) Free Trade Area was established in 1992. Has this economic agreement been advantageous to the economy of the area or instead has it created a trade diversion effect? Since 1992, the ASEAN has been trying to establish a free trade area in its borders, which in itself was initially very difficult to develop. After eight years, having failed to create a free trade zone, these countries allowed the creation of a list of products no longer benefiting from a reduction in customs. This led to the Declaration of ASEAN concord II in 2003: for the first time countries of ASEAN decided to integrate the political, economic and socio-cultural realms. The economic integration of ASEAN in 2010 led to the creation of the largest free trade area on the planet , since the ASEAN-6 and China removed customs taxes on 99.11% of their products. Nevertheless, the economic integration of ASEAN has its limitations as ASEAN countries imposed rules of origin when the free trade zone was established. The latter aims to promote the exchange of goods produced in ASEAN thus promoting strong regional protectionism. These political economy decisions taken by the ASEAN countries took place while the area was experiencing exceptional economic growth. During the 2000s, the annual growth of the ASEAN countries was above 12%, which was largely due to foreign trade being greater than 100% of the GDP in the region. Nevertheless, significant disparities exist between these countries. Singapore is a developed country, while Laos and Myanmar are still among the poorest in the world. Very open countries like Singapore and Malaysia, alongside less open countries, such as Indonesia and Myanmar. These differences represent a risk for countries in the area.


identifier: Martino, J. (2011). Analyse biomécanique de manoeuvres de dérotation vertébrale pour la chirurgie d'instrumentation de la scoliose  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La scoliose idiopathique adolescente (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale et de la cage thoracique, pouvant nécessiter une chirurgie d'instrumentation pour les cas de courbures sévères. Plusieurs techniques d'instrumentation et manoeuvres chirurgicales ont été développées ces dernières années afin d'améliorer la correction des déformations scoliotiques dans le plan transverse, telles que les manoeuvres de dérotation vertébrale. Ce type de manoeuvres consiste à appliquer un moment de dérotation, avec ou sans forces additionnelles, sur un dispositif de dérotation vertébrale (DDV) rigidement fixé aux vis pédiculaires périapicales, afin de corriger la rotation axiale des vertèbres et des côtes. Des études cliniques ont montré que les manoeuvres de dérotation vertébrale amélioraient de manière significative la correction de la SIA dans les plans frontal et transverse, mais pouvaient engendrer une diminution de la cyphose thoracique. Aussi, peu ou pas de recommandations ont été émises concernant le nombre de niveaux de dérotation à utiliser pour effectuer une manoeuvre de dérotation vertébrale, ainsi que l'angle de dérotation vertébrale et les forces à appliquer sur le DDV. Des vis pédiculaires monoaxiales ou multiaxiales peuvent être utilisées avec un DDV. Cependant, l'avantage biomécanique d'un type d'implant par rapport à l'autre n'a pas été établi dans la littérature pour effectuer une manoeuvre de dérotation vertébrale. Enfin, la densité d'implant optimale à utiliser pour le traitement de la SIA reste encore un sujet à débat. Cette étude vise à modéliser et analyser la biomécanique de manoeuvres de dérotation vertébrale, en association avec différents types et densités d'implants, afin d'améliorer la correction 3D de la scoliose et de diminuer les forces à l'interface implant/vertèbre (FI-V). La question de recherche de ce projet de maîtrise est la suivante :« Parmi les divers paramètres d'instrumentation et de manoeuvres de dérotation vertébrale, lesquels ont un  ABSTRACT: Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional (3D) deformity of the spine and rib cage, which may require surgical instrumentation in case of severe curvatures. Many instrumentation techniques and surgical maneuvers have been developed to improve the correction of scoliotic deformities in the transverse plane, such as vertebral derotation maneuvers. This type of maneuvers consist of applying a derotational torque with or without additional forces on a vertebral derotation device (VDD) rigidly fixed to periapical pedicle screws, to correct axial rotation of vertebrae and ribs. Clinical studies have shown that vertebral derotation maneuvers significantly improved AIS correction in the frontal and transverse planes, but could lead to a decrease of thoracic kyphosis. In addition, little or no recommendations were made regarding the number of derotation levels to use in order to perform vertebral derotation maneuvers, and the angle of vertebral derotation and the forces to apply on the VDD. Monoaxial or multiaxial pedicle screws can be used with a VDD. However, the biomechanical advantage of an implant type over the other has not been established in literature for vertebral derotation maneuvers. Finally, the optimal implant density to use in the treatment of AIS is still a subject of debate. This study aims to biomechanically model and analyze vertebral derotation maneuvers, in relation with different implant types and densities, to improve the 3D correction of scoliosis and to reduce the forces at the implant-vertebra junction (FI-V). The research question of this master's project is the following: “Among the instrumentation and vertebral derotation maneuver parameters, which ones have a statistically significant effect on the correction of scoliosis and the forces at the implant/vertebra junction?”. First, a patient-specific multi-body biomechanical model was developed to simulate the instrumentation surgery of four thoracic AIS cases (Lenke type 1), instrumented using a


