identifier: Bagheri, F. (2022). Two-Stage Stochastic Optimization for Peak Load Reduction in Smart District Microgrid  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les microréseaux offrent une diversité de ressources énergétiques distribuées pour fournir de l'électricité aux propriétaires de bâtiments, et ainsi contribuer à la réduction de la facture énergétique et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, les sources d'énergies renouvelables sont propres et peu coûteuses, mais elles ont la particularité d'avoir un caractère intermittent. Pour la clientèle de grande puissance, les microréseaux peuvent également contribuer à l'écrêtage de la demande de pointe locale. Cependant, définir le dimensionnement et l'opération optimaux d'un microréseau compte tenu des incertitudes liées à la génération et à la consommation est un grand défi. Ces incertitudes doivent être adéquatement modélisées pour la gestion optimale d'un microréseau. L'optimisation stochastique offre un cadre approprié pour l'ople dimensionnement et l'opération du microréseau dans un contexte incertain. Ce-pendant, il existe un besoin accru pour le développement d'approches de génération et de réduction de scenarios pour limiter le temps de calcul de tels problèmes. Dans cette étude, un problème d'optimisation stochastique en deux étapes comprenant le dimensionnement et le fonctionnement d'un microréseau pour la réduction de la charge de pointe est proposé. Un réseau antagoniste génératif (GAN) a été proposé pour générer des scénarios de profils de puissance PV et de demande électrique. En raison d'un grand nombre de scénarios, la technique de réduction de scénarios K-medoids a été appliqué. Les résultats du cas d'étude d'un campus canadien ont démontré que la méthode proposée réduisait les coûts ainsi que la demande de pointe en utilisant des systèmes de production d'énergie PV et du stockage sur batterie.  ABSTRACT: Microgrids offer a diversity of distributed energy resources to supply electricity to building owners, and thus contribute to the reduction of energy bills and greenhouse gas emissions. Indeed, renewable energy sources are clean and inexpensive, but they have the particularity of being intermittent. For large-power customers, microgrids can also contribute to local peak-shaving. However, defining the optimal sizing and operation of a microgrid considering generation and consumption uncertainties is a big challenge. These uncertainties must be adequately modeled for the optimal management of a microgrid. Stochastic optimization provides an appropriate framework for microgrid sizing and operation under uncertainty. However, there is an increased need for the development of scenarios generation and reduction approaches to limit the computation time of such problems. In this study, a two-stage stochastic optimization problem including sizing and operation of a MG and peak load reduction has been solved. A generative Adversarial Network (GAN) was proposed to generate PV power and electrical load demand scenarios. Due to a large number of scenarios, the K-medoids scenario reduction technique has been applied. The results of the case study of a Canadian university campus, showed that the proposed method decreased costs and properly shaved peak loads using PV power generation and battery storage systems.


identifier: Picard-Krashevski, G. (2022). Conception d'un système intelligent d'ouverture de portes par l'asservissement d'un bras robotique d'assistance sur fauteuil roulant  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les manipulateurs sériels d'assistance sont des outils bénéfiques pour les personnes vivant avec des déficiences neuromotrices. Pour toujours être à la portée de l'utilisateur, certains des manipulateurs, dont le manipulateur Jaco2, ont même été développés pour être montés sur le fauteuil roulant du patient. Effectivement, ceux-ci permettent aux utilisateurs d'accomplir plusieurs tâches de la vie quotidienne nécessitant généralement l'assistance d'un soignant ou d'un membre de la famille. Cependant, certaines tâches quotidiennes restent tout de même difficilement réalisables à l'aide de ces manipulateurs ; l'ouverture de portes en est un exemple. En effet, face à cette tâche, les utilisateurs nécessitent habituellement de l'assistance humaine même lorsque le manipulateur est disponible. Pour pallier ce problème, l'objectif principal de ce travail est de développer un système intelligent d'assistance à l'ouverture des portes pour les utilisateurs en fauteuil roulant en asservissant uniquement le manipulateur sériel d'assistance. Le manipulateur utilisé dans ce travail de maîtrise est le Jaco2 6 DDL de Kinova Inc. La solution présentée est composée de deux composantes principales. La première est un système de stéréovision supporté par l'analyse intelligente de scènes tridimensionnelles par vision artificielle pour déterminer la nature et la position des poignées. Celle-ci est munie d'un système de détection et de classification. La détection est réalisée en combinant deux méthodes : une détection à l'aide d'un algorithme de reconnaissance Faster R-CNN ainsi qu'une détection à l'aide de l'information tridimensionnelle de la scène. Ces deux méthodes sont combinées pour éliminer la détection de faux positifs. Malheureusement, dû à la taille limitée de la base de données utilisée pour l'entrainement, l'algorithme Faster R-CNN réalise régulièrement de mauvaises détections. Malgré cela, grâce à l'ajout de l'information tridimensionnelle, les résultats démontrent un taux de réussite de 0.9 pour la détection des poignées de porte rondes et de 1 pour les poignées à levier. En ce qui concerne la classification, celle-ci est réalisée à l'aide de descripteurs HOG et a été développée pour reconnaître les poignées rondes, à levier, et à tirer. Avec l'ensemble des expérimentations ne générant aucune erreur de classification, cette méthode s'est avérée 100% efficace pour déterminer la classe des poignées. La deuxième est formée de trois systèmes de contrôle du manipulateur, permettant respectivement 1) d'atteindre la poignée, 2) de l'opérer, et 3) d'ouvrir la porte. Pour atteindre la poignée, la boucle de contrôle mise en place a été munie d'un PID, d'une compensation gravitationnelle, et d'une action anticipative pour compenser les forces causées par les inerties internes. Pour les deux autres systèmes, un contrôle par impédance sans retour de force a été implémenté, muni d'un amortissement sur la vitesse angulaire des actuateurs pour rendre le système plus sécuritaire. De plus, pour opérer les poignées rondes, l'utilisation d'un intégrateur est aussi ajoutée pour faciliter la tâche. Suite aux simulations, les résultats démontrent que le système atteint en tout temps la poignée avec une erreur de position inférieure à 1mm et une erreur d'orientation inférieure à 0.05°. Le système est également en mesure d'opérer les poignées rondes et à levier avec un taux de réussite de 0.96 et 1 respectivement. Finalement, le système parvient à assister l'utilisateur lors de l'ouverture de la porte lui permettant d'accomplir cette tâche en moins de 30 secondes en tout temps. Toutefois, les résultats démontrent également que l'orientation de l'effecteur est importante pour que celui-ci parvienne à maintenir sa prise sur la poignée lors de situations réelles. Effectivement, dans les situations où le poignet de l'effecteur ne possédait pas un actuateur perpendiculaire au sol, il était facile pour l'utilisateur d'exercer des forces sur la poignée pouvant atteindre plusieurs centaines de Newtons.  ABSTRACT: Assistive serial manipulators are beneficial tools for people living with neuromotor impairments. In order to be within reach of the user, some of the manipulators, including the Jaco2 manipulator, have been specifically developed to be mounted on the patient's wheelchair. Indeed, these allow users to accomplish several tasks pertaining to their daily routine, generally requiring the assistance of a caregiver or a family member. However, some daily tasks remain difficult to perform using these manipulators. An example of this is opening doors. Indeed, faced with this task, users usually require human assistance even when the manipulator is available. To overcome this problem, the main objective of this work is to develop an intelligent door opening assistance system for wheelchair users by subjugating only the serial assistance manipulator. The manipulator used in this mastery work is the Jaco2 6 DOF manipulator of Kinova Inc. The presented solution is composed of two main components. The first is a stereovision system supported by the intelligent analysis of three-dimensional scenes using artificial vision to determine the nature and position of the handles. It is equipped with a detection and classification system. Detection is performed by combining two methods: detection using a Faster R-CNN recognition algorithm and detection using three-dimensional information from the scene. These two methods are combined to eliminate the detection of false positives. Unfortunately, due to the limited size of the database used for training, the Faster R-CNN algorithm regularly makes erroneous detections. However, thanks to the addition of three-dimensional data, the results show a success rate of 0.9 for the detection of round and of 1 for the detection of lever door handles despite this difficulty. As far as classification is concerned, this is done using HOG descriptors and was developed to recognize round, lever and pull handles. With all the experiments generating no classification errors, this method proved to be 100% effective in determining the class of handles. The second is made up of three manipulator control systems, respectively allowing 1) to reach the handle, 2) to operate it and 3) to open the door. To reach the handle, the control loop set up was provided with a PID, a gravitational compensation, and a feedforward action to compensate for the forces caused by the internal inertias. For the other two systems, impedance control without force feedback was implemented with damping on the angular speed of the actuators to make the system safer. In addition, to operate the round handles, the use of an integrator is also added to facilitate the task. Following the simulations, the results show that the system reaches the handle at all times with a position error of less than 1mm and an orientation error of less than 0.05°. The system is also able to operate round and lever handles with a success rate of 0.96 and 1 respectively. Finally, the system manages to assist the user when opening the door allowing him to accomplish this task in less than 30 seconds at all times. However, the results also demonstrate that the orientation of the end-effector is important for the latter to be able to maintain its grip on the handle during real-life situations. Indeed, in situations where the wrist of the effector did not have an actuator perpendicular to the ground, it was easy for the user to exert forces on the handle that could reach several hundred Newtons.


