identifier: Li, F. (2016). Mean Field Game-Based Control of Dispersed Energy Storage Devices with Constrained Inputs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec plus de production d'énergie renouvelable (éoliennes, panneaux solaires) connectés au réseau électrique, il devient important d'équilibrer la charge et la production alors que la variabilité est un problème pour les ressources renouvelables. On a étudié les dispositifs de stockage d'énergie, en particulier ceux qui sont naturellement présents au réseau électrique (tels que les chauffe-eau électriques, les chauffages électriques, etc. dans les ménages) pourraient devenir des sources potentielles pour atténuer ce problème de variabilité. Afin de minimiser le besoin de communication et les efforts de calcul, un mécanisme de contrôle décentralisé est développé dans cette recherche pour contrôler la trajectoire de champ moyen d'une grande population de chauffages électriques pour suivre (ou atteindre) une cible de température. Le contrôle optimal pour chaque chauffage ou joueur est localement calculé et respecte certaines contraintes. Le problème de contrôle est formulé comme un problème de commande linéaire quadratique (LQ) avec des entrées contraintes dans la théorie du jeu de champ moyen, en anglais, Mean Field Game (MFG). Le mécanisme de contrôle décentralisé est développé à partir de la solution d'équilibre du modèle, cette dernière est obtenue lorsque chaque joueur individuel choisit la meilleure réponse au champ moyen basé sur l'état global de la population. En choisissant les stratégies optimales, tous les joueurs reproduisissent collectivement le champ moyen de la population. En ce sens, la solution d'équilibre est un point fixe du système. Dans une configuration de MFG, les joueurs sont faiblement couplés, ce qui signifie qu'un joueur a une influence négligeable sur le système global tandis que le comportement de la population entière a un effet significatif sur chaque joueur individuel.  ABSTRACT: With the increasing levels of renewable power generation (wind turbines, solar panels) connected to power grids, it is becoming important to balance the load and the generation while variability issue exists for renewable resources. It has been studied that energy storage devices, in particular those naturally present in the power system (such as electric water heaters, electric space heaters, etc. in households), can become potential sources to help mitigate such variability. In order to minimize the communication bandwidth and computation efforts, a decentralized control mechanism is developed in this research to shape the aggregate load profile of a large population of electric space heaters in a power system. Under the control mechanism, the mean-field trajectory (temperature) of the load population is controlled to follow a target temperature, and the control input for each device is generated locally and must respect certain constraint. We formulate the problem as a linear quadratic (LQ) tracking problem with constrained inputs under the mean field game (MFG) settings. The decentralized mechanism is then derived based on the equilibrium solution to the formulated model. The equilibrium solution is obtained when each individual agent of the game chooses a best response to the so-called mass effect of the population via couplings of their individual dynamics and cost functions; when all agents choose the optimal strategies, collectively the mass effect should be replicated. In this sense, the equilibrium solution is a fixed point of the system, and can be mathematically characterized by a mean-field (MF) fixed point equation system. In such MFG setup, agents are weakly coupled, meaning that an agent has a negligible influence on the overall system while the mean-field behavior of the population has a significant effect on any individual agent.


identifier: Ellyson, B. (2016). Étude du comportement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane TI-6Al-4V produit par fabrication additive  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce mémoire, la résistance à l'amorce de fissures de fatigue de spécimens à surface lisse sous environnement vibratoire pour un nombre de cycles à la rupture de 107 cycles est déterminée pour un alliage de titane, le Ti-6Al-4V, produit par fabrication additive (FA). Plus spécifiquement, deux procédés sont examinés, soit la fusion sélective à lit de poudre, de l'anglais Selective Laser Melting (SLM), et la déposition directe à fil, connue sous le nom de Wire Beam Deposition (WBD). Ces deux technologies sont considérées comme étant candidates pour la fabrication de pièces à géométries avancées dans le domaine aérospatial. De plus, plusieurs avantages sont communément associés à celles-ci, comme la diminution importante des pertes de matériaux bruts lors de la fabrication. Par contre, afin de présenter un intérêt pour les fabricants d'équipement d'origine (FEO), les propriétés mécaniques des matériaux produits par SLM et WBD doivent être quantifiées et si possible optimisées dans le but d'égaler ou de surpasser celles du matériau homologue corroyé tout en maintenant les avantages sommairement cités plus haut. La fatigue sous environnement vibratoire est connue comme étant une technique d'essai de fatigue qui génère les conditions les plus proches de celles que subissent les aubes et les vannes dans des turbines à gaz. Ainsi, ce projet vise à caractériser certains des facteurs contrôlant la résistance à l'amorce de fissures de fatigue de spécimens à surface lisse sous environnement vibratoire afin de découvrir s'il est possible de dépasser la performance du titane corroyé rencontrant la spécification AMS 4911. La revue de littérature examine la théorie fondamentale traitant du Ti-6Al-4V, des deux procédés de FA considérés ainsi que de la fatigue conventionnelle et vibratoire de cet alliage. Il est expliqué que l'alliage Ti-6Al-4V est classifié �−�. De plus, les traitements thermiques pour ce type d'alliage dépendent de la germination de la phase � par vieillissement, c.-à-d. de sa géométrie, de sa conformation et de sa proportion dans la microstructure finale.  Ensuite, la section traitant de la FA explique comment le SLM, procédé à base de lit de poudre, mène à un matériau contenant des pores avec une structure martensitique. Ce procédé nécessite en général un post-traitement important afin d'obtenir une microstructure apte aux applications structurelles. Le WBD génère un matériau qui est moins homogène, mais sans défauts et plus performant, nécessitant peu de post-traitement.  ABSTRACT: This dissertation looks to characterize the bending vibration fatigue crack initiation behaviour of Ti-6Al-4V produced by means of Additive Manufacturing (AM). The high cycle fatigue regime is chosen and samples are tested to 107 cycles. Two processes are investigated, Selective Laser Melting (SLM) and Wire Beam Deposition (WBD). These two technologies are candidates for use in the aerospace industries, thus generating interest for research and development. Among other advantages, AM promises better buy-to-fly ratios and the possibility to generate advanced geometries without additional complex tooling. Durability of these materials is of great concern for Original Equipment Manufacturers and research efforts must reflect this reality. Important knowledge gaps are present that must be filled in order to reliably produce high-performance and durable materials using AM technologies. More specifically, vibration fatigue is known to be representative of turbine blade and vane High Cycle Fatigue (HCF) conditions. This projects aims to fill this specific knowledge gap in AM litterature. As such, this project aims to characterize certain factors controlling crack nucleation behaviour in smooth specimens under vibratory fatigue solicitation and, if possible, determine if crack nucleation resistance of conventional wrought AMS 4911 can be equaled or surpassed. The litterature review is divided into the three main apsects of the projet, i.e. the material, Ti-6Al-4V, the test methodology and the AM processes. Ti-6Al-4V is classified as an � − �alloy. Heat treatment strategies for these alloys depend mainly on the controlled growth of the � phase through ageing and controlled cooling. In the section on AM, it is revealed that SLM tends to generate martensitic structures containing pores in the as-built condition that require post-processing for structural use. As for WBD, the as-built condition is shown to be fully dense and to have a satisfactory mechanical behaviour with minimal post-processing. Lastly, the litterature review presents fatigue of conventionnally and AM processed Ti-6Al-4V. It is shown that, when defect free, the largest microstructurally aligned domain controls crack nucleation. However, defects will dominate crack nucleation through stress concentration if introduced into the material. It is the case for SLM samples, where process-induced porosity dominates crack nucleation, necessitating a HIP cycle for microstructure to take-over crack nucleation behaviour. As for WBD, it is shown that the as-built condition leads to a fatigue resistance equal to conventional wrought materials, although nucleation mechanisms are not clearly identified.


identifier: Dehghani, M. (2016). Seismic Design and Qualification of All-Steel Buckling-Restrained Braced Frames for Canadian Applications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les contreventements à diagonales ductiles confinées (DDC) sont devenus le système de contreventement standard pour les bâtiments et pont pour résister aux charges sismiques. Ce système intègre un concept spécifique de diagonales, appelé, DDC, qui ne flambent pas en compression fournissant ainsi un mécanisme de dissipation d'énergie stable. La capacité de dissipation de l'énergie sismique des DDC est fortement reliée à la performance du mécanisme de retenue du flambement qui prévient le noyau ductile interne de subir une déformation latérale excessive. La force transmise au système de confinement dépend de plusieurs facteurs qui doivent évalués avec précision et intégré lors de la conception.  ABSTRACT: Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF) have become one of the standard ductile lateral systems for building structures and bridges to resist the earthquake loads. This system incorporates special diagonal elements, called BRB, that do not buckle in compression hence providing a stable and nearly symmetrical hysteretic response in tension and compression with high seismic energy dissipation capacity. The energy dissipation capability of BRBs is strongly linked to the performance of buckling restraining mechanism that constrains the internal ductile core from undergoing excessive lateral deformation. The force demand on the restraining system depends on several factors that should be precisely estimated and implemented in design.