identifier: Brito Bazan, M. M. (2011). Mixing Studies in a Co-Kneader  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

title: Mixing Studies in a Co-Kneader

abstract: RÉSUMÉ: Le mélange est une opération de base très utilisée dans plusieurs industries y compris celles du pétrole, des polymères, pharmaceutique, alimentaire, agricole, etc. Jusqu'à ce jour, les connaissances sur cette opération peuvent être encore considérées comme un art plutôt que basées sur des preuves scientifiques. Ainsi, de nombreux dispositifs de mélange utilisés dans la pratique industrielle sont toujours conçus et opérés en suivant une approche d'essai-erreur. Cela est aussi le cas des extrudeuses à vis. Toutefois, dans un environnement très concurrentiel où il y a une demande croissante de produits et procédés qui soient fonctionnels et innovateurs, la production de connaissances fondamentales sur la performance des outils de mélange comme le Co-Kneader doit être considéré comme un facteur clé. Le Co-Kneader est une extrudeuse monovis modifiée. La vis à filet interrompu fait un mouvement de va-et-vient. En plus, le fourreau a des doigts de malaxage fixés à l'intérieur. La combinaison du mouvement réciproquant avec la présence des doigts de malaxage cause une action autonettoyante qui ne se trouve pas sur d'autres extrudeuses monovis. La vis du Co-Kneader est formée par des éléments interchangeables, ce qui donne la souplesse nécessaire pour modifier la configuration de la vis en fonction de l'application. Une description fiable des mécanismes d'écoulement et de mélange dans le Co-Kneader est nécessaire afin de pouvoir évaluer les possibilités et les limites de cet outil de mélange. Ainsi, des descripteurs hydrodynamiques tels que patrons d'écoulement, profils de pression, efficacité de mélange et distribution des temps de séjour entre autres, ont été étudiés. La stratégie suivie dans cette étude a été d'abord de comprendre la performance du Co-Kneader d'un point de vue macromélange (c'est-à-dire, cause-effet des principales variables d'opération), puis examiner les mécanismes responsables de celui-ci. Une double approche méthodologique associée à cette stratégie a été mise en œuvre. Elle a comporté une partie expérimentale et une partie de modélisation de l'écoulement par dynamique des fluides numérique (CFD). Un Co-Kneader transparent à l'échelle laboratoire a été spécialement conçu et construit pour les besoins de ce travail. Le fluide modèle utilisé est une solution aqueuse de sirop de maïs avec une viscosité newtonienne de 0.2 Pa∙s. Les patrons d'écoulement ont été déterminés en suivant un traceur par une technique de décoloration rapide avec analyse d'images. La distribution de temps de séjour (DTS) a été estimée à partir des changements de conductivité produits par l'injection d'un traceur par impulsion. Le développent de la pression le long de la vis a été mesurée en utilisant des manomètres à tube ouvert placés près de l'entrée et à la sortie du système. La prédiction numérique du champ d'écoulement tridimensionnel non-stationnaire a été obtenue en résolvant les équations incompressibles de Navier-Stokes avec une méthode d'éléments finis. L'élément tétraédrique à 5-nœuds P1 +-P1 (MINI) a été utilisé pour calculer la vitesse et la pression. Il a été constaté que la technique d'analyse d'images, pour la première fois appliquée à des systèmes en continus, donne un nouvel aperçu sur le mécanisme de mélange du Co-Kneader. Aussi elle peut être utilisée comme une méthode expérimentale simple afin de quantifier le degré de mélange vers l'arrière (backmixing). La DTS a été utilisée pour obtenir des coefficients de dispersion axiale. Dans un système entièrement rempli, le coefficient de dispersion augmente avec le débit et la vitesse de rotation de la vis. En outre, les doigts de malaxage et les interruptions dans le filet de la vis produisent des temps de séjour uniformément distribués autour de la moyenne. L'analyse de la distribution de longueur de trajectoires (DLT) montre que l'élément de mélange engendre un mélange axial tandis que l'élément de transport mélange dans la direction en aval du chenal de la vis (down-channel). Les résultats obtenus par CFD ont été validés par des résultats de pression expérimentale, démontrant être en accord. Les résultats de CFD suggèrent que les doigts de malaxage promeuvent des écoulements extensionnels dans les canaux de la vis. Les résultats présentés incluent des courbes caractéristiques adimensionnelles pour chaque type d'élément de vis, des coefficients d'efficacité extensionnelle, et pour la première fois une caractérisation du taux de cisaillement. Les résultats expérimentaux et de CFD présentés dans ce travail suggèrent clairement que le Co-Kneader peut être mieux conçu et opéré.  ABSTRACT: Mixing is a common basic operation in several industries including petroleum, polymer pharmaceutical, food, agriculture, etc. Up to the present day, our knowledge on this operation can still be considered more as an art rather than hard based scientific evidence. Thus, many mixing devices used in industrial practice are still being designed and operated following a trial-and-error approach and this is also the case of screw extruders. However, in a highly competitive environment where there is an increasing demand for more functional and innovative products and processes, generation of basic knowledge on the performance of mixing devices such as the Co-Kneader should be considered a key driver. The Co-Kneader is a modified single screw extruder that has an oscillatory screw with sliced flights fitted into a barrel that has stationary pins. The combination of the reciprocating movement and the presence of the pins results in a self-wiping action not found on others single screw extruders. Interchangeable screw elements give the flexibility to change the screw configuration depending on the application. To obtain a reliable description of the flow mechanisms and mixing in the Co-Kneader in order to assess the