identifier: Cherni, G. (2022). Apprentissage profond multimodal pour l'estimation de pose d'humains alités  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sujet de ce travail de recherche est la détection de pose de patients alités en utilisant une approche multimodale; des images de différentes modalités, RGB, proche infrarouge (Low-Width Infrared - LWIR) et profondeur, sont combinées à l'aide de méthodes d'apprentissage profond et sont utilisées afin d'estimer la pose de patients. Cette fusion de modalités devra permettre de surmonter les défis spécifiques à la détection de pose de patients dans un contexte hospitalier, c'est-à-dire la possible présence d'occlusions dues à l'utilisation par exemple d'une couverture sur le patient, et la variation de luminosité dans les chambres d'hôpital. L'objectif de cette recherche est de déterminer la combinaison optimale de modalités et la meilleure méthode de fusion qui permettent d'obtenir l'estimation la plus précise des poses des patients tout en ayant une latence permettant un déploiement en temps réel. Ainsi une comparaison de 5 différentes méthodes de fusion multimodale est faite afin de déterminer la plus performante et une comparaison de différentes combinaisons de modalités est aussi réalisée afin de trouver la plus optimale.  ABSTRACT: In-bed human pose estimation (HPE) is an important step for sleep behavior analysis and for patient monitoring in the intensive care unit. Challenges specific to this context include wide variability in scene illumination (from darkness to bright light), and blanket occlusions. A vision-based multi-modal approach offers an interesting solution to this problem. Work has been done for the creation of an annotated domain-specific dataset for in-bed HPE, containing RGB, long-wavelength infrared (LWIR) and depth images. How to combine these modalities to optimize the in-bed HPE? The present work aims at answering this question by comparing different multimodal deep learning methods. Extensive experiments show the superiority of the Channel-exchange (CE) method over other fusion methods. CE consists in a parameter-free framework that exchanges channels between the modality-specific sub-branches of the neural network, guided by the contributions of individual channels to the overall learning of the model as measured by the magnitude of batch-normalization. The combination of LWIR and depth images using CE reaches a performance of 97.1% using the PCKh@0.5 evaluation metric, outperforming the current benchmark of 96.6% on a domain-specific dataset for in-bed HPE


identifier: Calloo, A. A. (2022). Parallel Discontinuous Finite Element SN Solver in Cartesian and Hexagonal Geometries for the Boltzmann Transport Equation in DRAGONS5  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse avait comme but de départ le développement et l'implémentation d'un solveur rapide d'ordonnées discrètes, dit SN , pour les Réacteurs à Neutrons Rapides (RNRs) dans le code DRAGON5 de Polytechnique Montréal. Cela a entraîné une analyse et une étude de plusieurs aspects de l'algorithme de résolution : la discrétisation spatiale, le maillage hexagonal structuré, l'accélération synthétique et la parallélisation du calcul sur plusieurs processeurs. Chacune de ces quatre parties forme un morceau du puzzle qu'est cette recherche. Une étude précédente avait démontré que les solveurs SN étaient parmi les plus précis des méthodes déterministes pour la modélisation des RNRs. Cependant, dépendant des cas de figures, ils pouvaient aussi être 100 à 1000 fois plus lents que d'autres solveurs déterministes. Le désavantage de ces autres solveurs : ils étaient beaucoup moins précis, parfois de l'ordre de plusieurs centaines de pcm du calcul référence Monte-Carlo. Les solveurs SN utilisés étaient tous basés sur la méthode des éléments finis Discontinus de Galerkin (DG) pour la discrétisation spatiale. On s'est donc amené à questionner l'importance de cette méthode et l'avons implémenté dans DRAGON5. Une autre discrétisation, le schéma Différences Diamants (DD) d'ordre élevé, était aussi déjà implémentée dans le code. Puisqu'il n'y avait pas eu de comparaison de ces deux méthodes sur des problèmes à valeurs propres, on a creusé la question. On démontre qu'une fois les deux méthodes convergées spatialement et angulairement, les différences en termes de pcm sont négligeables. Le maillage hexagonal intervenant principalement pour les RNRs, cette fonctionnalité n'était pas présente dans DRAGON5. Une revue de la littérature a démontré plusieurs façons de traiter le problème et on a choisi un sous-maillage des hexagones en losanges. Cette méthode, élégante dans son approche, permet de retrouver des éléments orthogonaux en utilisant une transformation affine. Les interventions sur le code étaient alors stratégiques mais minimales. On a commencé à explorer l'accélération du calcul à travers l'utilisation d'une accélération synthétique. Cette méthode, bien établie, emploie en général l'équation de diffusion. On s'est attardé cependant dans cette thèse sur l'application du solveur SPn de DRAGON5, discrétisé avec les éléments finis mixtes-duaux de Raviart-Thomas (RT). On baptise cette accélération RT-SPnSA. Un travail préliminaire avait mis en place cette méthode mais elle était très instable pour les ordres spatiaux élevés et les conditions frontières de réflexion. Une nouvelle technique impose la correction du flux à travers des fractions mis à l'échelle pour les moments supérieurs. Cela permet donc de coupler l'ordre RT-0 avec n'importe quel ordre de l'équation du transport – ce qui diminue le coût.  ABSTRACT: In this dissertation, we set out to develop and implement a fast discrete ordinate (SN ) transport solver for Fast Neutron Reactors (FNRs) in the Polytechnique Montréal DRAGON5 code. This entailed the investigation of various aspects of the resolution algorithm: the spa-tial discretisation method, structured hexagonal resolution meshes, the synthetic acceleration and the parallelisation over several processors. These arguably disjointed research areas came together to make a cohesive whole in this goal (and solver). It had been shown through a previous study that solvers based on the SN method are among the most accurate for resolving FNRs. However, depending on the test case, they were also about two to three orders of magnitude slower than solvers based on other deterministic methods (Pn and SPn) – although the latter were sometimes hundreds of pcm off from the the reference value. The SN solvers used were based on the Discontinuous Galerkin Finite Element Method (DGFEM), so for this reason, we began there. DGFEM is a spatial discretisation method that is quite popular in neutron transport theory. However, there had not been to date an eigenvalue problem comparison with the High Order Diamond Difference (HODD) method, which was already present in the code. After having implemented DGFEM using Legendre polynomials, we embarked on that. It was observed that once each method had converged angularly and spatially (for each spatial discretisation order), there was negligible differences between them. Moreover, linear DGFEM struggled more if the computational mesh was not sufficiently refined, compared to linear HODD. FNRs mostly are based on a hexagonal geometry. This meant that the solver, which had essentially been developed to work with orthogonal grids, had to be modified accordingly. There are various ways of dealing with honeycomb meshes but after a review of the available literature, a lozenge-based submeshing approach was carried out. This was elegant in its implementation as an affine transformation of lozenges can yield square elements. This implied strategic but minimal modifications to the existing code. We took the opportunity to describe the implementation in detail as we found that to be quite lacking in the literature. Subsequently, the acceleration of the code was explored through a synthetic acceleration. While the latter usually predominantly features the diffusion equation at its core, we made use of the DRAGON5 SPn solver, discretised with the mixed-dual Raviart-Thomas (RT) finite elements, to give something we dubbed RT-SPnSA. Even though a prior study set up the framework for this, the acceleration was widely unstable at higher polynomial orders in the transport equation and with reflective boundary conditions (b.c.).


identifier: Nekooghadirli, N. (2022). Workload Equity in Vehicle Routing Problems Over Multiple Periods  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les problèmes de tournées de véhicules, la minimisation des coûts est rarement le seul objectif à considérer. D'autres objectifs doivent également être pris en compte dans la pratique, tel le partage équitable de la charge de travail entre les chauffeurs (équité, balancement des routes). On sait que la minimisation des coûts est susceptible de mener à des solutions où la charge de travail n'est pas distribuée équitablement. Autrement dit, des coûts additionnels doivent être encourus pour obtenir des solutions équitables. Il arrive souvent en pratique que l'équité doive être atteinte sur un certain nombre de périodes (e.g., journées) et non à chaque période. Dans ce mémoire, un problème de tournées de véhicules multi-périodes avec un objectif visant l'équité sur l'ensemble des périodes est résolu à l'aide d'une méthode en deux phases. Dans la première phase, une solution de distance minimale est produite pour le problème de tournées de véhicules associé à chaque période. Les routes ainsi obtenues sont ensuite distribuées entre les chauffeurs dans la seconde phase afin d'atteindre l'équité au niveau de la distance totale parcourue par chacun des chauffeurs sur l'ensemble des périodes. Une étude expérimentale démontre les bénéfices de cette approche sur des instances tests dérivées d'instances classiques pour le problème de tournées de véhicules avec contraintes de capacité. Les résultats démontrent en particulier que l'équité entre les chauffeurs peut être atteinte sans coût additionnel si le nombre de périodes est suffisamment grand.  ABSTRACT: In vehicle routing problems, cost minimization is rarely the only concern. There are other objectives that must be taken into account. One of these objectives is a fair distribution of the workload among drivers (equity, balance). It is known that minimizing operations costs is prone to lead to poorly balanced solutions, which means that better-balanced solutions lead to additional operations costs. In many real life problems, equity must be achieved over a certain number of periods (e.g., days), not within each period. In this thesis, a multi-period vehicle routing problem with an equity objective is addressed with a two-phase problem-solving methodology. In the first phase, a minimum-distance solution is produced for each period. The routes obtained are then combined in a second phase to achieve equity among drivers with regard to their total distance traveled over all periods. A computational study shows the benefits of this two-phase algorithm, based on instances derived from standard benchmark instances for the capacitated vehicle routing problem. The results show in particular that workload equity can be attained at no additional operations cost when the number of periods is sufficiently large.