identifier: Morin, S. (2016). Améliorer la performance créative des futurs ingénieurs par une approche cognitive  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les personnes créatives et innovantes sont reconnues pour leur contribution au bien-être de la société. En tant que professionnels, les ingénieurs sont souvent appelés à produire des idées novatrices et à participer ainsi à l'amélioration des produits, services et procédés de leur organisation. La recherche sur la créativité fournit des théories, des modèles, des outils et des résultats empiriques pouvant être exploités dans les programmes de formation sur le sujet. Les institutions d'enseignement et les entreprises pourraient en tirer profit afin de développer les compétences créatives de leurs étudiants et employés. Cependant, l'étendue et la dispersion de la littérature sur la créativité dans plusieurs disciplines, le manque de structure dans les cadres théoriques, la grande diversité des objectifs poursuivis et des activités pédagogiques rapportées dans les études sur l'enseignement de la créativité et le peu de travaux sur l'évaluation des impacts font que les enseignants et les concepteurs de programmes éducatifs ont besoin de guidage pour savoir comment s'y prendre pour obtenir de bons résultats. Suivant une approche cognitive, nous avons réalisé trois études qui nous ont menée à concevoir et développer un cours sur la créativité ayant les avantages d'être ancré sur un cadre théorique solide, d'être pleinement expliqué et d'avoir été testé sur le terrain auprès de trois groupes d'étudiants en ingénierie. La première étude visait à clarifier le processus d'évaluation du test Creative Engineering Design Assessment (CEDA) et à vérifier sa fiabilité selon une méthode statistique fréquemment utilisée en génie, la méthode Reproductibilité et Répétabilité (R&R). Celle-ci, généralement utilisée sur des données quantitatives comme la longueur ou la tension, a été appliquée au CEDA qui utilise des échelles de Likert pour faire des évaluations subjectives. Les échelles permettent d'évaluer cinq aspects de la créativité (pensée divergente, pensée convergente, satisfaction des contraintes, identification des opportunités, résolution de problème) selon quatre critères (fluidité, flexibilité, originalité et utilité). Trois juges ont ainsi évalué 22 résultats de tests effectués auprès de professionnels intéressés par le sujet de la créativité. L'analyse de ces résultats révèle que l'utilisation de la méthode R&R est pertinente dans cet environnement de psychométrie pour évaluer la performance du CEDA. Celle-ci est jugée satisfaisante en ce qui concerne la variation totale mesurée, puisque moins de 10% de la variation des résultats est due à l'outil lui-même. De plus, l'utilisation de cartes de contrôle (graphiques permettant de suivre et maîtriser la variation de processus) pour analyser la fiabilité de la stratégie d'évaluation a montré que le processus d'évaluation mis en œuvre pour les deux critères qualitatifs (originalité/utilité) était sous contrôle, puisque les résultats obtenus se situaient entre les limites de contrôle calculées, et que les variations étaient dues à des causes inévitables ou incontrôlables. Par ailleurs, des discussions entre les juges ont permis de clarifier le processus d'évaluation de la créativité en définissant de manière détaillée les échelons des échelles de Likert pour les critères d'originalité et d'utilité. La clarification du processus d'évaluation avec le CEDA permet aux éducateurs d'avoir une mesure plus précise et fiable de la performance créative de leurs étudiants. Les modèles théoriques de la créativité suggèrent souvent que le processus de créativité implique un style de pensée particulier. Par conséquent, la deuxième étude visait à investiguer le lien entre deux capacités cognitives reliées à la créativité et la performance créative (évaluée par le CEDA). L'étude comprenait deux expériences et un test (CEDA) impliquant différents groupes de futurs ingénieurs. Dans la première expérience qui porte sur le rappel et la représentation externe (sur papier) d'informations stockées en mémoire, nous avons étudié le nombre de mots (ou d'idées) que les participants rapportaient et les types de représentations externes qu'ils utilisaient pour montrer les informations stockées dans leur mémoire relativement à trois stimuli (deux objets et un mot) qui leur étaient présentés un à un. L'objectif de cette expérience était de voir si certains types de représentations externes (étoile, chaîne, réseau ou leur combinaison) favorisaient une plus grande créativité (mesurée avec le test). Les résultats montrent que 89% des participants ont produit des graphiques en forme d'étoiles reliant des mots (avec ou sans chaînes de mots) avec une moyenne de 11 mots par participant. Au plan de l'originalité, 79% des participants ont obtenu un score entre 2 et 4 sur 10. La deuxième expérience visait à connaître l'état d'esprit des participants à qui on demandait de lire deux courts textes se rapportant à deux domaines différents (défense militaire et médecine) en vue de répondre à une question posée à la fin du deuxième texte sur l'existence de liens possibles entre les scénarios présentés dans les deux textes. Il s'agit d'une expérience utilisée dans le cadre d'études sur le raisonnement lors du traitement d'une analogie. L'objectif était de voir si les personnes qui réussissent mieux à établir des liens entre différents domaines avaient une meilleure performance créative (mesurée avec le CEDA). Les résultats révèlent que 76% des participants ont utilisé des idées en cours de définition ou « à moitié cuites », c'est-à-dire qui sont présentes dans le processus de réflexion amorcé mais qui restent floues et incomplètes. Finalement, le test avec le CEDA a permis de mesurer la performance créative des participants afin de voir s'il existait des corrélations entre la façon dont on représente (à l'externe) l'information stockée dans la mémoire ou l'originalité de ces mots et la performance créative, et entre la perception d'analogies entre différents domaines et la performance créative. Aucune corrélation significative sur le plan statistique n'a pu être montrée. Cependant les résultats empiriques ont pu être partagés avec les apprenants afin d'accroître leurs connaissances de leurs propres processus cognitifs (et métacognitifs) leur donnant ainsi un levier éducatif additionnel pour développer leur potentiel de créativité. La troisième étude a permis de concevoir, de développer, de donner et d'évaluer l'impact d'un cours de 45 heures sur la créativité dans le contexte de l'ingénierie. Le cours est ancré sur un cadre théorique cognitif et fait appel à 10 stratégies pédagogiques dont des jeux sérieux, un cahier d'observations personnelles, des projets individuels (artistiques) et collectifs (ingénierie). L'impact du cours sur la performance créative a été évalué quantitativement et qualitativement avec le CEDA. Le cours a eu lieu à l'École Polytechnique de Montréal durant trois sessions. Cent-trente-deux étudiants provenant de programmes de premier cycle et des cycles supérieurs ont participé au cours. Les résultats quantitatifs (t-test pairés pré-post : fluidité (t=-2.95), flexibilité (t=-2.62), originalité (t=-3.06), utilité (t=-3.58)) indiquent que le cours permet d'améliorer significativement la performance créative des participants, selon les quatre critères d'évaluation du CEDA mentionnés ci-dessus. Les résultats qualitatifs, classés selon trois thèmes (pertinence, perception, apprentissage), révèlent que les étudiants ont apprécié le cours et l'ont trouvé pertinent, et que celui-ci contribuait à accroître leur compréhension de la créativité, de ses mécanismes cognitifs et des approches disponibles pour l'améliorer. Les trois études ont permis d'acquérir une meilleure compréhension de la créativité et des façons de la développer dans un contexte d'ingénierie. Il est raisonnable de penser que les leçons tirées de ces études s'appliquent à de nombreux domaines dans lesquels il pourrait être pertinent d'avoir des activités de formation à la créativité.  ABSTRACT: Creative and innovative people are recognized for their contribution to society's wellbeing. Engineers are often called upon to produce innovative ideas and thus participate in the improvement of their organization's products, services, and processes. Research on creativity provides theories, models, tools, and empirical results which can be exploited in training programs on the subject. Educational institutions and organizations could benefit from this in order to improve the creative skills of their students and employees. However, the extent and dispersion of the literature on creativity across many disciplines, the lack of structure in theoretical frameworks, the wide range of objectives and pedagogical activities reported in the studies on the teaching of creativity and the limited number of work on impact assessment mean that teachers and curriculum developers need guidance on how to achieve good results. Following a cognitive approach, we conducted three studies that led us to design and develop a course on creativity that had the advantages of being rooted in a solid theoretical framework, fully explained, and tested on the ground with three groups of engineering students. A recent tool proposed to evaluate creativity in an engineering context is the Creative Engineering Design Assessment (CEDA) (Charyton, 2014). Considering that there are very few reports on its use in the field, our first study was designed to improve the CEDA's evaluation process and determine its reliability using a statistical method widely used in engineering: the Reproducibility and Repeatability method (R&R). R&R is generally used on quantitative data such as length or voltage, but in this case it was applied to the CEDA which uses qualitative data. The scales make it possible to assess five aspects of creativity - divergent thinking, convergent thinking, constraint satisfaction, problem finding and problem solving - using four criteria - fluency, flexibility, originality and usefulness. Three judges assessed 22 tests completed by professionals interested in creativity. Control charts (for monitoring and controlling process variation) were used to analyze the reliability of the evaluation strategy. As a first step, the Likert scales' criteria for assessing originality and usefulness were decided collectively by the evaluators. Because less than 10% of the measurement system's total variation was due to the tool variation, we concluded that CEDA can provide an accurate and reliable measure of the creative performance in engineering, and that R&R provides an adequate assessment for the CEDA's reliability. The second study investigated the relationship between creative performance and two cognitive abilities related to creativity: the retrieval and external representation of encoded concepts, and the management of multiples concepts at one time (potentiality). It consists of two cognitive exercises and the CEDA test. The first was inspired by mental and conceptual mapping to study the recovery and external representation (on paper) of concepts stored in memory. Three stimuli (two objects and one word) were presented one at a time to engineering students who were asked to represent what those stimuli made them think of. We calculated the number of words (concepts) reported by each participant; an average of 11 words was counted. The types of external representations they used to display the concepts stored was also studied; 89% of participants produced stars-like representations, with or without chains (more than one concept in line). Also, the originality of the words composing those maps was evaluated; 79% scored between 2 and 4 out of 10 for originality. The ultimate goal was to determine whether certain types of external representations (showing more elaborate connections between concepts) foster more creativity (measured with the CEDA) than other types of representations. There were no significant correlations between the types of external representations or their originality and the creative performance. Theoretical models of creativity often suggest that the creativity process involves a particular thinking style or as Amabile depicts “the ability to use wide, flexible categories for synthesizing information and the ability to break out of perceptual and performance ‘scripts'” (Amabile, 2012, p. 3). Therefore, the goal of the second experiment was to determine the participants' thinking style when resolving a problem. Participants were asked to read two short scenarios from two different fields (military strategy and medicine), to answer a question at the end of the second text which showed whether they had seen the analogy between the military problem and the medical problem. This procedure is often used in studies of analogy. No significant correlation was found between success in establishing links between different fields (principle of analogy) and creative performance as measured with the CEDA. Interestingly, however, 76% of participants used ill-defined or “half-baked” ideas, which lends support to the theory that ideas unfold through reflecting on, and thereby crystallizing, unclear and/or incomplete ideas, as opposed to generating many and choosing the best. Participants who reported “half-baked” ideas did not necessarily obtain higher CEDA scores. This is consistent with the hypothesis that the benefits of honing of ill-defined ideas come to light in creative problems or tasks that unfold over hours, days, or years, particularly those that involve breaking out of a rut. The CEDA was used to compare participants' creative performance on the two previous cognitive experiments to determine if there were correlations between creative performance and (1) the way information stored in memory is externally represented, and (2) the detection of analogies. No significant correlations were found. However, the results (especially map types and CEDA) provided information that was shared with students to increase their knowledge of their own processes (metacognition), giving them additional educational mechanisms to develop their creative potential. The third study consisted in the design and teaching of a three-semester, 45-hour course on creativity in an engineering context at Polytechnique Montreal. The course was anchored in a conceptual framework involving 10 pedagogical activities, including serious games, a personal observation notebook, individual (artistic) and collective (engineering) projects. One hundred and thirty-two students from undergraduate and graduate programs participated. The impact of the course on creative performance was evaluated quantitatively and qualitatively with the CEDA. The t-test paired values (pre-post) showed the course significantly improved participants' creative performance, according to four criteria: fluidity (t=-2.95), flexibility (t=-2.62), originality (t=-3.06), usefulness (t=-3.58). The qualitative information was categorized into three themes: relevance, perception and learning. The students reported that they enjoyed the course, and found it relevant in their curriculum, and claimed it helped to increase their understanding of creativity, its cognitive mechanisms, and techniques for improving it. Thus, the third study provides useful information on how to build a creativity course anchored on a theoretical framework, and empirical results on the impact of the course on participants' creative performance. We concluded that the three studies were useful to gain a better understanding of creativity and ways to develop it in an engineering environment. It is reasonable to think that the lessons learned from these studies apply to many areas in which it would appear appropriate to develop effective and efficient creativity training activities.