opportunities and limitations of this mixer, hydrodynamic descriptors like flow patterns, pressure drop, mixing efficiency and residence time distribution among others were studied. The strategy followed in this study was first to understand the Co-Kneader performance from a macromixing perspective (i.e., cause-effect of main operational variables) followed by digging into the mechanisms responsible of it. A dual methodological approach associated to this strategy was implemented; experimental and computational fluid dynamics (CFD). A transparent lab-scale modular Co-Kneader was specially designed and built for the purposes of this work. The model fluid was an aqueous solution of corn syrup with a Newtonian viscosity of 0.2 Pa∙s. Flow patterns were determined by following a tracer pathway combining a fast discoloration technique with image analysis. Residence Time Distribution (RTD) was estimated from a stimulus response technique based upon changes in conductivity after adding a tracer. The pressure build up along the screw was measured using open tube manometers placed near the inlet and at the exit of the system. The numerical prediction of the unsteady three-dimensional flow field was obtained by solving the incompressible Navier-Stokes equations with a finite element method. The 5-node P1+-P1 (MINI) tetrahedral element was used to approximate the velocity and the pressure.  It has been found that the image analysis technique, for the first time applied to continuous systems, gives new insight into the mixing mechanism of the Co-Kneader and may be used as a simple experimental method to quantify the degree of backmixing. RTD have been used to obtain axial dispersion coefficients. In a fully filled system, the dispersion coefficient increases with the flow rate and the screw speed. Furthermore, the pins and the slices in the screw generate evenly distributed residence times. Trajectory length distribution (TLD) analysis show that the mixing element yields axial mixing whereas the conveying element causes down-channel mixing. CFD results were first validated by means of experimental pressure vs. flow rate characteristic curves. The CFD results were found to be in good agreement with the experimental results. CFD results suggest that the pins in the barrel promote extensional flows in the screw channel. The presented results include dimensionless characteristic curves for each type of element, extensional efficiency coefficients, and for the first time a shear rate characterization. The combination of experimental and CFD original results from this work clearly suggest that the Co-Kneader can be better designed and operated.


identifier: Nafi, A. (2011). Vérification et diagnostic des machines à mesurer tridimensionnelles avec découplage machine et palpeur.  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette recherche est une contribution au diagnostic des sources d'erreurs sur les machines à mesurer tridimensionnelles (MMTs). Le diagnostic des principales sources d'erreurs sur une MMT nécessite une étude dépendante du volume de mesure. Dans un grand volume de mesures, ce sont les erreurs liées au mouvement des axes de la machine qui dominent. Dans un petit volume de mesure, ce sont les erreurs liées au palpeur qui deviennent, souvent, dominants. Ces sources d'erreurs coexistent et affectent la qualité de mesure. Dans un grand volume de mesure, une méthode pour identifier les écarts de perpendicularité et les gains d'échelle a été proposée en utilisant un calibre étagé mesuré dans les sept positions suggérées par le rapport ASME B89.4.10360.2-2008. Ces paramètres permettent d'expliquer partiellement les erreurs mesurées sur le calibre étagé et d'apporter une action corrective à la machine en cas de non-conformité. Dans un petit volume de mesure, une méthode pour séparer les erreurs de palpeur du reste des erreurs de la machine a été proposé. Cette méthode est basée sur le palpage d'une sphère de référence selon plusieurs configurations en faisant un retournement du système de palpage. Les données non expliquées par le modèle de séparation sont traitées afin de séparer les contributions aléatoires des résultats de palpage en fonction de la direction de l'approche de la machine et la direction de déclenchement du palpeur. Enfin, une étude sur le choix de configurations et sur l'échantillonnage de points palpés a été réalisée dans le but de réduire le temps d'exécution de la méthode.  ABSTRACT: The diagnosis of the main sources of errors in a coordinate measuring machine (CMM) requires a study dependent on the measurement volume. In a large measurement volume, the errors related to movement of the machine axes dominate. In a small measurement volume, the errors related to the probe, often, dominate. These error sources coexist and affect the measurement quality. In a large measurement volume, a method for identifying axes out-of-squarenesses and gains of scale is proposed which uses data obtained by measuring a step gauge in the seven positions suggested by the report ASME B89.4.10360.2 -2008. These parameters can partially explain the measured errors on a step gauge and remedial action can be taken if necessary. In a small measurement volume, a method to separate the probe errors from machine errors is proposed. This method is based on redundancy measurements of the machine's own test sphere. The method was tested on a laboratory machine and the results were confirmed by measuring separately the probe and the machine errors. Data not explained by those error models are used to separate the contributions to the probing results randomness originating from the machine approach direction and from the probe triggering direction. Such information can then be used as input to the estimation of measurement uncertainty. Finally, a study on the choice of configuration and sampling points measured was conducted in order to minimize the test time and reduce the industrial cost of such periodic verification.