identifier: Toumelin, A. (2022). Proposition d'une méthodologie pour le développement d'une plateforme de partage d'information au sein d'un réseau décentralisé de PME  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ces dernières années, les solutions basées sur les technologies de l'industrie 4.0 deviennent de plus en plus accessibles aux PME. De meilleures stratégies de collecte de données sont développées et une augmentation des données disponibles est observée. Pour certains secteurs industriels, les PME contribuent à une part majoritaire de la valeur économique produite. Les PME de ces secteurs industriels font face à des problématiques communes et évoluent dans des environnements similaires. L'étude des performances de productions des PME de ces secteurs industriels permet d'identifier une grande hétérogénéité de rendements et de qualités de production. Dans ces secteurs, il est possible de considérer les PME comme un réseau de PME décentralisé où les interactions entre chaque entreprise sont limitées. Les systèmes d'information basés sur des technologies de l'industrie 4.0 sont présentés comme des outils potentiels permettant d'améliorer les performances de production des PME faisant partie de réseaux décentralisés. Aussi, l'étude, la comparaison et la valorisation des pratiques de gestion ainsi que des rendements de production de ces PME peuvent être réalisées par le développement d'outils collaboratifs au sein de réseaux de PME décentralisés. Dans ce mémoire, nous proposons une méthodologie pour le développement d'une plateforme collaborative de partage de l'information pour visualiser et améliorer la performance des réseaux de PME. La méthodologie présentée couvre l'ensemble du processus de valorisation des données, de la définition du problème à la mise en production d'un outil collaboratif de visualisation et d'amélioration des performances des PME d'un réseau décentralisé. La méthodologie proposée est constituée de 7 étapes décrivant la compréhension du con-texte, la collecte des données, la préparation des données, la visualisation des données, l'amélioration des performances, le déploiement de l'outil collaboratif et la validation des critères de développement. Finalement, la méthodologie proposée est appliquée sur un cas d'étude dans le secteur agroalimentaire de l'industrie fourragère canadienne. La plateforme collaborative développée permet de visualiser les performances de production, les techniques de gestion et les aspects spécifiques de chaque entreprise appartenant à un réseau de 240 exploitations réparties à travers le Canada. Ensuite, la plateforme permet de soutenir des pistes pour l'amélioration des performances de chaque entreprise à travers les meilleures pratiques qui sont identifiées dans des contextes similaires au sein du réseau. Le produit développé intègre 3 sources de données différentes collectées à l'aide d'outils manuels et automatiques. Parmi les attributs collectés, les paramètres météorologiques tels que le taux de précipitation, la température, la pression ou bien les paramètres de gestions des récoltes tels que les rendements, les pratiques des agriculteurs sont introduites dans les bases de données du projet. Au total, plus de 70 paramètres sont collectés et intégrés à la plateforme de partage d'information développée dans le cadre de ce projet de recherche. L'ensemble de ces paramètres permet de produire 3 outils spécifiques décrivant les rendements de production, les bonnes et mauvaises pratiques ainsi que les caractéristiques des 240 exploitations du réseau d'entreprises étudié."  ABSTRACT: In recent years, solutions based on Industry 4.0. technologies are becoming more and more accessible to SMEs. As a result, better data collection strategies are being developed and an increase in available data is observed. For some industrial sectors, SMEs contribute a majority share of the economic value produced. SMEs in these industries face common issues and operate in similar environments. The study of the production performance of SMEs in these industrial sectors allows us to identify a great heterogeneity of yields and production qualities. It is then possible to consider the SMEs of these sectors as a network of decentralized SMEs where the interactions between each company are limited. Information systems based on Industry 4.0 technologies are presented as potential tools to improve the production performance of SMEs in decentralized networks. Also, the study, comparison and valorization of the management practices as well as the production yields of these SMEs can be achieved by the development of collaborative tools within decentralized SME networks. In this thesis, we propose a methodology for the development of a collaborative information sharing platform to visualize and improve the performance of SME networks. The methodology presented covers the whole process of data enhancement, from the definition of the problem to the production of a collaborative tool for visualizing and improving the perfor-mance of SMEs in a decentralized network. The proposed methodology consists of 7 steps describing the understanding of the context, the data collection, the data preparation, the data visualization, the performance improvement, the deployment of the collaborative tool and the validation of the development criteria. Finally, the proposed methodology is applied through a case study in the agrifood sector of the Canadian forage industry. The collaborative platform developed allows to visualize the production performances, the management techniques and the specific aspects of each company. It then proposes ways to improve the performance of each company through the best practices identified in similar contexts within the network.


identifier: Ali Zadeh, H. (2022). Intercity Travel in Québec: Corridor Analysis and Demand Modelling  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les voyages de longue distance (LD) ou interurbains attirent moins l'attention des chercheurs que les déplacements quotidiens habituels. Ce type de voyage s'applique aux niveaux nationaux, provincial et interrégional. Parallèlement, ces types de déplacements constituent une composante importante de l'étude des transports puisque leur contribution est très élevée en termes de kilométrage et d'émission de gaz à effets de serre, même si leur fréquence est inférieure à celle des déplacements urbains quotidiens. Actuellement, il n'y a pas de définition spécifique pour les voyages de LD : chaque étude et enquête, en fonction de son objectif, en propose une nouvelle. Par exemple, dans l'Enquête sur les voyages pour les résidents du Canada (EVRC), le voyage de LD est défini comme un voyage quotidien non récurrent, avec une nuit passée à destination. Pour différencier les déplacements urbains et les déplacements de LD, deux critères sont généralement utilisés : la distance parcourue depuis le point d'origine et la durée du séjour (Gerike, 2018). Les enquêtes sur les déplacements de LD sont développées pour deux raisons principales : les études sur le tourisme et les études sur la planification des transports. La définition du voyage de LD varie donc selon ces deux usages. Dans le cas des études sur le tourisme, le critère de définition d'un voyage de LD est généralement la durée du séjour, tandis que la distance parcourue est principalement utilisée pour les études de planification des transports.  ABSTRACT: Long-distance (LD) or intercity travel is getting less attention from researchers than usual daily trips. There is no specific definition for this kind of trip at the national, provincial, and interregional levels. At the same time, these kinds of trips are an important component of transportation study since their contribution is very high in terms of mileage, even if their frequency is lower than the one of daily urban trips. Currently, each study and survey, depending on its aim, proposes a new definition. For example, in the Travel Survey for Residents in Canada (TSRC), a LD trip is defined as an overnight or daily non-recurrent trip. To differentiate between urban commuting and LD travel, two criteria are generally used, distance travelled from the point of origin and length of stay or both (Gerike, 2018). LD travel surveys are developed for two main reasons: tourism studies and transportation planning studies. The definition of LD travel varies according to these two reasons. In the case of tourism studies, the criterion for the definition of a LD trip is usually the length of stay while the distance travel is mostly used for transportation planning studies. The main purpose of this study is to develop a method to analyze the LD travel demand and supply in Québec, which can be used by transportation planners and decision-makers to improve the share of public transportation and make LD travel more sustainable.


identifier: Abra, O. (2022). Approche de conception et d'évaluation des structures en béton armé basée sur la réduction de la capacité résistive  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La pratique de la conception des structures en béton armé fait appel à des méthodes de calculs basées sur des formules empiriques ou semi-empiriques et des hypothèses de comportement linéaire élastique. Pour des structures complexes et non conventionnelles, l'utilisation de ce type de méthode est questionnable au risque de définir des schémas de résistance loin du schéma réel de la structure. Il peut même être inapproprié d'y avoir recours en fonction de la complexité de la structure, car leurs critères d'applicabilité issus des normes ne sont plus valables. Pour les structures complexes, l'utilisation de méthodes universellement acceptées comme la méthode des bielles et tirants, malgré qu'elle soit adaptée pour l'étude des régions de discontinuité, peut s'avérer compliquée et fastidieuse à cause de sa nature géométrique, en particulier pour les structures en 3D. La revue de littérature a mis en évidence un intérêt grandissant pour les méthodes numériques permettant d'accompagner l'utilisation de la méthode des bielles et tirants, en particulier la définition du chemin interne des efforts. En contrepartie, les méthodes poussées, telles que les analyses non-linéaires par éléments finis, présentent plusieurs complexités numériques avec une variabilité dans les résultats obtenus qui est en fonction des intrants dont la définition manque de consensus dans la littérature.  ABSTRACT: The practice of designing reinforced concrete structures considers the use of calculation methods based on empirical or semi-empirical formulas and assumptions of linear elastic behaviour. For complex and nonconventional structures, this common practice is questionable and it may lead to a resistance path far from the true resistance path of the structure. It may even be inappropriate to apply such methods depending on the complexity of the structure because the criteria for applying codes and norms are no longer valid. For complex structures, the use of universally accepted methods such as the strut and tie method can be a complicated and tedious task because of its geometric nature, in particular for 3D structures, even though it is a suitable method for the study of discontinuity regions. The literature review highlights a growing interest in numerical methods used to support the definition of the strut and tie model of a given structure. On the other hand, advanced methods such as nonlinear finite element analysis present several numerical complexities and variability in the results depending on the input properties that lack consensus in the literature. This work fits into the global context of the design of complex reinforced concrete structures and in particular the development of a new approach to the design of structures. It aims to combine the conservatism of the strut and tie method and the power of non-linear finite element analyses. The method is numerical in nature and is based on strength reduction, a method so far reserved for the domain of slope stability in Geotech. The new method is referred to as the strength reduction design method and by the acronym “SRDM”.