identifier: Zagre, G. É. P. (2016). Algorithme tabou pour le problème de positionnement des trous de forage en tenant compte d'un indice d'incertitude des blocs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cadre de la recherche exploratoire, le problème du positionnement des trous de forage (PTF) émerge du besoin de planifier avec précision les forages de définitions dont le but est d'améliorer la connaissance du gisement souterrain. Pour résoudre ce problème deux approches sont souvent utilisées : l'approche géostatistique et l'approche d'optimisation. L'approche géostatistique actuelle consiste principalement à subdiviser le champ exploré en blocs classifiés en fonction de la précision de l'estimation de leur teneur en minerais, et à positionner plus ou moins subjectivement les forages vers les blocs d'intérêt. L'approche d'optimisation propose de sélectionner le meilleurs sous-ensemble de forages pour maximiser la couverture des blocs par les forages, mais ne discrimine pas les blocs en fonction de l'information déjà disponible sur ceux-ci. La nouvelle approche proposée dans ce travail intègre ces deux approches : une métaheuristique est développée pour résoudre le problème du PTF en prenant en compte un nouvel indice d'incertitude sur la présence du gisement dans un bloc : la variance de faciès. La méthode géostatistique proposée pour le calcul de la variance de faciès s'applique directement à la reconstitution de l'enveloppe surfacique du gisement. Elle est basée sur l'interprétation d'un variogramme expérimental construit à partir des forages existants et utilise la simulation par bandes tournantes. Le problème du PTF est reformulé pour tenir compte de ce nouvel indice d'incertitude des blocs et un algorithme tabou est développé pour permettre de résoudre le PTF ainsi reformulé. Les résultats de cet algorithme se montrent satisfaisants, permettant d'obtenir des solutions de qualité avoisinant 95% de l'optimum pour des instances moyennes du problème d'optimisation. L'intuition qui a donné lieu à ce travail est qu'il est possible d'intégrer un critère de discrimination des blocs, basé sur les forages existants dans la formulation actuelle et courante du PTF. Les travaux de cette recherche montrent que la prise en compte de la variance de faciès comme indice d'incertitude est une valeur ajoutée dans la solution du problème de PTF La méthode proposée est applicable aussi bien en 2D qu'en 3D.  ABSTRACT: As part of mining exploration, the drill holes positioning problem (DPP) emerges from the need to accurately plan definition drill holes whose aim is to improve current knowledge of the underground deposit. Two approaches are often used to solve this problem: the geostatistical approach and the optimization approach. The current geostatistical approach consists mainly in subdividing the exploration field into blocks that are classified according to the perceived accuracy of their mineral content estimation. The drill holes are then planned with more or less subjectivity, roughly placing new drill holes next to the blocks of interest. The optimization approach aims to select the best subset of drill holes that maximizes coverage of the blocks (proximity between drill holes and blocks). However the blocks are not differentiated and the current available information (existing samplings) is unused. This research proposed a new approach that incorporates both approaches: a meta-heuristic is developed to solve the DPP while taking into account a new uncertainty index that quantifies reliability of the current interpretation of the blocks. This new index is defined as the blocks facies variance index. A geostatistical process is proposed for calculating the blocks facies variance and this process is shown to be enhancing the reconstitution of the deposit surface or external envelope. The proposed method relies on the experimental variogramme calculated from existing samples and involves geostatistical simulations using the turning bands algorithm. The DPP is reformulated to include the new uncertainty index and a tabou search algorithm is developed to solve that new formulation of the DPP. The proposed tabou search algorithm is shown to provide good quality solutions approaching 95% of the optimal solution calculated for medium size problems. The intuition that led to this work was that it is possible to enhance the DPP with the use of the current information from existing drill holes. This research shows that defining and taking into account the blocks facies variance adds value and provides better solutions to the DPP. Furthermore, the proposed method is applicable to both 2D and 3D deposits.


identifier: Djire, J.-B. (2016). Extraction automatique de mesures sur différentes postures de mannequins 3D de la base CAESAR  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les caractéristiques du corps humain sont des éléments essentiels lors de la conception de postes de travail sécuritaires et efficaces. Parmi ces caractéristiques, l'anthropométrie, c'est-à-dire l'étude des dimensions corporelles, des travailleurs constitue l'information de base pour adapter le poste de travail aux opérateurs. Pour les aider dans le dimensionnement de postes de travail, les concepteurs ont à leur disposition des normes, notamment la norme ISO 14738. Cette norme internationale fournit des recommandations de dimensions de l'environnement de travail qui sont calculées à partir de données anthropométriques européennes. Il est possible d'utiliser cette norme quelle que soit la région du monde à condition d'avoir à disposition les données anthropométriques de la population de travailleurs que l'on cible. Obtenir les données anthropométriques d'une population est un processus long et couteux car un expert en anthropométrie doit mesurer manuellement les dimensions de chaque sujet. Le nombre de dimensions et de sujets mesurés est donc limité. Grâce au scanner 3D le temps d'obtention des dimensions anthropométriques peut être fortement réduit. La base de données CAESAR est une étude anthropométrique internationale qui combine mesures traditionnelles et scannage 3D des sujets. Le problème associé à l'utilisation de scan 3D réside dans la difficulté pour localiser des repères anatomiques sur les scans. Dans ce mémoire nous proposons une méthode qui permet d'extraire automatiquement des dimensions corporelles des scans de la base de données CAESAR. Les dimensions extraites sont des mesures anthropométriques utilisées dans la norme ISO 14738. La méthode développée permet de localiser automatiquement des repères anatomiques sur des mannequins qui sont en position debout ou assise. Elle utilise l'algorithme de partitionnement DBSCAN pour construire un squelette du scan et segmenter les différentes régions du corps humain. Ensuite nous transformons le nuage de points 3D de chaque membre en image 2D à l'aide du concept de carte de profondeur. Enfin grâce à des techniques de traitement d'images, nous avons identifié des repères anatomiques et calculer les dimensions nécessaires à la norme ISO14738. Le concept de carte de profondeur permet d'accélérer énormément le temps de calcul nécessaire pour localiser les repères  anatomiques. Cependant la variabilité des postures et les fortes corpulences engendrent des cartes de profondeur défectueuses. Pour évaluer la précision de l'algorithme de localisation des repères, nous avons comparé les mesures automatiques à des mesures extraites manuellement par pointage direct sur les scans 3D. La précision a été évaluée à l'aide de l'indice REM (magnitude de l'erreur relative) et de l'indice MAD (erreur absolue moyenne). La majorité des mesures ont un REM compris entre 4% et 10% ce qui correspond à une précision jugée « moyenne » voir     « bonne ». Toutes les mesures ont une erreur absolue moyenne inférieure à 5 cm par rapport aux dimensions extraites manuellement. Cela reste supérieure à la précision requise lors de mesures manuelles réalisées par des experts en anthropométrie qui est environ d'un centimètre. Mais le gain de temps obtenu est considérable. Pour augmenter la précision, une des approches serait d'utiliser des techniques de traitement d'images plus poussées, car dans cette étude les algorithmes employés utilisent uniquement l'analyse des dérivées première et seconde pour localiser les repères anatomiques. Enfin il faudrait améliorer le processus de construction de carte de profondeur pour qu'il soit plus robuste face aux variations de posture et de morphologie.  ABSTRACT: Human body characteristics are essential to design ergonomic and efficient working place. Among these characteristics, the anthropometry (the study of human body dimensions) of the workers is the first information needed to adapt the workplace environment. To guide them in the process of developing a workplace, designer uses standard such as ISO 14738. This international standard uses European anthropometric data to calculate workplace dimensions. It's possible to use this standard everywhere, provided that you have your worker anthropometric data. An anthropometric survey is very long and expensive because an anthropometric expert has to manually measure each subject. So the number of dimensions and subjects are limited. The use of 3D scanner can reduce significantly the time needed to measure a subject. The CAEAR database is an international anthropometric survey which combines traditional method of measurement and uses of a scanner. However, the position of the anatomical landmarks is difficult to identify on a 3D Scan. This study proposes a method to extract automatically some measures from the scan of the CAESAR anthropometric survey. The dimensions extracted are useful to update the ISO 14738 standard. The method we developed The method we developed to localise the anatomic landmark work on a 3D scan of a subject in a standing posture but also in a seating posture. We used a clustering algorithm to build a skeleton stick of the scan. Then we used depth map concept in order to transform each body region 3D points cloud into a 2D image. Finally, we used image processing techniques to identify the anatomical landmark and calculate the dimensions needed to update ISO 14738. Depth map concept enables the landmark localisation algorithm to deal with a lot of subject in a short time. But posture variability and corpulence cause defective depth map. We compared our algorithm automatic measurements with manual measurements. The manual measurements were calculated by using landmarks pointed directly on the 3D scans. The precision was evaluated using REM (relative error of magnitude) and MAD (mean absolute deviation). The majority of the extracted measure have an REM between 4% and 10%. It means, the precision of our automatic method can be judged as good-medium. All measurements have a MAD under 5 cm. This is higher than the precision requirements for manual measurements realized by anthropometric expert, which are around 1cm. But the process of using 3D scan and automatic method to obtain anthropometric dimensions is faster. In order to rise the precision, we can use more advanced techniques of image processing. In our method we simply used first and second derivative analysis on the depth map to localize the landmarks. Finally, the depth map building process need to be improved in order to be capable of dealing with posture and body shape variation.