identifier: Han, L. (2011). Integrated Communication and Radar Scheme for Future Intelligent Transportation Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Grâce à son impact social et économique, la journée mondiale de la santé 2004 a été dédiée à la sécurité routière. Le thème suivant : « La sécurité routière n‘est pas accidentelle» a été abordé. Suite à cette rencontre, une attention toute particulière a été donnée à la problématique des accidents de la route. Afin d‘augmenter la sécurité sur les routes et diminuer le nombre d‘accidents, des systèmes intelligents de transport (ITS) ont été proposés. Ces systèmes utilisent les technologies avancées de communication et de détection. La structure ITS associe les fonctionnalités des Radars et des communications sans fils, permettant de rendre les futurs véhicules intelligents autonomes et collaboratifs. Ces deux fonctions peuvent être réalisées en utilisant deux systèmes radiofréquences individuels et indépendants. Toutefois, une meilleure solution consiste à intégrer, dans un seul dispositif, le système de communication et le radar. Ceci permet d‘apporter de nombreux avantages comme par exemple la simplification et la miniaturisation du système, sa reconfigurabilité, l‘augmentation de son efficacité, et enfin cela permettrait de réduire fortement ses coûts de développement et de réalisation, élément clé pour réussir la commercialisation du véhicule intelligent. Intrinsèquement, le fonctionnement des communications sans fils et des Radar ne sont pas compatibles. En effet, ils requièrent des techniques de conception et d‘implémentations différentes, ce qui les rend difficilement intégrables en un seul système. Afin de répondre aux grands défis technologiques présentés par cette intégration fonctionnelle, cette thèse de doctorat présente un développement compréhensif des systèmes intégrés de communication sans-fil et radar (iCars), placés dans un seul dispositif émetteur-récepteur et destinés aux futurs systèmes intelligents de transport. Premièrement, après une recherche bibliographique approfondie, une nouvelle technique de modulation est proposée. Dans cette technique, les signaux radar et les signaux de communication sont arrangés en créneaux temporels séquentiels pendant un cycle d‘opération, minimisant ainsi leurs interférences mutuelles. Cette technique permet d‘obtenir une agilité temporelle et/ou une reconfigurabilité fonctionnelle, par l‘ajustement adaptatif ou cognitif de toutes les durées de modulation de la forme d‘onde, en accord avec les situations spécifiques de l‘utilisation.  ABSTRACT: Due to its growing social and economic impact, the world health day of 2004 was dedicated to road safety with its theme as ―Road safety is no accident‖. Thereafter, road traffic accidents have received unprecedented attention. In order to improve road safety, intelligent transportation systems (ITSs) have been proposed and deployed by making use of advanced information and communication technologies. Within the framework of ITSs, both wireless communication and radar sensing functions are indispensable for autonomous and cooperative operations of future intelligent vehicles (IVs). These two functions can definitely be achieved by using two individual and independent wireless systems. However, an attractive solution would be to integrate both communication and radar functions within a single transceiver platform, which could bring a lot of benefits such as system simplification and miniaturization, functional reconfiguration and fusion (mutual penetration and rapid processing/control of information), and especially efficiency enhancement and cost reduction that are the keys to the successful development and marketing of IVs. Intrinsically, wireless communication and radar systems have incompatible operation principles, which require different design considerations and system implementations with respect to modulation techniques, required bandwidth, signal propagation and detection. To respond to these unprecedented design and technological challenges posed by the functional integration, this PhD thesis presents comprehensive study and development of integrated communication and radar systems (iCars) based on a single transceiver platform for future ITSs. Following a broad and in-depth literature review, first of all, a novel modulation scheme is proposed in this work, in which radar and communication signals are arranged in sequential time slots of one operation cycle and therefore, their interference is minimized. Also, time-agility or flexible functional reconfiguration can be easily achieved by adaptively or cognitively adjusting all software-programmable time durations in the modulation waveform according to usage situations. Moreover, functional fusion between two operation modes can be made possible from the following two aspects. One is that targets‘ ranges and velocities obtained through the radar mode can be used in the communication mode to mitigate multipath fading and compensate the Doppler spreading effect caused by the mobility of onboard units.