identifier: Chavez Gomez, P. (2022). Small-Scale Fire Resistance Evaluation of Carbon Fibers and their Composites  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, l'utilisation des matériaux composites à matrice organique (CMO) en aéronautique est bien établie. La possibilité d'ajuster leurs propriétés leur donne un avantage sur les alliages traditionnels, permettant aux concepteurs d'avions de concevoir des structures de plus en plus légères. Cependant, la plupart de leurs constituants sont intrinsèquement inflammables ou sensibles aux températures élevées et, surtout, aux conditions oxydantes. Il est donc impératif de comprendre le comportement des CMO et de leurs éléments constitutifs dans les conditions agressives rencontrées lors des incendies d'avion. Ces conditions constituent une menace sérieuse pour la navigabilité et, par conséquent, la sécurité des passagers. Compte tenu de l'omniprésence des CMO dans les avions modernes, en particulier les structures à base de fibre de carbone (FC), deux principaux défis ont été identifiés concernant leur résistance au feu. Premièrement, les réglementations et les normes d'évaluation spécifient la température de la flamme, le flux de chaleur, le type de combustible et la durée pour diverses applications finales, mais l'influence de la chimie de la flamme n'est que rarement prise en compte. A cet égard, la recherche fondamentale sur l'oxydation des matériaux à base de carbone s'est majoritairement appuyée sur des techniques thermoanalytiques, fours ou réacteurs sous atmosphères contrôlées. Par conséquent, la connaissance détaillée du comportement oxydatif des FC dans des conditions d'incendie réelles est rare. Deuxièmement, on ne connait toujours pas quelles caractéristiques de conception des structures CMO jouent un rôle essentiel dans leur résistance au feu. Pour répondre à ces enjeux, ce travail s'intéresse aux phénomènes physico-chimiques et mécaniques impliqués dans l'interaction CMO/feu à différentes échelles. Trois objectifs ont été définis en conséquence : (1) développer une méthodologie de conception et d'évaluation à faible coût pour les CMO résistants au feu validée par des tests à petite échelle, (2) déterminer l'effet du feu et des charges mécaniques sur la défaillance des FC, et (3) identifier les paramètres clés du processus d'endommagement des FC lorsqu'elles sont exposées au feu. La thèse traite du premier objectif de manière pratique. Une méthodologie en quatre étapes a été proposée pour la conception et l'évaluation de configurations CMO légères et résistantes au feu. Pour la phase initiale, c'est-à-dire le design conceptuel, l'approche connue sous le nom de conception axiomatique a été introduite comme un outil pour traduire les besoins du client en exigences fonctionnelles, puis en paramètres de conception et de processus nécessaires pour obtenir le produit final. La deuxième étape, la sélection initiale des matériaux, est basée sur des pratiques de conception standard et résumée dans un ensemble de directives de conception. La troisième étape, étant clé de la méthodologie, a présenté une approche d'évaluation thermomécanique à petite échelle. La dernière étape concernait la mise en œuvre de la logique floue pour gérer à la fois des exigences et critères d'évaluation précis et vagues, c'est-à-dire des données quantitatives et qualitatives, ainsi qu'un outil d'aide à la décision (OAD) multicritère pour classer les candidats tout en tenant compte de la préférence du concepteur. Ce dernier ensemble d'outils a permis de sélectionner le meilleur matériau candidat en tenant compte de plusieurs critères et priorités hétérogènes. Une étude de cas d'un carter de moteur d'avion a été présentée comme exemple d'application de cette méthodologie. Le deuxième objectif a été couvert par l'étude du rôle de la chimie de la flamme et de la microstructure des fibres dans le processus de rupture des mèches de FC à base de polyacrylonitrile chargées en traction. Un brûleur à flamme plate (BFP) fournissant des flammes prémélangées en méthane/air avec différents rapports de mélange combustible/oxydant (ϕ) a été utilisé pour déterminer le temps de défaillance (TDD), sélectionné comme indicateur de résistance au feu. Les valeurs de TDD ont considérablement varié entre les flammes sous de faibles charges de traction, les différences devenant moins importantes avec l'augmentation des charges. Le mélange stœchiométrique (ϕ = 1.0) a produit la condition la moins agressive, suivi de la flamme riche (ϕ = 1.2) qui a modérément accéléré la rupture des mèches. Contrairement au mélange stœchiométrique, la flamme pauvre a donné des valeurs de TDD jusqu'à ∼50% inférieures, confirmant l'agressivité accrue des flammes riches en oxygène. Les résultats ont également révélé une résistance à l'oxydation significativement plus élevée des FC à module élevé par rapport à leurs homologues à module inférieur, grâce à une différence d'un ordre de grandeur dans le TDD. Les données thermoanalytiques n'ont pas montré une différence aussi radicale. Les analyses au microscope électronique à balayage (MEB) ont suggéré l'influence de la corrosion par piqûres, ou pitting, sur la rapidité de défaillance, les piqûres visibles dépassant la taille critique des défauts. Le troisième objectif a été abordé en approfondissant le processus d'oxydation des FC induite par la flamme. L'influence du feu et des impuretés sur le pitting a été étudiée au moyen d'insertions contrôlées et séquentielles de fibres dans les flammes suivies d'analyses au MEB, révélant deux mécanismes supplémentaires : la création des canaux, ou channelling, et l'endommagement amorphe. Les taux de croissance du pitting ont été déterminés en suivant des groupes de piqûres sélectionnés. Leur origine a été attribuée à des défauts structuraux et, surtout, à des impuretés hautement réactives détectées par activation neutronique et confirmées par spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie. Les résultats mettent en évidence les différences de taux d'oxydation entre la flamme et les conditions d'atmosphère contrôlée, ainsi que les différents effets des impuretés sur l'oxydation des fibres, c'est-à-dire la catalyse, la mobilité et la stabilisation. L'impact attendu de ce travail est multiple. Les concepteurs d'avions ont maintenant à leur disposition une méthodologie de conception et d'évaluation à faible coût des matériaux composites ignifuges. Les résultats devraient également déclencher des discussions significatives au sein de la communauté de la sécurité incendie des aéronefs, soulignant l'importance de la chimie de la flamme, de la microstructure et composition des FC ainsi que de la configuration des matériaux composites dans la résistance au feu. Du point de vue de la recherche appliquée, les modèles informatiques peuvent bénéficier des nouvelles connaissances sur le processus d'endommagement des FC pour des prédictions plus précises. De plus, le cadre d'évaluation des matériaux fournira aux concepteurs d'aéronefs un ensemble d'outils pour la sélection de configurations composites résistantes au feu. Des structures légères avec une résistance au feu améliorée peuvent désormais être conçues en utilisant une approche systématique et à bas coût.  ABSTRACT: Polymer matrix composites (PMCs) have revolutionized the aviation industry. The ability to customize their properties gives them an advantage over traditional alloys, enabling aircraft designers to conceive increasingly lighter structures. However, most of their constituents are inherently flammable or susceptible to high temperatures and oxidizing conditions. Since fire poses a serious threat to airworthiness and, consequently, passenger safety, it is crucial to understand the behavior of PMCs and their constitutive elements under the highly aggressive conditions encountered during fires. Given the ubiquity of PMCs in modern aircraft, especially carbon fiber (CF)-based structures, two main challenges were identified pertaining to their fire resistance. First, regulations and evaluation standards specify the flame temperature, heat flux, fuel type, and duration for various final applications, yet the influence of the flame chemistry is only rarely considered. In this regard, basic research on the oxidation of carbonaceous materials has mostly relied on thermoanalytical techniques, furnaces or reactors under controlled atmospheres. Consequently, detailed knowledge of the oxidative behavior of CFs in true fire conditions is scarce. Second, it remains unclear which design features of PMC laminates play a critical role in their fire resistance. To address these challenges, this work focuses on the physicochemical and mechanical phenomena involved in the PMC/fire interaction at different length scales. Three objectives were defined as a result: (1) develop a resource-efficient design & evaluation methodology for fire-resistant PMCs validated by small-scale tests, (2) determine the effect of fire and mechanical loads on CF failure, and (3) identify the key parameters of the CF damage process when exposed to fire. The thesis deals with the first objective in a practical manner. A four-stage methodology was proposed towards the design & evaluation of lightweight and fire-resistant PMC configurations. For the initial phase, i.e., conceptual design, Axiomatic Design (AD) was introduced as a tool to translate the customer needs into functional requirements, and subsequently into the design and processes parameters required to achieve the final product. The second stage, initial material screening, is based on standard design practices and summarized in a set of guidelines. The third and key stage of the methodology presented a small-scale evaluation approach. The last stage involved the implementation of fuzzy sets to handle both crisp and vague requirements and scores, i.e., quantitative and qualitative data, as well as a multi-criteria decision making (MCDM) method to rank the candidates while considering the designer's preference. This last set of tools enabled the selection of the best material candidate considering several heterogeneous criteria and priorities. A case study of an aircraft engine casing was presented as an application example for the methodology. The second objective was covered by studying the role of flame chemistry and fiber microstructure in the failure process of loaded polyacrylonitrile (PAN)-based CF bundles. A flat flame burner (FFB) supplying premixed methane/air flames with different fuel/oxidizer ratios (ϕ) was used to determine the time-to-failure (TTF), selected as the indicator of fire resistance. TTF values varied markedly between flames under low tensile loads, with differences becoming less significant with increasing loads. The stoichiometric mixture (ϕ = 1.0) yielded the least aggressive condition, followed by the fuel-rich flame (ϕ = 1.2) which moderately accelerated the bundle failure. In contrast with stoichiometric flames, fuel-lean conditions (ϕ = 0.7) yielded up to ∼50% lower TTF values, confirming the enhanced aggressiveness of oxygen-rich flames. The results also revealed a significantly higher oxidative resistance of high modulus CFs with respect to their lower modulus counterparts, through a one order of-magnitude difference in TTF. The thermoanalytical data did not show such a radical difference. Scanning electron microscopy (SEM) analyses suggested the influence of pitting on the failure promptness, with visible pits exceeding the critical flaw size. The third objective was addressed by delving into the flame-induced CF oxidation process. The influence of fire and impurities on pitting was studied by means of controlled and sequential fiber insertion into flames followed by SEM analyses, revealing two additional mechanisms: channelling and amorphous damage. Pit growth rates were determined by tracking selected pit clusters. Their origin was attributed to structural defects and, to a greater extent, highly reactive impurities detected via neutron activation analysis (NAA), and confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results highlight the differences in oxidation rates between flame and controlled-atmosphere conditions, as well as the different effects of impurities upon fiber oxidation, i.e., catalysis, mobility and hindrance.  The expected impact of this research is manifold. Aircraft designers are now presented with a resource-efficient design and material evaluation methodology. It is also expected to trigger meaningful discussions within the aircraft fire safety community, highlighting the importance of flame chemistry, CF microstructure/composition as well as material composite configuration in fire resistance. From an applied research point of view, computational models can benefit from the new insights into fiber damage towards more accurate predictions. Moreover, the material evaluation framework will provide aircraft designers with a set of tools towards the selection of fire-resistant composite configurations. Lightweight structures with improved and customized fire resistance can be now conceived using a systematic and resource-efficient approach. Ultimately, passengers will benefit from these improvements.