identifier: De Almeida Gomes Akakpo, L.-K. (2016). Automatisation et optimisation de l'analyse de données de résonance magnétique pour les cerveaux de rongeur en développement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les lésions de la matière blanche parfois observées chez les enfants prématurés peuvent avoir des conséquences lourdes sur le développement cognitif, comportemental et social de l'enfant. Il est important de réagir tôt pour éviter des conséquences irrémédiables. Malheureusement, à l'heure actuelle, la capacité d'un traitement à protéger les habilités cognitives ou comportementales ne peut être évaluée qu'à un stade développemental avancé, et il est alors généralement trop tard pour un traitement alternatif. L'établissement de biomarqueurs qui corrèlent avec l'issue neuro¬développementale et qui permettent d'évaluer en phase aiguë l'effet du traitement serait très bénéfique.  À cet effet, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de choix. Son caractère non-invasif permet d'étudier sans risques additionnels cette population sensible. Le présent mémoire évalue la capacité des technologies de résonance magnétique à détecter les lésions diffuses de la matière blanche dans un modèle animal. Ce modèle animal reproduit les lésions observées chez l'humain prématuré en induisant une réaction inflammatoire par l'injection de lipopolysaccharides (LPS) directement dans le cerveau au troisième jour postnatal (P3).  L'objectif principal du travail présenté est le développement d'outils opérateur-indépendants et optimaux pour l'analyse des données de résonance magnétique du raton. En particulier, ces outils sont conçus pour l'analyse des données d'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et pour l'analyse de données de spectroscopie (MRS). Ces outils sont ensuite appliqués à la caractérisation du modèle animal via l'analyse de deux jeux de données. Le premier est constitué de données DTI acquises à P24 ex vivo sur deux groupes, un sham (témoin) et un ayant subi une injection de LPS. Le second comprend des données MRS et DTI acquises en phase aiguë de la réaction inflammatoire (P4) in vivo dans trois groupes : sham, LPS et un troisième ayant reçu l'injection de LPS et un traitement neuroprotecteur par l'injection de l'antagoniste recombinant de l'IL1-ß (IL1-Ra), une cytokine pro-inflammatoire.  Il existe différentes approches à l'analyse des données DTI : par région d'intérêt, par histogrammes, par tractographie et par comparaisons voxel-par-voxel. Principalement, dans ce mémoire, deux méthodes voxel-par-voxel ont été étudiées : "Voxel-Based Analysis" ou VBA et "Tract-Based Spatial Statistics" ou TBSS. VBA compare les populations en calculant une statistique pour chaque point de l'espace. TBSS, développé pour répondre à certaines limitations de VBA, compare les deux groupes en conduisant les tests sur un sous-ensemble des voxels de la matière blanche, le squelette de matière blanche.  Ces deux méthodes reposent sur une étape préliminaire majeure : la normalisation spatiale. La normalisation permet de s'assurer, jusqu'à un certain degré, que pour l'ensemble de la population les voxels comparés correspondent à une même région anatomique. Pour ce projet, trois méthodes de normalisation spatiale utilisant chacune un algorithme de recalage différent ont été implémentées : Symmetric Group-Wise Normalization avec l'algorithme Symmetric Normalization (SyN, de la suite Advanced Normalization Tools ou ANTs), la normalisation spatiale non-biaisée du module Diffusion Tensor Toolkit (DTI-TK) et une normalisation spatiale sur base du sujet le plus représentatif de la population avec l'algorithme FMRIB Non-linear Image Registration Tool (FNIRT, de la suite FMRIB Software Library ou FSL).  L'analyse automatique des données de diffusion peut donc se faire via différentes combinaisons de normalisation spatiale (ANTs, DTI-TK, FSL) et d'analyse voxel-par-voxel (VBA, TBSS). Il est généralement difficile de déterminer la meilleure combinaison et il n'y a pas de principes établis pour guider ce choix. Ceci est étudié dans l'article « Near equivalence of three automated diffusion tensor analysis pipelines in a neonate rat model of periventricular leukomalacia » où chacune des normalisations spatiales implémentées est testée en combinaison avec VBA et TBSS. L'étude démontre que les résultats sont très cohérents entre les différentes approches mais met en évidence des limitations de VBA et TBSS. Les résultats suggèrent qu'appliquer la normalisation DTI-TK en combinaison avec TBSS permet une analyse plus robuste, du moins pour les ratons et dans le cadre de ce modèle animal.  Des modules d'analyse par histogramme et de parcellisation automatique de la matière blanche sous-corticale ont également été implémentés et testés.  L'analyse des données de spectroscopie est plus directe, dans le sens où les paramètres de l'analyse sont moins influents sur le résultat. De ce fait, un pipeline unique et opérateur¬indépendant a été implémenté, incorporant le prétraitement des données et la quantification des métabolites à l'aide du Linear Combination Model (LCModel).  Ces pipelines DTI/MRS ont été appliqués à l'étude du modèle animal et ont permis de démontrer la sensibilité des technologies de résonance magnétique à ce type de lésion. En effet, l'analyse des données de diffusion ex vivo a souligné une lésion persistante et diffuse de la matière blanche sous-corticale du côté ipsilatéral. En phase aiguë de l'inflammation, les données de diffusion in vivo indiquent une forte diminution de la diffusivité radiale et axiale. La spectroscopie a également permis de mettre en évidence des changements métaboliques avec notamment une réduction de N-acetylaspartate, glutamate, phosphorylethanolamine et une augmentation de lipides et de macromolécules. Le traitement à l'IL1-Ra a permis de modérer les changements observés en DTI et en MRS.  En conclusion, différents outils « état-de-l'art » relatifs à l'analyse de données DTI et MRS ont été développés et appliqués avec succès à l'étude d'un modèle animal des lésions de la matière blanche de l'enfant prématuré. Les résultats permettent de considérer la DTI et la MRS comme technologies prometteuses pour la caractérisation et le suivi de ce type de lésion, celles-ci étant sensibles à la lésion en phase aiguë de la réaction inflammatoire ainsi qu'à un stade développemental plus avancé. Cependant, afin de permettre une interprétation solide des changements observés, il est nécessaire de confronter les observations IRM à d'autres méthodes d'imagerie telles que l'immuno-histologie, la microscopie électronique ou encore l'optique par cohérence tomographique.  ABSTRACT: White matter injuries observed in the preterm infant may have heavy consequences on the cognitive, behavioral and social development of the child and it is imperative to act early in order to avoid definitive repercussions. Unfortunately, for now, the efficacy of neuroprotective treatments can only be assessed at an advanced developmental stage when it is already too late to experiment with an alternative treatment. Finding biomarkers that correlate with the neuro¬developmental outcome and allow to assess the efficacy of the treatment at an early stage would be greatly beneficial.  Magnetic resonance imaging (MRI) is a prominent technology with potential for establishing quantitative biomarkers. Moreover, its non-invasive nature allows to study this sensitive population without additional risks. This thesis assesses the use of MRI technologies for the study of diffuse white matter injury in an animal model. This animal model reproduces the lesions observed in human preterms by inducing an inflammatory reaction in the neonate rat brain by an injection of lipopolysaccharides (LPS) at postnatal day 3 (P3).  The main goal of this project is to develop user-independent and optimal tools for the analysis of magnetic resonance data of the rat pup brain. Specifically, these tools are designed for the analysis of diffusion tensor imaging (DTI) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) data. The secondary goal is to apply these tools to the study of the animal model of white matter injury. The data are made up of two different sets. The first one is constituted of DTI data only acquired ex vivo at P24 on two different groups: one sham and one that underwent an LPS injection. The second set of data comprises both DTI and MRS data. Data were acquired in vivo at the acute phase of injury (P4) on three different groups: sham, LPS and a third group that was injected with LPS and received a neuroprotective treatment by administration of the recombinant antagonist of IL1¬ß (IL1-Ra), a pro-inflammatory cytokine.  There are several ways to conduct the analysis of DTI data: by region of interest, by histograms, by tractography or by conducting voxelwise comparisons. Primarily, in this thesis, two voxelwise methods were studied: “Voxel-Based Analysis” or VBA and “Tract-Based Spatial Statistics” or TBSS. VBA compares populations by computing a statistic at every voxel of the image. TBSS, which has been developed to alleviate some limitations of VBA, runs the statistical tests on a subset of voxels in the white matter, the white matter skeleton.  Both these methods strongly rely on a specific image processing step: the spatial normalization. The normalization ensures, to a certain extent, that the voxels correspond to a same anatomical region across the subjects. Here, three normalization approaches, each using a different registration algorithm, were implemented: Symmetric Group-Wise Normalization using the Symmetric Normalization (SyN) algorithm of the Advanced Normalization Tools (ANTs) toolbox; the unbiased normalization of the Diffusion Tensor Toolkit (DTI-TK); and a normalization based on the population most representative subject using FMRIB Non-linear Image Registration Tool (FNIRT) algorithm of the FMRIB Software Library (FSL).  Automatic diffusion data analysis can therefore be performed using combinations of a certain spatial normalization (ANTs, DTI-TK, FSL) and a voxelwise analysis (VBA, TBSS). Determining the best combination is not straight-forward and there are no principled ways to choose one combination over another. This was studied in the submitted paper “Near equivalence of three automated diffusion tensor analysis pipelines in a neonate rat model of periventricular leukomalacia” in which each of the implemented normalization methods were tested in combination with VBA and TBSS. Results demonstrate great coherence among the tested pipelines but also underlines both VBA and TBSS limitations. The study also suggests that, for the rat pup data of this animal model, combining DTI-TK normalization with TBSS might yield a more robust analysis.  Other analysis modules implemented for the study of DTI data include analysis by histogram and by automatic parcelling of sub-cortical white matter.  Magnetic spectroscopy data analysis does not depend as strongly to the processing pipeline as diffusion data. Therefore, a unique and user-independent pipeline was implemented. This pipeline incorporates data preprocessing operations and automatic metabolites quantification using the Linear Combination Model (LCModel).  These pipelines were applied to the study of the animal model and the results demonstrated that magnetic resonance technologies are sensitive to these injuries. The ex vivo diffusion data exhibited a persistent and diffuse injury of the sub-cortical white matter on the ipsilateral side. At the acute phase, the in vivo diffusion data showed a strong decrease of axial and radial diffusivities.  The spectroscopy data also underlined metabolic perturbations with essentially a decrease of N-acetylaspartate, glutamate, phosphorylethanolamine and an increase of lipids and macromolecules. The IL1-Ra neuroprotective treatment seemed effective and moderated the amplitude of these changes in both DTI and MRS.  In conclusion, various state-of-the-art analysis tools for DTI and MRS data were developed and successfully applied to the study of an animal model of diffuse white matter injury of the preterm baby. Results indicate that DTI and MRS are potential tools for the characterisation and monitoring of this pathology, these being sensitive to the injury in the acute and chronic stages.  However, in order to further strengthen the interpretation of these results, it is necessary that these be supported by other imaging technologies such as immuno-histology, electronic microscopy or optical coherence tomography.