identifier: Farrie, Y. (2011). Conversion catalytique de la glycérine en acroléine dans un lit fluidisé  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La glycérine est un co-produit issu de la réaction de trans-estérification de la graisse animale ou végétale dans le procédé de production du biodiesel. Actuellement, la production de ce carburant vert augmente rapidement dans le monde à cause de son utilité environnementale. Selon l'OCDE, la production mondiale de biodiesel en 2010 peut dépasser le 22 millions de tonnes2. Chaque litre de biodiesel produit génère 0.1 L de glycérine.   La valeur de la glycérine a diminué considérablement en raison de l'augmentation de la production du biodiesel et de ses impuretés. La conversion de la glycérine en acroléine est l'une des technologies en cours de développement en raison du faible coût de la glycérine dans le marché international.  Nous avons développé un nouveau procédé dans lequel une solution eau-glycérine est injectée directement dans un réacteur à lit fluidisé. Ce dernier a une hauteur de 1m et un diamètre de 4 cm pour un réacteur métallique et un diamètre de 4.5 cm pour un réacteur en quartz. Le débit d'injection varie de 0.5 mL/min à 1.5 mL/min et que le liquide est pompé à travers un tube de 1/8  de pouce terminé par une buse restreinte et forme de petites gouttelettes. Au contact  avec le catalyseur à une température d'opération, celles ci se vaporisent rapidement afin d'éviter l'accumulation de liquide au fond du réacteur.  Nous avons utilisé un catalyseur préparé au laboratoire. La quantité utilisée au début du procédé est de 150 g avec des tailles des particules variant de 60 à 180 μm. Et après les 80 expériences réalisées d'une heure chacune, il restait juste 100 g. Nous avons obtenue les mêmes conversions avec la quantité du catalyseur restante. Nous avons augmenté le pourcentage de la glycérine dans l'eau afin d'étudier  son impact sur la production de l'acroléine. Lors de notre étude, nous avons injecté une solution glycérine-eau de 20 % et de 40 % massique. Ce pourcentage à été utilisé pour la première fois dans notre laboratoire et a  été un succès. Avec les mêmes conditions d'opération appliquées pour le pourcentage de 20 % massique, la solution glycérine –eau composée de 45 % massique a été injecté sans aucun problème dans le réacteur. Suite à une série d'expériences (80 expériences avec le même catalyseur), nous avons constaté que la formation de dépôt à la surface des particules dépend de la nature du catalyseur, du débit d'injection du liquide, de la température d'opération et du pourcentage de la glycérine dans  la solution utilisée. Le type de dépôt de carbone formé dans le réacteur ou sur la surface du catalyseur est le goudron.  Après avoir finis les expériences avec la glycérine, nous avons étudié la stabilité de l'acroléine dans le même réacteur. Pour cela, nous avons alimenté deux solutions  d'acroléine-eau à un pourcentage de 10 et 23 % massique à une température de 270 oC et 350 oC respectivement. Lors des analyses sur le liquide et sur le gaz récupéré, nous avons constaté que l'acroléine se transforme en acide maléique, acétaldéhyde, acide méthacrylique, CO et CO2. Un traitement du catalyseur à l'oxygène a été fait après chaque expérience de déshydratation de la glycérine ou de la stabilité de l'acroléine. Une étude a été réalisée afin de déterminer la quantité de carbone déposée sur la surface du catalyseur. Le choix d'un catalyseur de haute qualité adapté au procédé de conversion de la glycérine est primordial pour minimiser l'agglomération des particules et maximiser la production de l'acroléine. Jusqu'à présent, l'agglomération des particules du FePO4 est minime par rapport à celle de  WZrO2. Dés l'injection de la solution glycérine-eau dans le réacteur à une température de 300 oC, la conduite d'injection se bloque et la pression augmente dans le réacteur. Nous avons remarqué ce blocage avec le tungstate de zirconium (WZrO2) et pas avec le phosphate de fer. À des températures comprises entre 299 oC et 385 oC, le rendement d'acroléine, avec le phosphate de fer (FePO4) comme catalyseur, peut atteindre 90%. Cependant, le catalyseur a tendance à former du coke, ce qui réduit l'activité ainsi que la sélectivité. Le fonctionnement stable peut être maintenu pendant plusieurs heures, mais des traitements d'oxydation sont nécessaires pour éliminer le dépôt de carbone sur la surface des particules. L'alimentation contrôlée de mélange (l'oxygène dans l'argon) avec la solution glycérine-eau maintient l'activité du catalyseur pour une plus longue durée. Par contre, une augmentation de la quantité d'oxygène injectée diminue le rendement en l'acroléine. La concentration optimale d'oxygène alimentée est inférieure à 1% vol. Le rapport molaire O2/ glycérine permet de contrôler le dépôt de carbone sur la surface du catalyseur, un rapport molaire O2/ glycérine est supérieure à 1, empêche la formation de carbone sur la surface du catalyseur mais entraine une mauvaise sélectivité en acroléine. Et si le rapport molaire est inférieur à 1, il y a moins de dépôt de carbone et une sélectivité élevée (Annexe A, Annexe B). Dans les deux cas, la quantité d'oxygène injecté doit être bien contrôlé ce qui éviter la régénération du catalyseur régulièrement.  Nous avons effectué une expérience de stabilité de la glycérine sur deux types de réacteurs sans catalyseur : un réacteur métallique en acier 316 SS et un réacteur en quartz. À des températures supérieures à 260 oC, la solution recueillie à la sortie du réacteur à une odeur  de sucre brûlé et une couleur jaunâtre. La couleur devient plus intense (jaune) à des températures élevées. Nous avons observé ces changements dans le réacteur métallique et non dans le réacteur en quartz.  ABSTRACT: Glycerol is a co-product of the trans-esterification of animal fat and vegetable oil to produce bio-diesel.  