identifier: Vidal, F. (2022). Un cockpit d'avion collaboratif en réalité virtuelle pour les évaluations de facteurs humains  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le développement des technologies de réalité virtuelle (RV) et la réduction des coûts associés ont ouvert de nombreuses portes à leur utilisation dans l'industrie pour la conception de prototypes. Dans l'industrie aéronautique, les évaluations de facteurs humains nécessitent des répliques physiques grandeur nature d'éléments du cockpit, l'accès à des simulateurs d'avion, à des pilotes et à des évaluateurs. L'utilisation de la RV permettrait de réduire les coûts associés à chacun de ces éléments en ayant recours à du matériel moins cher et facilement réutilisable (tel que des visiocasques) et en permettant aux différents acteurs d'y participer à distance. Notre projet étudie la possibilité d'utiliser un environnement entièrement en RV pour ces évaluations. Nous avons développé un prototype d'environnement d'évaluation basé sur le simulateur XPlane. Notre environnement permet à plusieurs utilisateurs distants de se connecter et de piloter un même avion. Par ailleurs, notre environnement intègre également des avatars de pilotes permettant aux utilisateurs de se voir et d'interagir. Nous avons évalué la capacité de pilotes professionnels à effectuer des vols dans notre environnement, de même que l'impact des avatars sur la communication non verbale, le sentiment de présence et la charge mentale.  ABSTRACT: The development of Virtual Reality (VR) technology and the cost reduction associated with it have opened the door to its widespread use in the industry for prototyping. In the aviation industry, human factors assessments require full-scale replicas of cockpit elements, access to flight simulators, airplane pilots, and assessors. The use of VR could help reduce costs associated with these elements by using cheaper and repurposable hardware, such as VR headsets, and allowing participants to be in different locations. Our project explores the possibility of using a full-VR environment to conduct these assessments. We have developed an assessment environment prototype based on the flight simulator XPlane. Our environment allows multiple distant users to connect and to fly the same plane. Our environment also includes pilot avatars that allow the users to see each other and interact. We have measured the ability of professional airplane pilots to fly using our environment, as well as the impact of pilot avatars on non-verbal communication, presence and mental workload.


identifier: Spinelli, M. (2022). Modélisation d'écoulements magnétohydrodynamiques à surfaces libres  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous modélisons les écoulements magnétohydrodynamiques à surface libres. La méthode de la pseudo-concentration est utilisée afin de capturer l'interface de la surface libre. La discrétisation est faite en employant la méthode des éléments finis. La vérification du solveur est faite grâce au problème de Young-Laplace et de l'instabilité de Rayleigh-Taylor. Une comparaison entre les méthodes de Galerkin discontinue et Stream-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) est utilisée dans le but de comparer leur performance en absence de reconstruction de la surface libre. Cette comparaison est faite grâce au problème de la bulle soumise à la poussée d'Archimède. Le problème de Hartmann est étudié dans le but de valider l'application du champ magnétique.  ABSTRACT: We model free surface magnetohydrodynamic flows. The pseudo-concentration method is used to capture the free surface. The discretization is done using the finite element method. The verification of the solver is made, thanks to the problem of Young-Laplace, and the Rayleigh-Taylor instability. A comparison between the discontinuous Galerkin and Stream-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) methods is used in order to compare their performance in the absence of free surface reconstruction. This comparison is made using a buoyancy-driven rising bubble problem. The Hartmann flow is also studied in order to validate the application of the magnetic field.


identifier: Roberge, A. (2022). Fabrication of Fiber Bragg Gratings Using Femtosecond Laser Direct-Writing Techniques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de Bragg (FBGs) sont des composantes essentielles dans plusieurs systèmes de fibre optique. Le sujet principal de cette thèse porte sur la fabrication des FBGs par écriture directe avec un laser femtoseconde. L'écriture directe est une technique employée pour modifier l'indice de réfraction de composés de verre dans une région contrôlée et localisée. Pour la fabrication de FBGs, cette technique peut être utilisée pour créer une variation périodique de l'indice de réfraction dans la fibre, une période à la fois.  Dans cette étude, un système d'écriture directe capable d'inscrire des structures de FBG avancées est développé. Différentes méthodes sont présentées pour atteindre la capacité à inscrire des structures arbitrairement complexes avec une grande qualité. À l'aide de la réflectométrie fréquentielle, une nouvelle méthode pour suivre la position du cœur de la fibre est démontrée. Durant le processus d'écriture, la position de chaque modification d'indice de réfraction est contrôlée grâce à une stratégie pour suivre et synchroniser la position des plateformes de translation. Cette stratégie de contrôle est utilisée pour implémenter une puissante technique d'apodisation s'appuyant sur la modulation de phase. Pour fabriquer des FBGs avec une réflectivité élevée et une perte d'insertion faible, une approche multi-pulse est investiguée.  Afin d'illustrer le potentiel du système d'écriture directe, plusieurs FBGs typiquement difficiles à fabriquer sont réalisés. En premier lieu, la capacité à inscrire un profil d'apodisation ou de phase arbitrairement complexe est démontrée par la fabrication d'un FBG nécessitant un contrôle précis de l'apodisation sur une large plage dynamique et avec une haute résolution spatiale. Par la suite, des capteurs de forme distribués sont produits dans des fibres avec un revêtement en polyimide et d'une longueur de l'ordre du mètre. Finalement, deux nouveaux filtres de phase servant au traitement de signal optique sont fabriqués et testés. Le premier de ces filtres est un FBG de 69 mm de longueur pour la compensation de la dispersion de la vitesse de groupe des signaux haute-vitesse traversant un lien de télécommunication de 70.56 km. Le design novateur de ces filtres permet de créer des dispositifs dont la longueur est 2.2 fois plus petite qu'un FBG conventionnel chirpé linéairement.  ABSTRACT: Fiber Bragg gratings (FBGs) are key components in many fiber optics systems. The main topic of this thesis is on the fabrication of FBGs using femtosecond laser direct-writing. Direct-writing refers to the techniques employed to modify the refractive index of glass compounds over a controlled and localized area. For the fabrication of FBGs, these techniques can be used to create a periodic refractive index variation in a fiber, one period at the time.   In this work, a flexible direct-writing system capable of inscribing advanced FBG structures is developed. Different methods are presented to achieve the ability of inscribing any arbitrary complex structures with high quality. Using optical frequency domain reflectometry, a novel method to track the fiber core position is demonstrated. During the writing process, the position of each refractive index modification is controlled using a strategy based on position synchronized output tracking of the translation stages. This control strategy is used to implement a powerful apodization technique relying on phase modulation. To achieve FBGs with high reflectivity and low insertion loss, a multi-pulse approach is investigated.  To show the potential of the direct-writing system, several challenging gratings are realized. First, the ability to inscribe any types of arbitrary complex apodization or phase profiles is demonstrated by fabricating an FBG that requires control of apodization over a high dynamic range, and with a spatial resolution of at most 10 µm. Then, fully distributed optical fiber shape sensors are produced in meter-long polyimide coated fibers. Finally, two novel phase-only filters for signal processing are fabricated and tested. The first is a 69 mm long FBG for group velocity dispersion compensation of high-speed data signals passing through a 70.56 km telecommunication link. The novel design of this filter enables devices with a length 2.2x smaller than a conventional linearly chirped FBG. The second filter is a unique 213 mm ultra-long FBG that can impart an exact


identifier: Castonguay, S. (2022). Capillary Modelling for Flow Control and Accurate Mass Transport in Microfluidics  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les dispositifs microfluidiques et les laboratoires sur puce reposent sur des effets d'échelle dominant dans les dimensions submillimétriques à micrométriques. Par exemple, les forces de surface (e.g., la tension superficielle) dominent par rapport aux forces de volume (e.g., la gravité) à l'échelle submillimétrique. Il s'agit d'un effet souhaitable lors de la conception de microsystèmes capillaires, car les forces de surface sont critiques pour le pompage, l'obtention d'un contrôle supérieur sur le débit et tous les effets capillaires en général. D'autre part, les pertes visqueuses augmentent considérablement plus les systèmes sont miniaturisés, ce qui augmente la pression capillaire requise pour entraîner les fluides. La microfluidique capillaire repose sur cette plage optimale où les forces capillaires dominent sur les forces volumiques et la résistance hydraulique. L'objectif de cette thèse est de développer des outils analytiques et numériques pour une meilleure conception et optimisation d'éléments microfluidiques capillaires dans le cadre de diagnostics de précision et de sécurité embarquées sur puce. Pour atteindre cet objectif, des cadres théoriques pour de nouveaux phénomènes d'écoulement capillaire sont établis et des outils numériques sont développés pour aider à comprendre et à prédire le comportement des écoulements capillaires dans des microstructures complexes, fournissant ainsi de nouveaux paradigmes pour le fonctionnement et l'optimisation des dispositifs. Ces nouveaux écoulements capillaires comprennent les écoulements auto-coalescents et les écoulements inverses de Washburn, deux types d'écoulement capillaire offrant un contrôle supérieur sur le déplacement des fluides dans les microstructures permettant un transport d'espèces dispersives et réactives plus précis. Les écoulements auto-coalescents améliorent la résolution spatio-temporelle des réactifs reconstitués sur puce, facilitant les cinétiques biochimiques complexes nécessitant un contrôle précis des distributions de concentration d'un ou plusieurs réactifs. L'auto-coalescence se produit lorsqu'une goutte d'eau est confinée dans une microstructure, étirée le long d'une barrière capillaire, puis se rétracte sur elle-même. L'écoulement à surface libre résultant peut être simplifié en utilisant la propriété d'invariance des équations de Navier-Stokes sous des transformations galiléennes pour régulariser les conditions aux frontières qui sont dynamiques et en montrant que les modules d'auto-coalescence peuvent être approximés par des cellules de Hele-Shaw dans lesquelles les équations de Navier-Stokes sont réduites à un simple écoulement potentiel 2D. Puisque l'équation de Laplace est invariante de sous transformations conformes, c'est-à-dire que les solutions sont équivalentes sous des transformations préservant les angles locaux, des outils de distorsion spatiale conforme sont utilisés pour fournir une solution implicite générale aux écoulements auto-coalescents.  ABSTRACT: Microfluidic devices and lab-on-chip systems rely on scaling effects dominating in the submillimetre to micrometre range. For instance, surface forces (e.g. surface tension) dominate over volume forces (e.g. gravity) at the sub-millimetre scale. This is a desirable effect when designing capillary-driven microsystems, as surface forces serve as the driving mechanism for pumping, obtaining superior control over the flow, and all capillary effects in general. On the other hand, viscous losses increase significantly the more systems are miniaturized which increases required capillary pres-sures to drive the flow. Capillary-driven microfluidics relies on this optimal range where capillary forces dominate over volume forces and hydraulic resistance. The objective of this thesis is to develop analytical and numerical tools for better design and op-timization of capillary-driven microfluidic elements in the framework of precision diagnostics and embedded security features on chip. To achieve this objective, theoretical frameworks for novel capillary flow phenomena are established, and numerical tools are developed to help understand and predict capillary flow behaviour in complex microstructures, thereby providing new paradigms for device operation and optimization. Novel capillary flows include self-coalescing and reverse-Washburn flows, two types of flow providing superior control over the flow in microstructures allowing for more accurate mass transport of dispersive and reactive species. Self-coalescing flows in microstructures enhances the spatiotemporal resolution of reconstituted reagents on chip, facilitating complex bio-chemical kinetics requiring a precise control over the concentration distributions of one or multiple reagents. Self-coalescence occurs when a droplet of water is confined in a microstructure, stretched along a capillary pinning line, and subsequently retracts on itself. This resulting free-surface flow can be simplified by using the invariance property of the Navier-Stokes equations under Galilean transformations to regularize the dynamic bound-ary conditions and showing that self-coalescence modules can be approximated by Hele-Shaw cells in which the Navier-Stokes equation is reduced to a simple 2D potential flow. Because the Laplace equation is conformally invariant, i.e. solutions are equivalent under transformations pre-serving local angles, conformal mapping tools are used to provide a general implicit solution to self-coalescing flows. Explicit asymptotic solutions are provided in the vicinity of the moving cap-illary interface, showing a linear increase in velocity akin to potential flows over an infinite cylinder, and infinitely far from the meniscus, showing an exponential decrease of the velocity mathemati-cally akin to the Saffman–Taylor instability and potential flows over back steps. The exponential decrease in velocity is a key feature of self-coalescence and fundamental in minimizing dispersive effects in microchannels.