identifier: Saboury, A. (2016). On the Fault-Proneness of Javascript Code Smells  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: JavaScript est un langage de script qui a gagné beaucoup en popularité cette dernière décennie. Initialement utilisé exclusivement pour le développementWeb côté client, il a évolué pour devenir l'un des langages de programmation les plus populaires. Les développeurs l'utilisent aujourd'hui aussi bien pour le développement Web côté client que côté serveur. Comme pour les applications écrites dans d'autres langages de programmation, le code JavaScript peut contenir des mauvaises odeurs, qui sont des mauvais choix de conception ou d'implémentation pouvant affecter négativement la maintenabilité et la qualité des applications. Dans ce mémoire, nous étudions les mauvaises odeurs de code dans les applications serveurs JavaScript dans le but de comprendre l'impact des mauvaises odeurs de code sur la fiabilité des applications JavaScript. Grâce à des modèles d'analyse de survie, nous examinons le risque d'occurrence de fautes dans les fichiers contenant des mauvaises odeurs de code et les fichiers ne contenant pas de mauvaise odeur de code. Au total, nous avons analysé 12 mauvaises odeurs de code contenues dans 537 versions de cinq bibliothèques JavaScript parmi les plus populaires : express, grunt, bower, less.js et request. Les résultats obtenus montrent qu'en moyenne, le risque d'occurrence de fautes dans les fichiers sans mauvaise odeur de code est 65% inférieur à celui des fichiers contenants des mauvaises odeurs de code. Parmi les mauvaises odeurs étudiées “Variable Reassign” et “Assignment in conditional statements” sont celles qui présentent le plus grand risque d'occurrence de fautes. Afin de comprendre la perception des développeurs vis-à-vis des 12 mauvaises odeurs de code étudiés, nous avons effectué un sondage auprès de 1484 développeurs JavaScript. Les résultats montrent que les développeurs considèrent les mauvaises odeurs de code “Nested Callbacks,” “Variable Re-assign” et “Long Parameter List” comme étant de sérieux problèmes de conception qui entravent la maintenabilité et la fiabilité des applications JavaScript. Une évaluation qui corrobore les résultats de notre analyse quantitative. Globalement, les mauvaises odeurs de code augmentent le risque d'occurrence de fautes dans les applications JavaScript. Nous recommandons aux développeurs de les corriger tôt avant la mise en marché de leurs applications.  ABSTRACT: JavaScript is a scripting programming language that has gained a lot of popularity this past decade. Initially used exclusively for client-side web development, it has evolved to become one of the most popular programming languages, with developers now using it for both client-side and server-side application development. Similar to pplications written in other programming languages, JavaScript applications contain code smells, which are poor design choices and implementation that can negatively impact maintainability and quality. In this thesis, we investigate code smells in JavaScript applications with the aim to understand how they affect the fault-proneness of software. We detect 12 types of code smells in 537 releases of five popular JavaScript libraries (i.e., express, grunt, bower, less.js, and request) and perform a survival analysis, comparing the time until the occurrence a fault, in files containing code smells and files without code smells. Results show that (1) on average, files without code smells have hazard rates 65% lower than files with code smells, and (2) Among the studied smells, “Variable Re-assign” and “Assignment In Conditional statements” code smells have the highest hazard rates. Additionally, we conduct a survey with 1,484 JavaScript developers to understand the perception of developers towards our studied code smells. We found that developers consider “Nested Callbacks,” “Variable Re-assign,” and “Long Parameter List” code smells to be serious design problems that hinder the intainability and reliability of applications ; assessment in line with the findings of our quantitative analysis. Overall, code smells affect negatively the fault-proneness of JavaScript applications. Therefore, developers should consider tracking and removing them early on before the release of software to the public.


identifier: Tourani, P. (2016). On the Impact of Affect in Software Engineering  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Selon les études scientifiques, l'une des meilleures façons d'améliorer la performance des développeurs de logiciels peut être réalisée en se concentrant sur les individus. Par exemple,Agile Manifesto a évalué les individus et leurs interactions sur les processus et les outils,tout en mettant l'accent sur le fait de fournir un environnement favorable et souhaitable aux employés. En outre, les recherches menées dans les autres domaines comme la psychologie, le comportement économique et organisationnel révèlent que le bien-être émotionnel des gens agit comme une force causale de leur productivité. Les affects d'individus, c'est-à-dire leurs émotions, leurs sentiments et leur humeur influencent sur leur comportement et leurs interactions et, par conséquent, le développement de logiciels en tant qu'activité collaborative des développeurs peuvent également être influencé par ces affects. Surtout sachant que le développement logiciel est un processus complexe, cognitif et intellectuel, ces affects peuvent avoir un impact significatif sur son succès. Jusqu'à présent, très peu d'études ont été menées dans un contexte de génie logiciel pour étudier comment les affects des développeurs pourraient influencer le processus de développement logiciel et quelles conséquences ils peuvent apporter. Cette thèse vise à étudier le lien entre les affects des développeurs et les aspects cruciaux du processus d'ingénierie logicielle, il s'agit de la qualité du travail en résultat et le temps nécessaire pour y parvenir. À cette fin, nous avons effectué plusieurs études empiriques sur des projets "open source" populaires. Dans un premier temps, nous avons essayé d'analyser la présence d'affects dans des artefacts de génie logiciel/ de l'ingénierie du logiciel, d'inspecter leurs significations dans ce contexte et de vérifier la faisabilité du support automatique d'outil pour la détection de l'affect dans le domaine du génie logiciel/ de l'ingénierie du logiciel grâce à ces études empiriques. Ensuite, deux grandes études de cas empiriques ont été réalisées pour analyser l'impact des systèmes métriques liés affectifs. Dans la première étude, nous avons examiné l'impact de divers facteurs, y compris le sentiment de l'issue et les commentaires sur la défectuosité-pronostic d'un correctif. Ensuite, les commentaires ont laissé dans le repérage de la sortie et des dépôts utilisés comme proxy pour les discussions humaines. Les modèles explicatifs ont montré une précision et un rappel significatif, en particulier en raison de l'impact des facteurs humains de la discussion humaine, tandis que les paramètres liés au sentiment y jouent également un rôle. Dans notre deuxième étude, nous nous sommes concentrés sur la durée de l'examen du code et la résolution des problèmes, qui sont deux activités principales dans le développement de logiciels. Bien que cette étude utilise les mêmes données que l'étude précédente, les facteurs analysés l'ont plus largement été sélectionnés, par exemple, pour les facteurs liés à l'affect, les mesures, y compris le sentiment, l'émotion et la politesse des commentaires ont été calculés. Les facteurs liés à l'affect sont apparus parmi les 10 principaux éléments influents des modèles proposés. Tandis que, des modèles explicatifs forts ont été obtenus avec une haute précision et un rappel élevé, c'est-à-dire plus de 75% pour aussi bien la précision que pour le rappel. Les découvertes de ces deux études ont révélé que des facteurs concernant l'affect ont un impact sur de principales mesures du processus de développement de logiciels, incluant la qualité et le temps pris pour mettre fin aux activités principales, il s'agit de l'examen de code et la résolution des problèmes (publication). Cela est encore plus important pour les projets "open source", car récemment, de nombreux projets "open source" populaires et même des référentiels de code comme Github ont commencé à chercher une solution possible pour traiter des conflits, sous forme de codes de conduite. De grands projets logiciels, comme des projets "open source", sont construits et entretenus en collaboration par des équipes de développeurs et de testeurs, qui sont typiquement et géographiquement dispersés. Cette dispersion crée une distance entre des membres de l'équipe, cachant des entiments de détresse ou (un)bonheur de leur gestionnaire, ce qui les empêche d'utiliser des techniques de remédiation de ces sentiments. La mesure automatique de l'incidence des artefacts du génie logiciel peut aider des gestionnaires à contrôler leurs environnements d'équipe en fonction de leurs besoins et à augmenter leur conscience émotionnelle. Cela pourrait finalement conduire à une meilleure prise de décision pour ces directeurs au moment désiré à stimuler l'ambiance de leur équipe et de traiter des conflits ou des obstacles avant qu'ils deviennent perplexes et insolubles. Nous avons conduit une étude empirique pour comprendre des codes de conduite et leur rôle dans des projets "open source". Nous espérons que cette évaluation de codes de conduite et nos résultats avec des mesures d'affect automatisées pourront permettre aux praticiens de non seulement remarquer des problèmes, mais également d'évaluer des contre-mesures éventuelles à prendre.  ABSTRACT: According to scientific studies, one of the best ways to improve software developers' performance is by focusing on people. For instance, Agile manifesto valued individuals and their interactions over processes and tools, while emphasizing a supportive and desirable environment for employees. Moreover, research in other fields like psychology, economic and organizational behaviour reveals that emotional well-being of people acts as a causal force for their productivity. Affects of individuals, i.e. their emotions, feelings, and mood influence human behaviour and interactions, and therefore, software development as a collaborative activity of developers can be influenced by affect too. Especially knowing that software development is a complex, cognitive, and intellectual process, affect might have a significant impact on its success. So far, very few studies have been conducted in a software engineering context to investigate how developer affect may influence the software development process and what consequences they can bring about. This PhD dissertation aims to investigate the link between affect of developers and important aspects of software engineering process, i.e., quality of the resulting work and the time taken to achieve it. For this purpose, we conducted several empirical studies on popular open source projects. First, we tried to analyze the presence of affects in software engineering artifacts, inspect their meanings in this context and verify the feasibility of automatic tool support for affect detection in the software engineering domain through empirical studies. Next, two large empirical case studies were done to analyze the impact of affective-related metrics. In the first study, comments left in the issue tracking and review repositories were considered as proxy for human discussions. Then, we investigated the impact of various factors including sentiment of issue and review comments on defect-proneness of a patch. Explanatory models showed significant precision and recall, especially due to the impact of human discussion factors while sentiment-related metrics play a role in them too.  