Its value has dropped significantly due to a tremendous increase in capacity related to bio-diesel manufacture. Dehydration of glycerol to acrolein is one of many reactions under development to take advantage of the low cost of glycerol.   We are developing a new process in which a mixture of water and glycerol is injected directly into a fluidized bed reactor.  The liquid solution is pumped through a constricted nozzle forming small droplets.  The droplets contact the hot catalyst and vapourize rapidly such that agglomeration is minimized. The tendency to form agglomerates depends on the nature of the catalyst and in particular it susceptibility to form tar.  Thus far, agglomeration of FePO4 is minimal while it is severe for WZrO2. At a temperature between 299 oC and 385 oC, yield of acrolein over the FePO4 may reach 90%.  However, the catalyst has a tendency to form coke, which reduces activity as well as selectivity.  Steady operation may be maintained for several hours but frequent oxidation treatments are required to react the coke. Co-feeding oxygen together with the glycerol solution maintains catalyst activity for a greater length of time. Yield loss of acrolein increases as the oxygen feed concentration increases. The optimum oxygen feed concentration is less than 1 vol%. We conducted blank tests in which we fed glycerol or acrolein to either a 316 SS fluidized bed or a quartz reactor. At temperatures greater than 260 oC, the glycerol solution collected at the effluent was no longer clear and developed a distinctive odour. The colour became more intense (yellowish) at higher temperatures. Colour and odour were absent in the tests with the quartz vessel.


identifier: Catalan, C. (2011). Approche méthodologique de l'évaluation de la résilience des systèmes essentiels du Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La problématique de la protection des infrastructures essentielles est devenue un enjeu majeur au début du XXIe, à la suite des attentats du 11 septembre 2001 à New York. Cependant, les récentes catastrophes naturelles, comme le cyclone Katrina aux États-Unis en 2005 ou le tremblement de terre et le tsunami au Japon en 2011, ont démontré que le maintient des activités des infrastructures essentielles est autant primordial que leur protection. Le concept de résilience appliqué à la gestion des risques est assez récent mais apporte une toute nouvelle vision dans le domaine, même s'il n'y a pas de consensus quant à sa définition. En ce qui concerne la résilience organisationnelle, elle permet d'amener une approche « tous risques » basée sur la connaissance du système et de son environnement, et non plus sur la probabilité d'occurrence d'un aléa. Au niveau international, les gouvernements adoptent de plus en plus des stratégies de résilience concernant leurs infrastructures essentielles. Dans ce domaine, le Québec a lancé une démarche visant à améliorer la résilience de ses systèmes essentiels. Coordonnée par un sous-comité de l'Organisation de la Sécurité Civile du Québec (OSCQ), cette démarche a pour objectif d'identifier et de caractériser les systèmes essentiels ainsi que les conséquences de leurs défaillances sur les autres systèmes essentiels mais aussi sur la population du Québec, les activités économiques et le bon fonctionnement du gouvernement. En collaboration avec l'OSCQ, le Centre risque & performance (CRP) a développé une méthodologie d'évaluation de la résilience organisationnelle. Cette étude a pour objectif d'appliquer les premières étapes de la méthodologie pour l'ensemble des systèmes essentiels du Québec. La réalisation de la première étape de la méthodologie a permis de lister 92 ressources essentielles au Québec, réparties en dix tables sectorielles. Cette étude apparaît comme totalement novatrice étant donné qu'aucune liste de ce genre n'avait été établie auparavant au Québec. En ce qui concerne la deuxième étape, il n'a été possible de réaliser que l'activité sur l'étude des ressources essentielles. Dans un premier temps, il a fallu expliciter la définition d'une ressource essentielle, et notamment les notions de santé, sécurité et bien-être de la population, ainsi que de gouvernance et d'activités économiques. Ensuite, il a été possible de dresser un portrait des conséquences de l'indisponibilité des ressources essentielles suivant les notions explicitées précédemment. L'étude présentée dans ce mémoire se penchera particulièrement sur le secteur Finances car il apparaît comme très complexe mais aussi comme primordial pour les sociétés. En effet, quelque soit le pays, le secteur financier est l'un des seuls à être systématiquement classifié comme essentiel. La mise en place des premières étapes la méthodologie pour le secteur Finances aboutira à une première représentation de la résilience.  ABSTRACT: The problem of critical infrastructure protection has become a major issue in the early 21st century, following the terrorist attacks of September 11, 2001 in New York. However, recent natural disasters like Hurricane Katrina in the United States in 2005 or the earthquake and tsunami in Japan in 2011 showed that maintains critical infrastructure activities was as important as their protection. The concept of resilience applied to risk management is relatively new but brings a whole new vision in the field, even if there is no consensus on its definition. Regarding organizational resilience, it can lead to an “all-hazards approach” based on knowledge of the system and its environment, rather than on the probability of occurrence of a hazard. At the international level, governments are increasingly adopting more resilience strategies for their critical infrastructure. In this field, Quebec has launched an initiative to improve the resilience of its critical systems. Coordinated by a subcommittee of the Organisation de la Sécurité Civile du Québec (OSCQ), this approach aims