identifier: Azad, M. S. B. (2022). Multi-Protocol Interoperability Between Distributed Cyber-Physical Systems Towards Industry 4.0 Collaborative Optimization  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie 4.0 est apparue comme une stratégie potentielle pour fournir une connectivité étendue dans l'environnement de production, qui évolue rapidement, combinée à une demande commerciale croissante et à une fabrication personnalisée de masse. La personnalisation de masse et les produits complexes nécessitent plus de données et une communication M2M plus adaptable qui facilite l'échange de données fluide et l'interaction entre les composants industriels dans la fabrication intelligente. L'intégration de dispositifs IoT industriels au profit de différents secteurs industriels nécessite simultanément une connectivité réseau étendue, une communication interopérable et une collaboration entre les machines en réseau. Bien que les problèmes techniques critiques liés à la connectivité réseau aient été correctement résolus, la technologie n'est pas prête pour une communication flexible et transparente entre des machines disparates. L'un des défis qui découle de ce développement est le besoin croissant de normes et de protocoles interopérables à différents niveaux de l'écosystème de fabrication. Compte tenu de l'infrastructure interopérable requise pour l'industrie 4.0, le document fournit une solution interopérable sécurisée et rentable pour les traducteurs multiprotocoles. La principale contribution de mémoire est une méthode pour cartographier les multi-protocoles IoT, y compris HTTP, MQTT, CoAP, WebSocket et Modbus TCP dans une passerelle à faible coût, ainsi que pour fournir une communication M2M interopérable en duplex intégral efficace et une intégration dans le cloud pour une compatibilité. plates-formes.  ABSTRACT: Industry 4.0 has emerged as a potential strategy to provide extensive connectivity in the production environment, which is rapidly evolving combined with rising commercial demand, mass personalized manufacturing. Mass customization and complicated products necessitate more data and more adaptable M2M communication that facilitates smooth data interchange and interaction between industrial components in smart manufacturing. Integrating industrial IoT devices to benefit different industry sectors simultaneously requires extensive network connectivity, interoperable communication, and collaboration among the networked machines. While critical technical issues with network connectivity have been properly addressed, the technology is not ready for flexible and seamless communication between disparate machines. One of the challenges that arises as a result of this development is the growing need for interoperable standards and protocols at various levels of the manufacturing ecosystem. Considering the interoperable infrastructure required for Industry 4.0, the research work provides a secure and cost-effective interoperable solution for multi-protocol translators. The key contribution of the research is a method for mapping IoT multi-protocols including HTTP, MQTT, CoAP, WebSocket, and Modbus TCP into a low-cost gateway, as well as providing effective full-duplex interoperable M2M communication and cloud integration for compatible platforms.


identifier: Cybis, P. (2022). Fast Fashion: Why Firms Incinerate Deadstock, and Public Policies  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mode rapide augmente la consommation modiale et génère un besoin accru de nouveaux produits à chaque saison. Les tendances s'estompent rapidement, alors les produits restants perdent leur valeur et occupent un espace important dans les magasins. La destruction des stocks invendus contribue à l'impact environnemental déjà important de l'industrie de la mode. Dans un contexte de fast fashion, les détaillants et les marques commandent des quantités supérieures à la demande réelle, ce qui génère des stocks d'invendus. Ce stock en excédant doit être géré, mais il existe actuellement peu d'alternatives durables aux sites d'enfouissement et aux centres d'incinération. La pensée fondée cycle de vie établit la pertinence d'aborder ces enjeux d'élimination en examinant la manière dont les produits sont conçus, fabriqués et distribués. La première partie de cette thèse est une vue d'ensemble de la chaîne d'approvisionnement conventionnelle d'un vêtement en suivant les flux de coton et de polyester depuis le stade de matière première jusqu'aux vêtements usagés en post-consommation. Elle met en évidence les principales activités générant des externalités négatives dans l'industrie de la mode et la façon dont le contexte mondialisé de l'industrie crée des pays consommateurs dépendants des importations pour leur consommation de vêtements tout en étant mal équipés pour gérer les résidus textiles. L'étude montre également comment la réutilisation et le recyclage sont des stratégies majeures pour une transition durable, mais fortement limitées par la saturation des marchés de seconde main et le manque de pratiques fiables de gestion des déchets textiles. La deuxième partie de cette thèse est un article qui développe un modèle d'optimisation proposant une fonction de demande incluant le désir de nouveauté des consommateurs et l'élasticité croisée des vêtements considérés à la mode en début de saison et du même produit en solde en fin de tendance. Dans un premier temps, un détaillant résout un problème de production tout en considérant la présence de politiques publiques : une taxe sur l'élimination des stocks invendus et un tarif de responsabilité élargie du producteur. Ensuite, les quantités mises sur le marché dans cet équilibre sont comparées à un optimum social trouvé par un planificateur social maximisant la fonction de bien-être social. L'objectif est de mettre en évidence l'effet des incitatifs économiques sur la prise de décision du détaillant concernant les inventaires. En tant que coûts supplémentaires à la production, il y a une baisse attendue de la quantité totale produite. Ensuite, une analyse statique comparative est effectuée pour les paramètres. Notamment, la volonté des consommateurs de payer pour la nouveauté fait pression sur les détaillants pour qu'ils mettent sur le marché des collections à la mode à chaque saison, ce qui pousse à une augmentation des prix pour soutenir cette production. Comme le montrent à la fois la revue de littérature et le modèle, les politiques publiques sont essentielles pour soutenir le développement et l'adoption de solutions pour limiter l'impact des externalités de l'industrie. Étant donné que les stocks invendus sont observés et attendus des entreprises, il est nécessaire que les décideurs politiques réduisent les incitations et les mécanismes existants conduisant à la création et destruction des stocks en excédant.  ABSTRACT: Fast fashion increases the overall consumption and need for new products each season. With trends rapidly fading away, remaining products lose their value and occupy precious space in stores. The destruction of deadstock contributes to the already significant negative ex-ternalities from the fashion industry. In a fast fashion context, retailers and brands order larger quantities than the actual demand, which generates unsold inventory. This excess stock needs to be managed, but, currently, there are little sustainable alternatives to landfills and incineration centers. A lifecycle mindset establishes the relevance of addressing these disposal issues by looking into how products are designed, manufactured, and distributed. The first part of this thesis is an overview of an apparel's conventional supply chain following commodity flows of cotton and polyester from their raw material stage to worn clothes. It highlights the fashion industry main activites generating externalities and how the globalized context of the industry creates consumer countries dependent on imports for their fashion consumption while ill-equipped to manage textile waste. The review also exposes how reuse and recycling are major strategies for a sustainable transition, but strongly limited by the saturation of second-hand markets and the lack of reliable textile waste management practices. The second part of this thesis is an article which develops an optimization model that proposes a demand function including consumers desire for newness and the cross-elasticity of high fashion content clothing at the start of the season and the same product on sale at the end of the trend. At first a retailer solves a production problem with the presence of public policies: a tax on disposal of deadstock and an extended producer responsibility fee. Then, the quantities brought to market in this equilibrium are compared to a social optimum found by a social planner maximizing the social welfare function. The goal is to highlight the effect of economic incentives on the retailer's decision-making regarding inventory. As additional costs to production, there is an expected decline of the total quantity produced. Afterwards, a comparative static analysis is carried out for the parameters. Notably, consumers' willingness to pay for novelty puts pressure on retailers to bring to market fashionable collections each season, which pushes a price increase to support their production. As shown both in the literature review and the model, public policies are critical to support the development and adoption of better practices that limit the industry externalities. As unsold inventory is expected and observed by firms, there is a need for policymakers to reduce incentives and existing mechanisms leading to deadstock destruction.