In our third study, we focused on the duration of code reviewing and issue resolution, which are two major activities in software development. While this study used the same data as the previous study, the analyzed factors were selected more widely, for instance, for affectrelated factors, measurements including sentiment, emotion and politeness of comments were computed. Affect-related factors appeared among the top 10 influential factors of proposed models. While, strong explanatory models were obtained with high precision and recall, i.e., mostly higher than 75% for both precision and recall. Findings of these last two studies revealed that affect-related factors impact major metrics in software development process including quality and time taken to finish main activities, i.e., code reviewing and issue resolution. This is even more important for open source projects, since recently, many popular open source projects and even code repository like Github started to look for a possible solution to deal with conflicts, in the form of codes of conduct. Large software projects like open source projects, are constructed and maintained collaboratively by teams of developers and testers, who are typically geographically dispersed. This dispersion creates a distance between team members, hiding feelings of distress or (un)happiness from their manager, which prevents him or her from using remediation techniques for those feelings. Automatic affect measurement from software engineering artifacts can help managers to monitor their team environments affect-wise and increase their emotional-awareness. This finally may lead to better decision making for managers at the appropriate time to boost the atmosphere of their team and to deal with conflicts or obstacles before they are getting perplexing and insoluble. We conducted an empirical study to understand codes of conduct and their role in open source projects. We hope that this evaluation of codes of conduct and our results with automated affect measurements will be able to enable practitioners to not only notice problems, but also evaluate possible countermeasures to take.


identifier: Boisvert, M. (2016). Contribution à l'étude et au développement de nouvelles poudres de fonte  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'obtention de graphite libre dans des pièces fabriquées par métallurgie des poudres (M/P) est un défi auquel plusieurs chercheurs se sont attardés. En effet, la présence de graphite après frittage améliore l'usinabilité des pièces, permettant donc de réduire les coûts de production, et peut aussi engendrer une amélioration des propriétés tribologiques. L'approche utilisée dans cette thèse pour tenter d'obtenir du graphite libre après frittage est par l'utilisation de nouvelles poudres de fontes atomisées à l'eau. L'atomisation à l'eau étant un procédé de production de poudres relativement peu coûteux qui permet de grandes capacités de production, le transfert des découvertes de ce doctorat vers des applications industrielles sera donc économiquement plus favorable. En plus de l'objectif d'obtenir du graphite libre après frittage, un autre aspect important des travaux est le contrôle de la morphologie du graphite libre après frittage. En effet, il est connu dans la littérature des fontes coulées/moulées que la morphologie du graphite influencera les propriétés des fontes, ce qui est aussi vrai pour les pièces de M/P. Les fontes ductiles, pour lesquelles le graphite est sous forme de nodules sphéroïdaux isolés les uns des autres, possèdent des propriétés mécaniques supérieures aux fontes grises pour lesquelles le graphite est sous forme lamellaire et continu dans la matrice. Les résultats présentés dans cette thèse montrent qu'il est possible, dans des mélanges contenant des poudres de fontes, d'avoir un contrôle sur la morphologie du graphite et donc sur les propriétés des pièces. Le contrôle de la morphologie du graphite a principalement  été  réalisé  par  le  type  de  frittage  et  le  phénomène  de  diffusion « uphill » du carbone causé par des gradients en silicium. En effet, pour les frittages en phase solide, tous les nodules de graphite sont présents à l'intérieur des grains de poudre après frittage. Pour les frittages en phase liquide, l'intensité de la diffusion « uphill » permet de conserver plus ou moins de graphite nodulaire à l'intérieur des régions riches en silicium, alors que le reste du graphite précipite sous forme lamellaire/vermiculaire dans les régions interparticulaires. L'étude des poudres de fontes et la recherche des mécanismes régissant la morphologie du graphite dans les fontes coulées/moulées nous ont amenés à produire des poudres de fontes traitées au magnésium avant l'atomisation. Plusieurs résultats fondamentaux ont été obtenus de la caractérisation des poudres traitées au magnésium et de leur comparaison avec des poudres de chimies similaires non traitées au magnésium. D'abord, il a été possible d'observer des bifilms d'oxyde de silicium dans la structure du graphite primaire d'une poudre de fonte grise hypereutectique. Il s'agit des premières images montrant la structure double de ces défauts, venant ainsi appuyer la théorie élaborée par le professeur John Campbell. Ensuite, il a été montré que le traitement au magnésium forme une atmosphère protectrice gazeuse autogénérée qui empêche l'oxydation de la surface du bain liquide et donc, la formation et l'entrainement des bifilms. Le rôle du magnésium sur la morphologie du graphite est de diminuer le soufre en solution en formant des précipités de sulfure de magnésium et ainsi d'augmenter l'énergie d'interface graphite-liquide. En réponse à cette grande énergie d'interface graphite-liquide, le graphite cherche à minimiser son ratio surface/volume, ce qui favorise la formation de graphite sphéroïdal. De plus, deux types de germination ont été observés dans la poudre de fonte hypereutectique traitée au magnésium. Le premier type est une germination hétérogène sur un nombre limité de particules faites de magnésium, d'aluminium, de silicium et d'oxygène. Le deuxième type est une germination homogène des nodules dans certaines régions du liquide plus riches en silicium. L'observation du centre réel tridimensionnel, en microscopie électronique en transmission en haute résolution, d'un des nodules ayant subi une germination homogène a permis de confirmer que le mode de croissance du graphite sphéroïdal se produit selon le modèle de la croissance en feuille de chou. Finalement, il a été observé que toutes les poudres ayant été traitées au magnésium et atomisées à l'eau sont plus sphériques que des poudres d'alliages similaires non traités au magnésium. Le traitement au magnésium permet de diminuer le soufre en solution, ce qui augmente la tension de surface du liquide et donc, diminue le temps de sphéroïdisation. De plus, le magnésium en solution dans le liquide crée une atmosphère riche en magnésium autour des particules en cours d'atomisation. Cette couche gazeuse diminue le transfert thermique des particules avec l'environnement, ce qui augmente le temps de solidification et favorise la sphéroïdisation des particules. L'obtention de poudres plus rondes, atomisées à l'eau, est un avantage significatif quant à la réduction des coûts pour la production de poudres destinées au marché de la fabrication additive.  ABSTRACT: Obtaining free graphite in parts manufactured by powder metallurgy (P/M) is a challenge that many researchers have considered. Indeed, the presence of graphite after sintering improves the machinability of sintered parts, thus reducing the production costs, and can also generate improved the tribological properties of the parts. The approach used in this thesis to obtain free graphite is to use new water-atomized cast iron powders. Water atomization is a method for producing relatively inexpensive powders which permits high production capacities. Thus, the transfer of the discoveries made in this Ph.D. toward industrial applications will be more cost effective. In addition to the objective of obtaining free graphite after sintering, another important aspect of this work is to control the morphology of graphite after sintering. Indeed, it is known in the cast iron literature that the graphite morphology influences the properties of the part, which is also true for P/M parts. Ductile cast irons contain spheroidal graphite nodules isolated from each other, and have superior mechanical properties compared to grey cast irons for which the graphite is lamellar. The results presented in this thesis show that it is possible, in mixtures made with cast iron powders, to control the morphology of graphite after sintering and therefore the properties of the parts. Controlling the morphology of graphite has primarily been achieved by the type of sintering used and a phenomenon called uphill diffusion of carbon caused by silicon gradients. For parts sintered in the solid state, all the graphite nodules are present inside the grains after sintering. For parts sintered in the liquid phase, the intensity of the uphill diffusion controls the amount of nodular graphite that will stay in the Si-rich areas, while the rest of the graphite precipitates are lamellar/vermicular and located in the interparticle areas. The study of cast iron powders and that of the mechanisms governing the morphology of graphite in molded cast iron led us to produce cast iron powders treated with magnesium before atomization. The characterization of the Mg-treated powders and that of non Mg-treated powders with similar chemistries, led to several fundamental observations. First, it was possible to observe silicon oxide bifilms in the primary graphite structure of a hypereutectic gray cast iron powder. These observations are the first to show the double-sided structure of these defects, which supports the theory developed by Professor John Campbell. It was then shown that a magnesium treatment of the melt forms a self-generated protective gas atmosphere that prevents oxidation of the surface of the melt, which hinders the formation and entrainment of oxide bifilms. The role of magnesium on the graphite morphology is to lower the dissolved sulfur content by forming MgS precipitates, which increases the graphite-liquid interface energy. In response to this high graphite-liquid interface energy, graphite seeks to minimize its surface/volume ratio, which favors the formation of spheroidal graphite. In addition, two types of nucleation were observed in the hypereutectic cast iron powder treated with magnesium. The first type is a heterogeneous nucleation that occurred on a limited number of particles made of magnesium, aluminum, silicon and oxygen. The second type is a homogeneous nucleation of nodules located in groups in areas of the melt that were rich in silicon during the atomization. The observation of the actual three- dimensional center of a graphite nodule, by high resolution transmission electron microscopy, that underwent a homogeneous nucleation event confirmed that the growth mode of spheroidal graphite occurs according the cabbage leaf model. Finally, it was observed that all the water-atomized powders treated with magnesium are more spherical than powders with similar chemistries by that were not treated with magnesium. Magnesium reduces the dissolved sulfur content in the melt, which increases the surface tension and therefore, decreases the spheroidization time. In addition, the magnesium in solution in the melt creates a magnesium-rich atmosphere that surrounds the particles during the atomization. This gaseous layer reduces the thermal transfer of the particles with the environment, thereby increasing the solidification time and promoting the spheroidization of the particles. Obtaining rounder water-atomized powders is a significant advantage for the production of cost-effective powders for the additive manufacturing market.