to identify and characterize critical systems and the consequences of their failures on other critical systems but also on the population in Quebec, economic activities and effective functioning of government. In collaboration with the OSCQ, the Centre risque & performance (CRP) has developed a methodology for assessing organizational resilience. This study aims to establish the first steps of the methodology for all critical systems in Quebec. The completion of the first stage of the methodology allows us to list 92 key resources in Quebec, split in ten sectors. This study appears to be completely novel as no such list had been established previously in Quebec. Concerning the second step, it has only been possible to carry out the activity on the study of essential resources. Initially, one had to clarify the definition of an essential resource and in particular the concepts of health, safety and welfare of the population, as well as governance and economic activities. Then, it was possible to draw a portrait of the consequences of the unavailability of critical resources according to the concepts explained above. The study presented in this master thesis will focus particularly on the finance sector because it is both very complex and essential for the societies. Indeed, whatever the country, the financial sector is one of the few to be consistently classified as essential. The establishment of the first steps methodology for finance sector will lead to a first representation of resilience.


identifier: Pacqueau, R. (2011). Optimisation stochastique d'horaires de personnel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La recherche opérationnelle peut intervenir à différentes phases de l'optimisation d'horaires : construction des jours de travail et de repos, construction des quarts de travail, allocation des quarts et des tâches aux employés. Lorsque l'information sur la demande en employés est imparfaite, on effectue ces étapes en différé : construction des jours de travail et de repos avec une demande très grossière quelques mois à l'avance, construction des quarts quelques semaines à l'avance avec une demande prévisionnelle plus fine, allocation des quarts et « recours » (c'est-à-dire emploi de temps partiels, modification des pauses et heures supplémentaires) le jour « J », une fois que l'on dispose de la demande précise. Dans cette maîtrise, nous nous intéressons à une méthode différente de construction des quarts. Au lieu de prendre en compte seulement une demande prévisionnelle, on prendra en compte dans l'optimisation la distribution de cette demande aléatoire. L'objectif sera alors de minimiser l'espérance du coût total, i.e. du coût des quarts réguliers et du recours. Au prix d'un alourdissement du problème, on arrivera à une solution meilleure en pratique. Après avoir formulé le problème, nous développons une heuristique basée sur une méthode célèbre en programmation stochastique : la méthode L-shaped. Notre heuristique est efficace : les pertes d'optimalité sont faibles, et le temps de résolution est raisonnable : moins de 15 minutes en général pour 500 scénarios (10 millions de variables), à comparer aux presque 5 heures nécessaires à CPLEX pour résoudre simplement la relaxation linéaire du problème.  Nous étudions alors sur différents jeux de données le gain apporté par cette approche stochastique par rapport à l'approche déterministe. Nous constatons que, dans les cas où la variance des jeux de données est raisonnable, les gains sont de 1 à 2 % du coût total. Lorsque la variance est faible, aucun gain n'est à constater. Pour des cas de très grande variance, le gain peut aller jusqu'à 15%. Nous en concluons que notre approche présente un intérêt certain, mais que ce dernier dépend grandement du type de demande en employés présentée.  ABSTRACT: There are different steps in workforce planning where operations research can be helpful : building days in/off schedules, building work shifts, and allocating shifts and tasks to employees. When the employee demand is not known precisely in advance, those steps have to be done at different moments : building days in/off schedules several months in advance with a draft forecast demand, building shifts several weeks in advance with a more precise but still forecast demand, and finally allocating shifts and taking a “recourse” (hiring part-time employees, asking some employees to do over-time, building the pause schedule) on “D-day”, once the exact demand is known. In this master's thesis we study a different way of building shifts. Instead of making the shift construction based only on a forecast demand, we use the complete probability distribution of the demand. Thus, the goal becomes to minimize the expected value of the total cost, i.e. the cost of the regular shifts and the cost of the recourse. By increasing the problem's size, we compute a better solution than the one we would have using the classical, deterministic method. After having formulated the problem, we develop a heuristic based on a well-known stochastic programming algorithm : the L-shaped method. Our heuristic turns out to be very efficient : optimality losses are small, and the computational times are reasonable : most of the time less than 15 minutes for a 500-scenario problem (10 million variables), where CPLEX takes a little less than 5 hours only to solve the linear relaxation of the problem. We then study on different data sets the savings we manage to get compared to a deterministic approach. In cases where the variance of the demand is reasonable, savings from 1 to 2 % of the overall cost can be obtained. When the variance is small, no significant savings can be expected. For cases with important variances, savings can be up to 15 %. We conclude that our approach is worth of interest, but that savings dramatically depend on the kind of employee demand we are dealing with.