identifier: Pelletier, F. (2022). Optimisation de l'horaire et de l'assignation du personnel aux unités : étude de cas en inhalothérapie dans un contexte hospitalier québécois  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet de recherche a pour but d'améliorer la réalisation et d'optimiser l'assignation des inhalothérapeutes aux quarts de travail, chaque jour et aux unités du système hospitalier. On a tout d'abord modélisé le problème, puis résolu le modèle à l'aide d'un solveur COIN Branch and Cut (CBC) pour obtenir une solution, en un temps acceptable. L'ensemble du processus est itératif et nécessite de travailler de près avec l'équipe pour que la solution colle parfaitement à la réalité. Dans les milieux hospitaliers québécois, on génère souvent les horaires manuellement, ce qui produit des résultats généralement moins optimaux. En raison de la pénurie de main d'œuvre criante au Québec, la rétention d'employés a pris beaucoup d'importance et c'est pourquoi il est primordial de s'attarder à l'optimisation de l'assignation du personnel, autant pour leur satisfaction que pour répondre le plus adéquatement à la demande des unités. C'est grâce à la contribution et à la collaboration de l'équipe d'inhalothérapie du Centre Hospitalier Universitaire Sainte-Justine (CHUSJ) que la réalisation de ce projet est possible et que les données utilisées sont réelles et représentatives de la réalité, ce qui est central. Les principaux objectifs, tel que mentionnés ci-haut, sont de limiter les pénuries de personnel, d'assurer une équité entre les horaires ainsi que la satisfaction du personnel et de respecter les contraintes des différents contrats d'emploi et des conventions collectives. Ces objectifs se retrouvent généralement dans tous les modèles mathématiques de ce type, mais certains objectifs sont aussi propres au contexte de l'équipe pour qui l'horaire est créé. En pratique, on cherche donc aussi à assurer le plus possible une continuité des soins, à limiter le temps supplémentaire, à réduire considérablement le temps de création des horaires et à permettre une flexibilité et une adaptabilité face aux imprévus et aux changements (congés de maternité, maladies ponctuelles, etc.) Les indicateurs de performance ont permis d'évaluer ces objectifs et les résultats sont encourageants. En effet, les pénuries de personnel, le temps supplémentaire et le temps de création des horaires fournissent généralement de meilleurs résultats ou des résultats similaires, mais une amélioration significative est réalisée au niveau du temps de création de l'horaire. Cette nette amélioration intéressera certainement plusieurs autres départements de l'hôpital et/ou d'autres milieux hospitaliers qui vivent des problèmes similaires. On peut alors conclure que la méthode est conseillée par rapport à une application manuelle et elle se réalise et s'implante à peu, voire pas, de coûts. Les applications éventuelles sont nombreuses et le futur de la création d'horaires très prometteur. Ce mémoire présente l'ensemble de ce qui a déjà été réalisé dans ce domaine de recherche, par le biais d'une revue de littérature, et définit le problème en détails : contraintes, fonction objectif et termes et notations particulières utilisées. On détaille ensuite les méthodes d'analyse des résultats et des indicateurs de performance puis l'implantation et le transfert de connaissances qui assure la pérennité du projet.  ABSTRACT: The current project intends to create a program to automate and optimize the assignment of medical staff to work days and a department based on everyday patient needs. Its aim is to facilitate this task and to solve a very popular operational research problem commonly known as the nurse scheduling problem (NSP) or nurse rostering problem (NRP). The first step is to generate a mathematical model comprised of the objective function and the multiple constraints and parameters. It then needs to be programmed in an appropriate and easy-to-use programming software in order to generate, in a respectable time span, a single or multiple solutions that portray reality adequately. Because of its complexity and the particularities of the medical team, the project requires to be executed in multiple iterations. The main goals are to limit staff shortage and overtime, to respect the employment contracts and the particularities of the employee collective agreement, to reduce considerably the time allocated to produce the main schedule for employees, to ensure an equity between personnel schedules and to satisfy, as much as possible, personnel preferences and needs. As mentioned previously, this type of problem is very commonly studied in the research community. Although, its reallife application is much less documented, since solving programs are usually quite expensive and not very user-friendly, and the existing studies do not necessarily encompass the complete and specific reality of this case study. Furthermore, it is critical to attend to this problem since there is a massive shortage in the available workforce, especially in the healthcare system, in Quebec, which is where the case study is taking place. The scheduling problem can take into consideration staff preferences and establish an equity among schedules in order to increase staff retention. It is thanks to the contribution and the collaboration of the respiratory team at the university hospital center of Sainte-Justine (Centre Hospitalier Universitaire Sainte-Justine (CHUSJ)) that this research project can be held in a real context, with useful and exhaustive data. This process could very much be applied in multiple other contexts, but would need to be adapted consequently. Further research on this subject could seek to integrate a larger group of departments and of personnel to schedule at a higher level.


identifier: Mahdiun, A. (2022). Identification of Contributing Factors in Occupational Accidents in the Food and Beverage Industry and Proposing Solutions to Overcome Them  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Atteindre les objectifs de production et de fabrication à grande échelle sans l'utilisation de machines et d'équipements n'est pas possible. Cependant, la nécessité pour les travailleurs d'intervenir sur les machines et d'effectuer des tâches non routinières telles que le nettoyage, l'entretien et le dépannage est inévitable. L'industrie alimentaire et des boissons fait partie des secteurs dans lesquels de nombreuses machines et équipements sous tension sont opérationnels. En raison des exigences d'hygiène strictes, des réglementations de qualité et des systèmes de gestion tels que l'analyse des risques et la maîtrise des points critiques (HACCP), les interventions des travailleurs sur les machines pendant le nettoyage sont fréquentes et inévitables. Le nettoyage dans l'industrie alimentaire et des boissons est généralement effectué dans des conditions difficiles nécessaires pour atteindre les objectifs d'hygiène. Ces conditions incluent le port de vêtements et de masques spéciaux, l'exécution de tâches de nettoyage à l'intérieur d'espaces confinés (tels que des récipients avec de l'eau chaude tout en transportant des outils tels que des brosses), le transport des tuyaux lourds, et être en contact avec des pièces mobiles dangereuses. Des méthodes de prévention des accidents telles que le cadenassage a été introduit depuis des années et recommandé par des règlements et des normes. Néanmoins, le nombre d'accidents mortels et graves dans l'industrie agroalimentaire lors de tâches non routinières reste élevé. Par conséquent, l'objectif principal de cette recherche est de procéder à une revue de littérature des bases de données sur les accidents survenus lors de travaux non routiniers dans l'industrie agroalimentaire. De plus, les rapports d'enquête sur les accidents dans la province de Québec sont étudiés et analysés. Le causes et les facteurs contributifs qui mènent aux accidents, ainsi que les mesures de prévention et de réduction des risques afin, sont présentés. En se basant sur les résultats de cette analyse, une liste de vérification est fournie pour faciliter l'évaluation de la sécurité au travail dans l'industrie alimentaire et des boissons. Ensuite, une étude de cas basée sur l'un des rapports d'accident est menée en utilisant la liste de vérification proposée, pour vérifier son efficacité. Enfin, des recommandations et des solutions pour l'amélioration de la sécurité dans l'industrie agroalimentaire sont proposées. L'examen de la littérature a révélé que la productivité, la conception des équipements, la sous-déclaration des accidents, la culture de la sécurité, la formation et une gestion déficiente de la sécurité sont les causes et les facteurs contributifs aux accidents les plus signalés dans l'industrie agroalimentaire. Vingt-quatre déclarations d'accidents mortels ou graves survenus au Québec entre l'année 2000 et 2021 sont analysées en tenant compte de ces facteurs. Pour ces rapports analysés, la gestion déficiente de la sécurité, qui comprend un manque de supervision, des mesures correctives, des évaluations des risques et l'absence de procédures de travail, est la cause la plus fréquentes des accidents graves et mortels. De plus, l'absence de plans de maintenance préventive complets, de manuels de machines, de procédures de travail, l'absence de cadenassage et le retrait des protecteurs ont également été identifiés comme des facteurs de risque aux accidents.  La mise en œuvre de la maintenance productive totale (TPM), la prise en compte des tâches de nettoyage lors de la conception des machines et des équipements tels que les cuves autonettoyantes et l'utilisation de systèmes de nettoyage en place automatisés pour le nettoyage sont recommandées comme bonnes pratiques pour minimiser les risques d'accidents. De plus, quelques bonnes pratiques d'autres industries qui sont adaptables à l'industrie des aliments et des boissons sont recommandées pour les études futures. Par exemple, l'utilisation de systèmes de surveillance autour des machines dangereuses et l'utilisation de passeports de sécurité pour enquêter sur la formation font partie de ces recommandations.  ABSTRACT: Achieving production and manufacturing targets on a large scale without using machines and equipment is not possible. However, the need for workers to intervene with machines and perform planned or unplanned non-routine tasks such as cleaning, maintenance, and troubleshooting is inevitable. The food and beverage industry is among the sectors in which numerous energized machines and equipment are operational. Due to the strict hygiene requirements, quality regulations, and management systems such as hazard analysis and critical control points (HACCP) workers' interventions with machines during cleaning are frequent and unavoidable. Cleaning in the food and beverage industry is usually done under challenging conditions necessary to achieve hygienic goals. These conditions include wearing special clothes and masks, performing cleaning tasks inside confined spaces (such as vessels with hot water while carrying tools such as brushes), carrying heavy hoses, and being in contact with dangerous moving parts. Accident prevention methods such as lockout have been introduced for years and are recommended by regulations and standards. Nevertheless, the number of fatal and serious accidents in the food and beverage industry during non-routine tasks remains high. Therefore, the main aim of this research is to conduct a literature review of databases on the accidents that occurred during non-routine work in the food and beverage industry. Furthermore, the accident investigation reports in the province of Quebec are studied and analyzed. Main causes and contributing factors that lead to the accidents and risk reduction measures to minimize the occurrence of accidents and injuries are studied. Based on the findings, a comprehensive checklist is provided to facilitate the assessment of occupational safety in the food and beverage industry. Then, a scenario-based case study is performed using the proposed checklist and one of the accident reports, to verify the effectiveness of the checklist. Finally, recommendations and solutions for improving safety in the food and beverage industry are proposed. The literature review revealed that productivity pressure, poor equipment design, underreporting of accidents, safety culture, training of workers, and deficient safety management are the most reported causes and contributing factors in the food and beverage industry accidents. Twenty-four fatal or serious accident reports that occurred in Quebec between 2000 to 2021 are analyzed considering these factors. In these accident reports, deficient safety management, which includes lack of supervision, corrective actions, risk assessments, and the absence of working procedures, was the most common cause to accidents. Also, the lack of comprehensive preventive maintenance plans, machine manuals, working procedures, absence of lockout, and removed guards were identified as causes and contributing factors. Implementing total productive maintenance (TPM), consideration of cleaning tasks in the design stage of the machines and equipment such as self-cleaning vessels, and use of automated cleaning in place (CIP) systems for cleaning are good practices to minimize the risk of accidents. Additionally, a few good practices from other industries adaptable to the food and beverage industry are recommended for further study and research. For instance, these recommendations include using surveillance systems around hazardous machines and using safety passports to investigate the training.