identifier: Léger, S. (2016). L'efficience du marché compétitif dans la gestion des déchets d'emballages dans le cadre de la responsabilité élargie des producteurs en Europe  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'application de la Responsabilité Élargie des Producteurs (REP) passe à travers les Organisations de Responsabilités des Producteurs (ORP). Celles-ci facilitent l'application de la REP en permettant aux entreprises, assujetties aux lois nationales européennes appliquant la directive 94/62/CE sur la valorisation des emballages en fin de vie, de déléguer leurs obligations de collecte et de valorisation et de n'exercer qu'une responsabilité financière. Cette recherche s'intéresse à l'impact de la mise en place d'un marché pour les ORP sur l'efficience des services de traitement des déchets d'emballages dans un contexte européen. Avant la création de ce marché, permettant l'entrée en scène des ORP compétitifs dans la gestion des déchets d'emballages, ceux préalablement implantés se trouvaient en situation de monopole. Ces ORP coordonnaient donc l'ensemble des services de traitement des emballages à l'échelle nationale. À travers le modèle de régression à effet fixe développé, on remarque que les ORP compétitifs ont permis d'améliorer la capacité des réseaux de collecte des déchets d'emballages. On observe aussi que ces derniers ont tendance à s'implanter dans des régions plus densément peuplées, expliquant ainsi l'accroissement subjacent. Toutefois, le recyclage présente des résultats ambigus. Bien que le recyclage de l'ensemble des emballages se soit amélioré sous les ORP compétitifs, il existe une tendance à la sélection choisie des matériaux (« cherry picking »). En effet, les matériaux moins facilement recyclables, tel le plastique, sont moins grandement échantillonnés. Le seul matériau faisant exception à cette observation est le papier et carton, leur gestion au recyclage est encore grandement prise en charge par les municipalités. Bien que cette recherche jette de la lumière sur l'efficience des ORP compétitifs, les catalyseurs de performance des systèmes de gestion du recyclage à l'échelle locale restent à être déterminés.  ABSTRACT: The implementation of the Extended Producer Responsibility (EPR) passes through Producer Responsibility Organisations (PROs). The latter facilitates the enforcement of EPR by allowing companies concerned by national laws on end of life packaging - based on the Directive 94/62/EC of the European Council - to delegate their collecting and recycling obligations, and to apply a financial responsibility. In this research we study the impact of an open PRO market on the provision of waste management services, in a European context. Before the implementation of the open market PROs used to be monopolistic organisation coordinating the whole set of waste services at a national scale. A fixed effect regression model has been developed. The results show that the open market has allowed increasing the capacity of collection network. It also shows that competitive PROs are more likely to set up shop in more densely populated areas, which in turn explains the latter increase. However, results are much different for recycling. Competitive PROs have a tendency to cherry pick more easily recyclable packaging, hence the considerable decrease in plastic packaging recycling. Therefore, paper and cardboard packaging are an exception to those results. Historically, municipalities were in charge of recycling that type of waste packaging. Nowadays they're mainly accountable for coordinating their recycling. Even though this study has allowed shedding some light on the efficiency of an open PRO market, we need to better understand the local driving forces behind recycling management services.


identifier: Leduc, N. (2016). QED-Tutrix : système tutoriel intelligent pour l'accompagnement des élèves en situation de résolution de problèmes de démonstration en géométrie plane  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des dernières années, le système scolaire québécois impose une pression croissante sur les  enseignants. En effet, ceux-ci doivent gérer des classes de plus en plus nombreuses tout en maintenant un soutien adéquat à l'apprentissage des élèves. Dans ce contexte, l'utilisation de systèmes tutoriels intelligents qui sont en mesure d'assister l'enseignant dans son travail  pourrait permettre à ce dernier de consacrer plus de temps aux élèves qui en ont véritablement besoin. Malheureusement, dans le domaine de l'enseignement des preuves en géométrie, l'offre de systèmes tutoriels est limitée. De plus, ceux actuellement proposés forcent l'élève à travailler selon un ordre déterminé et ils ne fournissent pas de soutien dans le cadre d'une exploration libre du problème. Ils l'obligent aussi à rédiger des preuves formelles qui ne sont pas adaptées aux exigences des enseignants du secondaire. Partant de ce constat, nous avons établi l'objectif principal de notre projet qui consiste à proposer un système tutoriel intelligent qui assiste l'élève dans une démarche d'exploration plutôt que de rédaction dans le cadre de l'élaboration d'une preuve en géométrie. Dans le but de l'atteindre, nous proposons le système QED-Tutrix qui a été conçu à la suite d'une analyse des  interventions d'enseignants réels observés. Il permet à l'enseignant ou au didacticien de construire un ensemble de preuves acceptables pour un problème donné en fonction de l'objectif d'apprentissage visé. L'élève peut ensuite tenter de résoudre le problème choisi par l'enseignant  en utilisant les différents outils offerts à l'interface de QED-Tutrix. Celui-ci a accès à une figure dynamique afin de découvrir des conjectures, à un répertoire d'énoncés pour composer sa preuve et à une démonstration qu'il doit compléter. Tous les énoncés proposés sont analysés par le  système qui génère des rétroactions à l'intérieur d'une fenêtre de clavardage afin de guider l'élève lors de l'exploration et de la résolution du problème. L'élaboration de QED-Tutrix a été réalisée par une équipe multidisciplinaire composée d'experts en didactique et en informatique. Le système a été construit itérativement par la mise en oeuvre du paradigme de la conception dans l'usage qui est constitué d'une succession de plusieurs cycles de recherche et de développement. Chaque cycle se clôture par une expé- rimentation qui vise à valider  le travail accompli et à recueillir des informations qui sont réinvesties dans le cycle suivant.  Une première version du système (GeoGebraTUTOR) a donc été créée afin d'étudier notamment les interventions d'enseignants réels qui ont inspiré l'élaboration de la seconde version (QED-Tutrix), qui est décrite et analysée dans cette thèse. Nous ne prétendons pas que la version actuelle du système a un effet mesurable sur les résultats scolaires, car nous visons, pour l'instant, à permettre à un élève de travailler en conformité avec des théories didactiques reconnues. En effet, la conception de QED-Tutrix s'ancre  principalement dans la théorie des situations didactiques qui permet de représenter une situation didactique par une relation élève-milieu. Nous utilisons cependant une version étendue de cette théorie dans laquelle un agent tutoriel, qui joue le rôle d'un enseignant virtuel, peut agir sur la  relation élève-milieu. De plus, nous désirons offrir un système tutoriel qui est un véritable espace de travail géométrique, c'est-à-dire qu'il permet à l'élève de résoudre des problèmes en mettant en oeuvre les trois démarches définies dans cet espace. Ces théories didactiques ainsi que les résultats de nos observations ont été implantés dans QED-Tutrix. Il en est résulté un système comportant quatre couches logicielles principales. La première permet de modéliser l'ensemble des démonstrations possibles pour résoudre un problème  donné. Pour chaque problème, l'enseignant inscrit toutes les inférences, ou pas de démonstration, qui sont acceptables pour sa résolution selon l'objectif d'apprentissage visé. Chaque inférence contient une justification qui est utilisée pour produire un conséquent à partir de l'ensemble de ses antécédents. Il est possible de les combiner afin d'obtenir un graphe contenant toutes les solutions valides, car les conséquents peuvent être recyclés pour former les antécédents d'autres inférences. Le parcours du graphe contenu dans cette première couche permet donc d'énumérer les différentes solutions au problème représenté. Afin de proposer une aide qui respecte l'état cognitif de l'élève lors de l'exploration d'un problème, il est essentiel de conserver la chronologie de ses actions. Nous l'avons donc modélisée à l'intérieur de la deuxième couche de notre système. Celle-ci contient des données dynamiques qui sont mises à jour au cours de la résolution d'un problème, à l'opposé du graphe qui est statique, et elle se superpose à ce dernier. En effet, nous indiquons, pour chaque noeud du graphe, le temps d'activation le plus récent qui correspond à l'écriture de l'énoncé qui lui est attaché. Cette approche se démarque de celle des autres systèmes, car ces derniers n'utilisent pas la chronologie  des actions, étant donné qu'ils imposent une séquence de résolution. Pour être en mesure de suggérer différentes pistes de solution à un élève bloqué dans son processus de résolution, nous avons choisi de traiter les inférences selon un ordre de priorité. Ce classement est réalisé par la troisième couche de QED-Tutrix, qui utilise les données des deux couches précédentes. Pour l'obtenir, nous recherchons d'abord la solution la plus avancée à l'aide  d'une heuristique originale, que nous avons élaborée et qui permet d'éviter d'énumérer toutes les solutions. Nous affectons ensuite des priorités plus élevées aux inférences faisant partie de la solution déterminée et qui ont été travaillées récemment par l'élève, afin de respecter son état cognitif. La proposition d'autres pistes nous démarque des systèmes tutoriels traditionnels qui offrent de l'aide uniquement pour compléter une solution optimale. La liste ordonnée d'inférences est utilisée par la dernière couche du système, soit celle qui produit les différentes rétroactions. Premièrement, QED-Tutrix offre des rétroactions instantanées, en réponse à l'écriture de chaque énoncé, sous forme d'émoticônes et de messages courts. Il permet aussi d'encoder des erreurs courantes afin de leur associer des messages précis. Il offre  enfin une aide à la prochaine étape qui est inspirée des interventions des enseignants réels observés. Cette dernière forme d'aide a été modélisée par une machine à états finis qui traite séquentiellement les inférences ordonnées dans la liste et produit une série d'indices permettant de les compléter. Des messages doivent être composés pour cha- cune des inférences, mais des  mécanismes ont été implantés afin de réduire leur nombre. Les rétroactions offertes sont comparables à celles d'autres systèmes tutoriels. Environ 450 inférences ont été produites et près de 900 messages composés afin d'implanter les cinq problèmes actuellement offerts dans notre système. Son fonctionnement a d'abord été vérifié par un expert indépendant. Celui-ci a confirmé que les messages produits étaient conformes à la structure déterminée, mais que l'évaluation de la solution la plus avancée était parfois problématique.  