identifier: Greze, L. (2011). Processus d'accélération de projets sous contraintes de ressources avec modes de chevauchement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution des processus d'affaire a encouragé les firmes internationales à se tourner vers le fonctionnement par projet pour maximiser leurs bénéfices. Ce fonctionnement s'est peu à peu généralisé. Cependant la gestion de projet demeure une discipline complexe qui nécessite des outils efficaces pour aider la prise de décision. Il faut aussi noter que la plupart des projets de grande ampleur sont aujourd'hui exécutés en régime accéléré. Les techniques d'accélération de projets sont multiples mais les professionnels ne disposent pas d'outils permettant d'évaluer clairement leur efficacité. Reconnaissant ces nouvelles réalités et les besoins qui y sont associés, ce mémoire propose un processus d'accélération de projet à l'aide du chevauchement d'activités. Le processus propose l'identification des couples d'activités chevauchables, l'évaluation des paramètres de chevauchement, jusqu'à l'ordonnancement du projet. Une fois le processus établi, un modèle de base d'ordonnancement prenant en compte les différentes opportunités de chevauchement et permettant une résolution optimale a été présentée. Une méthode de génération d'instances de projet a parallèlement été développée pour permettre d'expérimenter ces méthodes de résolution. L'implémentation du modèle d'ordonnancement sur de nombreuses instances a permis d'identifier des paramètres capitaux pour l'efficacité du chevauchement comme technique d'accélération de projet.  Cependant, de nombreuses limites sont apparues suite à l'application de ce modèle, notamment le fait que le coût associé au chevauchement d'activités n'est pas considéré. Deux modèles alternatifs ont été envisagés, permettant d'améliorer les solutions obtenues. Le premier minimise le temps d'exécution tout en trouvant la solution à coût minimal alors que l'autre recherche le meilleur compromis entre le temps d'exécution et l'augmentation des coûts associés au chevauchement d'activités. Cependant ces modèles de programmation linéaire ne sont pas applicables à des projets de grande ampleur. Une méthode heuristique a été développée pour pallier ces limites, basée sur l'utilisation d'un progiciel de planification de projet répandu dans la pratique, qui permet de limiter les temps de calculs tout en assurant une bonne qualité aux solutions obtenues.  ABSTRACT: With globalization of markets, new business models have emerged and international companies started using project management techniques. However the management of projects remains complex and requires appropriate tools to support decisions. Further, most of the projects are executed in fast track. Project acceleration methods are numerous but project planners do not have effective tools to evaluate their decision. This study proposes a process of accelerating project using the overlapping of activities. This process describes the identification of overlappable couples of activities, the assessment of overlap parameters and then the scheduling of the project. Once this process establish, we propose a basic scheduling linear programming model with overlapping opportunities. We also presented a generator of project instances with overlapping data. The implementation of the basic model in numerous instances allowed us to highlight the importance of three factors in the effectiveness of an overlapping strategy. However this basic model did not consider cost augmentation due to an overlapping strategy. We propose two alternative linear programming scheduling models with different objectives which take into account cost influences. The first minimize the project completion time while considering cost increasing. The second search the best trade off between time reduction and augmentation of cost due to an overlapping strategy. These linear models are limited to small project because of the important computational time. We present a heuristic algorithm which finds acceptable solutions in reasonable time.  Results obtained are very promising and demonstrate the interest of considering overlapping as a complex project accelerating method. The proposed heuristic method is quite accurate but remains simple.  The study offers some interesting prospects for the future. Some of them would be the consideration of complex information flow and the variable nature of activity execution times, the improvement of the heuristic algorithm, and the development of a global approach for real project application.