identifier: Hirigoyen, R. (2022). Génération automatique de requêtes SPARQL à partir de questions en langue naturelle  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les bases de connaissances sont des graphes de stockage de données dans lesquels les nœuds sont des concepts ou des objets, et les arêtes représentent les relations entre eux. Afin de tirer des informations de ces bases de connaissances, on utilise le langage de requête SPARQL, dont l'apprentissage représente un certain défi. Or, en considérant ce langage de requête comme une langue à part entière au même titre que l'anglais ou l'allemand, on peut appliquer les techniques de traduction automatique au problème de transformer une question en langue naturelle en une requête SPARQL équivalente. Cela permet aux utilisateurs d'obtenir des informations des bases de connaissances en utilisant simplement la langue naturelle. Les modèles de traduction automatique développés pour résoudre ce problème sont en ce moment très performants pour générer des requêtes syntaxiquement correctes, mais présentent d'importantes limitations lorsqu'il s'agit d'utiliser les bons éléments de la base de connaissances (sujet, propriété, objet). Ils génèrent alors des requêtes qui ne portent pas sur les mêmes éléments que la question, et donc qui retournent les mauvaises réponses. Cette lacune passe inaperçue, car le score BLEU, qui est la principale métrique utilisée pour évaluer les modèles, n'est qu'un indicateur de la similarité entre la traduction générée automatiquement et la traduction attendue. Autrement dit, une requête qui est bien formulée retourne un score BLEU relativement élevé, même si elle ne porte pas sur les bons éléments de la base de connaissances.  ABSTRACT: Knowledge bases are data storage graphs in which the nodes are concepts or objects, and the edges represent the relationships between them. In order to extract information from these knowledge bases, the SPARQL query language is used, which can be challenging to learn. However, by considering this query language as a language in its own right, just like English or German, we can apply machine translation techniques to the problem of transforming a natural language question into an equivalent SPARQL query. This allows users to obtain information from knowledge bases simply by using natural language. Machine translation models developed to solve this problem are currently very good at generating syntactically correct queries, but have significant limitations when it comes to using the correct knowledge base elements (subject, property, object). Thus, they generate queries that do not use the same elements as the question, and therefore return the wrong answers. This shortcoming often goes unnoticed, because the BLEU-score, which is the main metric used to evaluate the models, is only an indicator of the similarity between the automatically generated translation and the reference translation. In other words, a query that is well formulated returns a relatively high BLEU-score, even if it is not about the right elements of the knowledge base.


identifier: Brasseur, J. (2022). Accélération d'une méthode d'agrégation dynamique de contraintes par apprentissage automatique pour le problème de construction d'horaires de conducteurs d'autobus  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les compagnies de transport en commun ont la difficile tâche de créer des quarts de travail pour l'ensemble de leurs conducteurs d'autobus. Chaque segment de voyage doit se faire attribuer un conducteur. Ce problème de construction d'horaire de conducteurs d'autobus (DSP) est d'une taille importante tant par rapport à la quantité de bus que par rapport au nombre de lignes faisant partie du problème. C'est aussi un problème engendrant de grands coûts économiques associés à la rémunération des conducteurs. Dans ce mémoire, on présente une modification de la méthode actuelle de résolution de DSP qui permettrait d'accélérer la résolution de ce problème tout en arrivant à une solution optimale. Cette modification repose sur la méthode d'agrégation dynamique de contraintes (DCA). Nous présentons une nouvelle méthode qui utilise l'apprentissage automatique afin de créer les agrégations initiales à fournir à DCA. Habituellement, dans le cadre de résolution de DSP, les agrégations initiales sont créées en regroupant tous les segments faisant partie d'un même horaire de bus sous une seule agrégation dans l'ordre auquel le bus les parcourt. Ces agrégations permettent au solveur de traiter ces voyages comme en étant un seul au point de vue des contraintes de partitionnement, ce qui réduit le nombre de contraintes et ainsi accélère la résolution. Ces agrégations basées sur les sorties de bus accélèrent fortement la résolution du problème. Elles ne sont donc pas optimales, car il arrive souvent, dans la solution optimale, que les segments faisant partie d'une même sortie de bus ne soient pas tous couverts par le même conducteur. La modification présentée dans ce mémoire consiste à intégrer un modèle d'apprentissage automatique dans le processus de composition des agrégations initiales de DCA, ce qui permettrait de générer des agrégations qui ressembleraient mieux aux quarts de travail de la solution de la relaxation linéaire au nœud 0 du branch and price et ainsi nécessiter moins de désagrégations afin d'atteindre la solution optimale. Cette approche se cadre dans le nouveau paradigme en optimisation combinatoire qui consiste à utiliser les outils de l'intelligence artificielle en concert avec les outils utilisés dans le domaine de l'optimisation. Le rôle de l'algorithme d'apprentissage automatique est de prédire, au préalable de la résolution, les endroits où on devrait avoir des échanges de conducteurs dans la solution de la relaxation linéaire du nœud 0 du branch and price. Un échange de conducteurs se produit lorsqu'un conducteur quitte un autobus et est remplacé par un nouveau conducteur à un point de relève. Les agrégations de départ basées sur les sorties de bus sont brisées aux en-droits où un échange de conducteurs a été prédit. Ainsi, des agrégations nécessitant moins de désagrégation afin d'atteindre la solution optimale sont créées. Cette tâche de prédiction est formulée comme étant une tâche de classification binaire. Les données utilisées pour l'entraînement des modèles d'apprentissage automatique sont obtenues à partir de problèmes générés par un nouveau générateur permettant de créer des problèmes inspirés de données réelles. La position des arrêts et les fréquences relatives entre les lignes sont similaires à celle de la Société de Transport de Montréal. Deux ensembles de 12 pro-blèmes ont été créés ayant en moyenne 893 et 1075 voyages. Nous comparons les performances d'un modèle de forêt d'arbres décisionnels, d'un réseau de neurones convolutifs et d'un ré-seau de neurones graphiques. Nous montrons que ces nouvelles agrégations créées à l'aide de l'apprentissage automatique permettent d'accélérer la résolution des DSP d'en moyenne 20.1% à 32,6% comparativement aux agrégations créées à partir des sorties de bus.  ABSTRACT: Transit companies have the difficult task of creating shifts for all their bus drivers. Each trip segment must be assigned a driver. This driver scheduling problem (DSP) is large in terms of both the number of buses and the number of routes involved. It is also a problem with large economic costs associated with the salaries of the different drivers. In this paper, we present a modification to the current solution method of the DSP that would speed up the resolution of this problem while arriving at an optimal solution. This modification is based on the dynamic constraint aggregation (DCA) method. We present a new method that uses machine learning to create the initial aggregations to provide to DCA. Typically, for solving DSP, initial aggregations are created by grouping all segments that are part of the same bus route under a single aggregation in the order in which the bus traverses them. These aggregations allow the solver to treat these segments as one from the perspective of the partitioning constraints, which reduces the number of constraints and thus speeds up the resolution. These aggregations based on bus routes strongly accelerate the solution of the problem. However, they are not optimal, because in the optimal solution, it often happens that the segments belonging to the same bus route are not all covered by the same driver. The modification presented in this dissertation consists in integrating a machine learning model in the process of composing the initial aggregations of DCA, which would allow gener-ating aggregations that would better resemble the drivers shifts of the solution of the linear relaxation at node 0 of the branch-and-bound algorithm and thus require fewer disaggregations in order to reach the optimal solution. This approach is in line with the new paradigm in combinatorial optimization, which consists in using the tools of artificial intelligence in concert with the tools used in the optimization domain. The role of the machine learning algorithm is to predict, prior to the solution, the places where we should have an exchange of drivers in the solution of the linear relaxation at node 0 of the branch-and-price algorithm. An exchange of drivers occurs when a driver leaves a bus and is replaced by a new driver at a relief point. Aggregations based on bus routes are broken at locations where an exchange of drivers has been predicted. Thus, aggregations requiring less disaggregation in order to reach the optimal solution are created. This prediction task is formulated as a binary classification task. The data used to train the machine learning models are obtained from problems generated by a new generator to create problems inspired by real data. The  location of the stops and the relative frequencies between the lines are similar to that of the Société de Transport de Montréal. Two sets of 12 problems were created with an average of 893 and 1075 trips. We compare the performance of a random forest classifier, a convolutional neural network and a graphical neural network. We show that these new aggregations created using machine learning speed up the DSP resolution by an average of 20.1% to 32.6% compared to aggregations created from bus routes.