QED-Tutrix a ensuite été utilisé par des élèves de 4e secondaire. Ceux-ci ont généralement trouvé le système utile et ont apprécié l'expérience. L'analyse des enregistrements nous a permis de constater que la structure des messages générée permet d'ai- der certains élèves. De plus, nous avons observé la mise en oeuvre des différentes démarches, ce qui confirme le statut d'espace de travail géométrique de QED-Tutrix. L'efficacité de ce dernier est, par contre, limitée dans le cas d'élèves plus faibles, car la structure des messages est calibrée afin d'aider des élèves moyens. Le problème concernant l'évaluation de la solution la plus avancée a aussi provoqué la production  de messages incohérents avec la stratégie de l'élève. Dans le but d'augmenter l'efficacité du système, nous envisageons, entre autres, de proposer des profils de tuteurs et d'élèves. Malgré les lacunes qui ont été détectées, il n'en demeure pas moins que QED-Tutrix est un système tutoriel innovateur. En effet, dans le domaine des preuves en géométrie, il est le seul à utiliser des émoticônes et à proposer différentes pistes de solution. De plus, son élaboration itérative, par une équipe multidisciplinaire, permet d'obtenir un système respectueux du travail de l'élève, ce qui se démarque de l'approche traditionnelle qui consiste à tenter de reproduire le raisonnement  d'un expert. Les étapes suivantes de conception visent à intégrer des rétroactions sous forme de problèmes connexes et à proposer une aide à la construction de la figure. Notre système pourrait facilement être adapté au traitement des démonstrations en logique de premier ordre. Une adaptation pour le traitement du raisonnement sous forme d'argumentation non formelle pourrait aussi être envisagée. Enfin, la suggestion de diverses pistes de solution pourrait être implantée dans d'autres systèmes tutoriels.  ABSTRACT: In the past years, Quebec's school system imposes a growing amount of pressure on its teaching staff. They must juggle classes with more and more students while assuring the quality of their teaching to each of them. In this context, the use of intelligent tutoring systems which can assist  the teacher in his or her work could allow the teacher to dedicate more energy to each student when it's needed. However, the offer for tutoring systems for the learning of proof is limited.  Moreover, the available systems force the student to work according to a determined order and they don't provide help in the context of a free exploration of the problem. They also force the student to write formal proofs when high school teachers rarely demand. With this assessment in mind, we established the principal objective for our project which aims at offering an intelligent tutoring system that assists the student in an exploratory approach when solving geometry proofs instead of a formal proof writing approach. The system we offer is QED-Tutrix which was designed taking into account actual teacher interventions observed in a classroom environment. QED-Tutrix allows the teacher or didactician to construct a number of admissible proofs for a given problem according to the learning goals. The student can then try to solve the problem chosen by the teacher by using the different tools QED-Tutrix puts at his disposal. The student has access to a dynamic geometric figure he can work with in order to make conjectures, as well as to a repertoire of statements to create their proof and an interactive  written proof they can use to complete their proof. All the statements he provides are analyzed by the system which then generates feedback through a chat window in order to guide the student during the exploration and solving of the problem. QED-Tutrix's elaboration was carried out by a multidisciplinary team comprised of experts in didactics of mathematics and in computer science. The system is built in an iterative manner by adopting a design in use approach which consists of a series of many cycles of research and  development. Each cycle is ended with an experimentation which aims at validating the work accomplished and at collecting information to be reinvested in the following cycle. A first version of the system (GeoGebraTUTOR) was created to study, among other things, real teacher interventions which inspired the implementation of the second version (QED-Tutrix). This last version is  described and analyzed in the following thesis. We do not claim that the present QED-Tutrix version has measurable effects on academic results, since our aim at the moment is to make sure it allows the student to work in a fashion put forward by known didactic principles. Indeed, QED-Tutrix's conception is rooted mainly in the didactical situation's theory which represents a didactical context by a student-milieu interaction. However, we use an extended version of this theory in which a tutorial system playing  a virtual teaching role may influence this student-milieu interaction. Moreover, we aim at offering a tutoring system that is a true geometrical workspace, meaning that it allows the student to solve problems by engaging in three mathematical processes described in the geometrical workspace model. The didactic theories and conclusions drawn from our observations were implemented in QED-Tutrix. This resulted in a system made of four main software layers. The first of these layers is for the organization of the different proof solutions for a given problem. For each solution, the teacher or didactician registers all the inferences or proof steps which are admissible according to a specific learning context. Each inference includes a justification that is used to produce a result stemming from a group of premises. It is possible to combine the different inferences in order to generate a graph of all the different admissible solutions, since the results of one inference can be recycled as a premise for another. The different pathways of this graph which is the output of  the first software layer allow for the account of the different solutions to each implemented problem. In order to offer help that takes into account the cognitive state of the student exploring the problem, it is essential to keep track of the chronology of his or her actions. This memory was implemented in the second layer of the system. It contains information that is dynamic and evolves as problem solving occurs. It also overlays the solution graph which is static. Therefore, we indicate for each of the graphs nodes, the most recent activation time associated with the writing of the statement attached to it. This approach stands out from the way other systems operate and in which chronology is usually not taken into account since a solving sequence is imposed. In order to be able to suggest alternative paths to a student who is stuck in his or her solving process, we chose to treat inferences according to an order of priority. This ranking is carried out by QED-Tutrix's third layer which uses the data from the first two layers. In order to achieve this ordering, we look for the most advanced solution with the help of an original heuristic,  elaborated for this project, which spares the system from running through all the admissible solutions. We then assign the highest priorities to the inferences which are part of the identified solution and that has been worked on recently by the student keeping his or her cognitive state in mind. The ability to suggest other solution option distances us from traditional tutorial systems which offer help only to complete an optimal solution. This list of ranked inferences is used by the fourth and last layer of the system, meaning the layer which generates various feedback. Firstly, QED-Tutrix replies to the writing of each statement with instant feedback in the shape of emojis or short messages. It also allows the  programming of particular messages associated with known common mistakes. Lastly, this layer of the system offers help with the next step which is inspired by actual teacher interventions. This last form of help was modelled by a finite state machine that sequentially treats the ranked inferences from the list and produces a series of hints to help the student complete them. Messages must be  created for each of the inferences, but mechanisms are implemented in order to reuse messages according to the inferences content, limiting the number of entries. The feedback offered by these messages is similar in form to the feedback offered by other tutorial systems. Approximately 450 inferences were produced and close to 900 messages were created in order to implement the five problems currently available in QED-Tutrix. It's operating has been verified by an independent expert, which confirmed that the output of messages is true to the identified  structure, but the evaluation of the most advanced solution is sometimes problematic. QED-Tutrix was then put through a second trial in a class of 4th year of high school. The students generally found the system to be useful and appreciated the experience. The analysis of the session  recordings revealed that the generated messages help some students. Also, we observed different mathematical processes which confirmed QED- Tutrix's geometrical workspace status. However, the efficiency of QED-Tutrix is limited when helping students with less mathematical abilities since the message structure is built with the average student as a reference. Problems with the  identification of the most advanced solution also lead to incoherence between messages and student strategies. In order to enhance the system's efficiency in helping the student solve problems, we contemplate, among other things, to differentiate tutorial profiles according to students solving profiles. In spite of witnessing shortcomings, QED-Tutrix is an innovative tutorial system. Indeed, in the field of geometry proofs, it is the only automated tutoring system to use emojis and to suggest alternative solution paths. Moreover, the iterative and multidisciplinary approach adopted for its design and development stands out from a traditional approach which aims at reproducing expert  reasoning. The next design steps aims at including feedback in the form of related problems and to provide help with building the geometrical figure. Our system could easily be adapted to handle first order logical proofs. An adjustment to process non- formal argumentation could also be  considered. Finally, the suggestion of alternative solution paths could be implemented in other tutorial systems.